CN109356278A - 一种适用于慢排水口的过滤装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于慢排水口的过滤装置，包括过滤结构和排水结构，所述过滤结构安放在排水结构的外圈或水流上游，过滤结构由刚性过滤介质或支架支撑的柔性过滤介质组成，排水结构上分布有孔洞。该过滤装置具有排水速率可调节、易维护、能批量生产的特点。采用该过滤装置不仅能能够保证排水顺畅，并且还能够防止堵塞，提高过滤和净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及慢排水口防堵领域，特别是一种适用于慢排水口的过滤装置。
背景技术
近年来，城市内涝问题日益严重，原因主要是我国排水设施不完善、排水标准低、排水管网布置不科学。当海绵城市建设中布设先储水后排水系统，可将地面及屋面径流暂时储存再缓慢排放，该系统在缓解城市内涝、保持地下水平衡方面效果良好。
传统做法是，对于先储水后排水系统，为避免地下水位被过分抬高引起低洼处水位上涨形成内涝，排水口通常较小，但如果疏通被水中泥砂堵塞的排水孔不及时，该系统储存不下的径流也会就地形成内涝。
基于海绵城市“以空间换时间”的核心原则，若能研制出一种保证先储水后排水系统排水速率且不易堵塞的装置，同时不需要或很少需要人工维护，若需人工定期维护，该系统应便于检修和置换，则在科学意义和应用价值上具有显著作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于慢排水口的过滤装置，能够有效地过滤掉泥砂和杂质，同时延缓排水时间，有助于建成能产生较好效益的海绵城市的子系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于慢排水口的过滤装置，包括过滤结构和排水结构，具体结构和连接关系为：所述过滤结构安放在排水结构的外圈或水流上游，过滤结构由刚性过滤介质或支架支撑的柔性过滤介质组成，排水结构上分布有孔洞。
所述刚性过滤介质为金属网，柔性过滤介质为土工布，使用何种渗透率的过滤介质依慢排水设施排水速率而定。
所述过滤结构为筒形、板状或多边柱形，过滤结构的形状与排水结构相适应。
所述排水结构为筒形、板状或多边柱形。
所述排水结构上分布的孔洞至少有1个，孔洞位于排水结构一定高度处。
所述排水结构上布置的孔洞射出的v水流速m/s、q水流量m3/s和t排空时间s由托里切利公式计算：
其中，A为过滤装置所处集水区域表面积m2，a为孔洞面积m2，h为该过滤装置所处集水区域集水深度m，g为重力加速度m/s2。
所述排水结构上分布的孔洞离水箱底部的距离为2.5cm，孔洞直径为1.5～2.5mm。
本发明的有益效果是：
1、该过滤装置的过滤结构能有效地阻隔水中的杂质和泥砂，位于一定高度处的排水口能减少被淤赌的可能，且过滤结构和排水结构都可拆卸，有助于检测排水口是否堵塞、定期清理杂质和泥砂、检修和置换部件。
2、该过滤装置不仅能保证先储水后排水系统的储水排放通畅，而且延缓了储水向土层排放时间，避免了地下水位被过分抬高引起低洼处水位上涨形成内涝，切合海绵城市“以空间换时间”的要求。
本发明达到了防止先储水后排水系统堵塞及方便处理杂质堆积的效果。
附图说明
图1为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的一种立体图。
图2为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的另一种立体图。
图3为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置用于先储水后排水系统的应用示意图。
图4为2.0mm漏水孔用于内尺寸为1m×0.5m×0.5m的先集水后慢排水系统的实际渗漏线及理想渗漏线图。
图5为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置用于屋面排水口的一个应用示意图。
图6为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置用于屋面排水口的另一个应用示意图。
图7为内尺寸1m×0.5m×0.5m的储水结构计算模型。
图8为计算模型中布设不同孔洞直径的瞬时射流量与排空时间。
图中标记为：过滤结构1、排水结构2、孔洞3、水流路径4、大颗粒杂质5、泥砂6。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
如图1所示，为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的一个应用实例，包括过滤结构1和排水结构2。所述过滤结构1位于排水结构2的外圈，排水结构2上分布有孔洞3，水流由外向内流动，如水流路径4所示。
实施例2
如图2所示，为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的另一个应用实例，包括过滤结构1和排水结构2。所述过滤结构1位于排水结构2的外圈，排水结构2上分布有孔洞3，水流由上游向下游流动，如水流路径4所示。
实施例3
如图3所示，为本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的再一个应用实例，用于先储水后排水系统。该先储水后排水系统内径1m×0.5m×0.5m，由混凝土制成，外围包裹碎石层，埋设在粉质粘土中。过滤装置用螺栓或卡口固定于排水口处，便于拆卸，安装时密封好过滤装置与先储水后排水系统衔接处。该衔接处过滤结构1直径15cm，高15cm，由金属网支持渗透速率适当的土工布组成，相应的排水结构2直径10cm，高10cm，只布设1个孔洞3，该孔洞3离水箱底部2.5cm，直径为2mm。水流方向如水流路径3所示，水流中小如泥砂5的杂质被过滤结构1阻隔在外，孔洞3位于排水结构2的一定高度处，水流中小的杂质大部分沉积于孔洞3下方，减少排水口被堵塞的可能。由于过滤结构1和排水结构2易于拆卸，透过了过滤结构1孔隙、积存于装置内及下一级结构的杂质易于清理，也有助于检修和置换部件。
经检测，粉质粘土渗透速率为1.5×10-7m/s，孔隙度为18％，饱和度为50％。往混凝土水箱中注入高度为50cm的水。实测渗漏曲线及理想渗漏曲线如图4所示，理想情况下水位降到漏水孔处需14小时，实际情况下，试验开始14小时后水还没有完全漏完，且实际渗漏速率小于理想渗漏速率，因为真实情况下水具有粘滞阻力，而理想渗漏曲线模拟的是粘滞阻力为0的液体。虽然实测渗漏曲线及理想渗漏曲线有所偏差，但差别不大，因此先集水后排水系统的排水时间可用理想渗漏线大致估算。
实施例4
如图5和图6所示，本发明所述的适用于慢排水口的过滤装置的又一个应用实例。所述过滤装置用于屋面雨水管入口。该过滤装置用螺栓或卡口固定于屋面排水口处，便于拆卸，安装时密封好过滤装置与屋面衔接处。该衔接处的过滤结构1为渗透速率较大的烧结金属网，相应的排水结构2上的孔洞3尺寸较大，避免过分降低屋面的排水速率，减少屋面排水不及时而渗漏的可能。水流方向如水流路径4所示，水流中大颗粒杂质5被过滤结构1阻隔在外，孔洞3位于排水结构2的一定高度处，水流中的小颗粒杂质大部分沉淀在孔洞3下方，减少L型雨水管被堵塞的可能。由于过滤结构1和排水结构2易于拆卸，透过了过滤结构孔隙、积存于装置内及雨水管的杂质易于清理，也有助于检修和置换部件。
分析城镇雨水径流的产生机理，可知屋顶的产流量在城镇产流总量占有较大比重，建筑屋顶产流量不可小觑。为避免排水不畅导致屋顶渗漏问题，雨水管以快排快泄为目标，加速了雨水进入市政排水管网，给预防和缓解城市内涝造成较大阻碍。同时由于屋面排水口水平布置且没有过滤设施，易被杂物堵塞导致屋面排水不畅进而形成屋顶渗漏。基于海绵城市“延长汇流时间”核心原则，采用本实施例所述的过滤装置，能够延缓雨水管雨水排放且保证雨水顺畅排放、不易堵塞。
工作原理
降雨后，雨水裹挟着途经的杂质汇集于排水沟或先储水后排水系统中，水流4中的大颗粒杂质5和泥砂6被阻隔在位于上游或外圈的过滤结构1外，被过滤的水再通过位于下游或内圈的排水结构2的孔洞3排往下一级结构。由于孔洞3位于排水结构2一定高度处，未被过滤掉的更细小颗粒沉淀在孔洞3下方。由于过滤结构1和排水结构2易于拆卸，有助于清理透过了过滤结构孔隙、积存于装置内及下一级结构的杂质，有助于检修和置换部件。该装置既能保证排水顺畅，还能防止本过滤装置或下一级结构堵塞，提高过滤和净化效果。
孔洞3射出的v水流速m/s、q水流量m3/s和t排空时间s可由托里切利Torricelli’slaw计算，
其中A为该过滤装置所处集水区域表面积m2，a为孔洞3面积m2，h为该过滤装置所处集水区域集水深度m，g为重力加速度m/s2。
依上述公式可求孔洞3的瞬时射流量与排空时间。如图7所示，以一个内尺寸为1m×0.5m×0.5m的储水结构为例，过滤装置位于中部。过滤结构1直径15cm，高15cm，相应的排水结构2直径10cm，高10cm，只布设1个孔洞3，孔洞3距离储水结构底部2.5cm。计算集满50cm高水位情况下，孔洞3直径分别为1.5、2、2.5mm时瞬时射流量与排空时间。如图8所示，储水结构充满水时，孔洞3的瞬时射流量大，随着排水时间增大，孔洞3瞬时射流量降低，当水位降到与孔洞3底部齐平时，瞬时射流量为0。孔洞3直径对应1.5、2、2.5mm时，最大瞬时射流量分别约为5.5ml/s、9.8ml/s、15.4ml/s，水位降至与孔洞3底部齐平时所需要的时间分别约为1.04、0.59、0.38天。
Claims (6)
1.一种适用于慢排水口的过滤装置，包括过滤结构和排水结构，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述过滤结构安放在排水结构的外圈或水流上游，过滤结构由刚性过滤介质或支架支撑的柔性过滤介质组成，排水结构上分布有孔洞，
所述排水结构上布置的孔洞射出的v水流速m/s、q水流量m3/s和t排空时间s由托里切利公式计算：
其中，A为过滤装置所处集水区域表面积m2，a为孔洞面积m2，h为该过滤装置所处集水区域集水深度m，g为重力加速度m/s2。
2.根据权利要求1所述的适用于慢排水口的过滤装置，其特征在于，所述刚性过滤介质为金属网，柔性过滤介质为土工布。
3.根据权利要求1所述的适用于慢排水口的过滤装置，其特征在于，所述过滤结构为筒形、板状或多边柱形，过滤结构的形状与排水结构相适应。
4.根据权利要求1所述的适用于慢排水口的过滤装置，其特征在于，所述排水结构为筒形、板状或多边柱形。
5.根据权利要求1所述的适用于慢排水口的过滤装置，其特征在于，所述排水结构上分布的孔洞至少有1个，孔洞位于排水结构一定高度处。
6.根据权利要求1所述的适用于慢排水口的过滤装置，其特征在于，所述排水结构上分布的孔洞离水箱底部的距离为2.5cm，孔洞直径为1.5～2.5mm。
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