CN110205897A - 面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统及管理方法，包括气象局数据共享系统、气象站系统、海绵城市透水路面雨水管网系统、透水路面湿度采集系统和中心管理系统，所述气象局数据共享系统、气象站系统以及透水路面湿度采集系统均与中心管理系统通信连接；可以有效解决在极端降雨天气下，透水路面受纳雨水能力不足的问题，通过海绵城市透水路面雨水管网系统将透水路面和城市雨水管网系统相连接，通过排水阀、排涝泵和溢流阀及时将超量雨水排至其他雨洪管理设施中。

Description

面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统及管理方法

技术领域

本发明属于城市排水技术领域，具体涉及面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统及管理方法。

背景技术

研究表明，现代城市地面硬化率高，发生暴雨时雨水从地面进入排水口需要一段时间，如果不能及时将地表径流引入城市雨水管网或自然水体，发生暴雨时有可能发生内涝灾害。因此，全球范围内逐渐开始了海绵城市的探索和建设，利用海绵城市雨洪管理系统，可通过渗透、滞留、调蓄等措施削减暴雨峰值流量，有利于城市内涝的控制，同时雨水渗透还能及时补充城市地下水，减轻地表径流对城市水体的污染。

透水路面是一种新型的海绵城市铺装形式，有别于传统的非透水路面，透水路面能从源头上有效地削减径流总量，回补地下水资源，降低城市热岛效应，还能起到抗滑降噪的作用。但是海绵城市的理论尚处于探索和发展阶段，从传统的市政雨水管网到海绵城市的转型，是一个长期而艰巨的系统工程。目前透水路面作为海绵城市重要的组成部分，也同样存在一些关键性问题：

(1)透水路面的设计建设与海绵城市整体规划建设是脱离的，缺乏对于透水路面在服役过程的监测反馈与综合管理；

(2)缺乏对透水路面可承载的最大降雨量和降雨强度进行有效评估，在强降雨天气很可能导致雨水溢流，甚至影响路基的稳定性，影响行车安全性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统及管理方法，能有效提高在暴雨等特殊天气下透水路面的稳定性和安全性，同时能实时反馈透水路面在服役过程中的湿度变化状况，并及时有效地指导市政等相关部门进行透水路面养护和管理。

面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统包括：气象局数据共享系统、气象站系统、海绵城市透水路面雨水管网系统、透水路面湿度采集系统和中心管理系统。

所述的气象局数据共享系统通过与气象局进行联网，通过气象局的数据，提取海绵城市雨洪管理所需的降雨数据，降雨数据包括未来24小时内降雨概率、预测的降雨强度以及预测的降雨量，输入中心管理系统。

所述的气象站系统由不同测点路段实时气象数据所构成(主要是降雨量和湿度数据)，通过分析不同测点路段的数据去除坏数据之后，输入中心管理系统。

所述的海绵城市透水路面雨水管网系统是透水路面与城市雨水管网系统相连接的部分，该系统可以受纳超过透水路面承受能力的雨水，将这部分雨水通过海绵城市雨水系统进行自然渗透、过滤、调蓄和再利用。

所述的透水路面湿度采集系统由温湿度传感器、传感器采集器和无线传输装置构成。在路面建设期间，将温湿度传感器按一定间隔埋设于路面各个结构层中，不同层的温湿度传感器竖向对齐，温湿度传感器可以采集路面各层的温湿度，并将信号传递至传感器采集器，采集器通将温湿度数据存储，并通过无线传输装置将数据传输至中心管理系统。

所述的中心管理系统用于将气象预报数据、气象站数据、透水路面湿度数据和雨水管网系统数据进行采集和分析，调节海绵城市透水路面雨水管网系统中排水阀和排涝泵的开关状态。

海绵城市综合管理系统分析流程如下：

1.数据汇总：气象局数据共享系统、气象站系统、海绵城市透水路面雨水管网系统、透水路面湿度采集系统数据汇总。

2.排水阀开闭判断：

(1)气象局根据气象资料预测未来24小时内雨量和雨势的大小，中心管理系统通过判断最大可能降雨量是否透水路面容许最大降雨量调节排水阀的开闭，如果最大可能降雨量超出透水路面容许最大降雨量，排水阀在预测降雨时间节点1小时之前提前打开。

(2)气象站通过雨量计等获得实时降雨量，并将降雨量传递至中心管理系统，由中心管理系统根据降雨量计算降雨强度，然后判断实际最大瞬时降雨强度是否大于透水路面容许最大降雨强度来调节排水阀的开闭，如果实际降雨强度超过容许值，打开排水阀；

(3)透水路面湿度采集系统将各个结构层的湿度状况传输至中心管理系统，如果结构面的湿度超过容许湿度值，打开排水阀；

若同时符合以下三个条件，则排水阀处于关闭状态：

条件1：最大可能降雨量未超出透水路面容许最大降雨量；

条件2：降雨强度小于透水路面容许最大降雨强度；

条件3：结构面的湿度小于容许湿度值；

3.排涝泵和溢流阀，溢流阀是城市雨水管网的一部分，即雨水管排涝泵会把雨水抽到城市雨水管网，若城市雨水管网也承受不了，会打开溢流阀，溢流到河流等地方，开闭判断：

如果海绵城市透水路面雨水管网系统雨水径流量超过管网容许径流量，若不及时排走雨水，雨水将溢流出排水路面。因此，通过海绵城市透水路面雨水管网系统开启排涝泵和溢流阀，能迅速将雨水引流至其他雨洪管理设施中。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

1)可以有效解决在极端降雨天气下，透水路面受纳雨水能力不足的问题，通过海绵城市透水路面雨水管网系统将透水路面和城市雨水管网系统相连接，通过排水阀、排涝泵和溢流阀及时将超量雨水排至其他雨洪管理设施中。

在降雨量不超过路面受纳能力的情况下，透水路面能降低降雨峰值流量，防止城市内涝，有效缓解城市排水系统的泄洪压力，提高了车辆、行人通行的舒适性和安全性，雨天无积水，避免轮胎与路面水膜的形成，缩短刹车距离，提高行车安全性；其良好的渗水性及保湿性，能够使雨水迅速渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，改善了生态环境，避免了因过度开采地下水而引起地陷等工程地质灾害；此外透水路面还能减少扬尘污染，过滤地表污水，吸收行车噪声，优化城市环境，环节热岛效应，经济效益显著。

进一步的，透水面层、路面的透水基层以及路基中均间隔设置有若干温湿度传感器，透水面层、路面的透水基层以及路基中设置的温湿度传感器的投影重合。同时监测不同层面的湿度，确保渗水能够及时排出，防止内涝。

基于上述面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统的管理方法，根据未来24小时内或者实时降雨量是否超过透水路面的负荷，若超过路面负荷，则使排水阀处于打开状态；当断透水路面湿度不大于透水路面的容许湿度时，则使排水阀处于关闭状态；在不同情况下进行不同处理，降雨量或湿度满足路面负荷时，雨水自然下渗，不用采取任何措施，雨水渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，当渗水路面不能承受预计或者实时的降雨量时，开启排水阀，使雨水能及时排出，防止积水。

进一步的，当最大可能降雨量＞透水路面容许最大降雨量时，排水阀预测降雨时间节点1小时前打开，防止因为天气提前突变而导致的雨水不能及时排出的情况。

进一步的，设定N个温湿度传感器覆盖某一路段，若N个温湿度传感器中任意一个检测到的湿度≥透水路面容许湿度值，则打开该路段内的所有排水阀。确保雨水及时排出。

附图说明

图1为本发明海绵城市透水路面雨洪管理系统流程图；

图2为本发明海绵城市透水路面雨洪管理系统判断是否开启城市管网系统的程序流程图；

图3为本发明透水路面雨洪管理系统示意图。

附图中：1-透水面层、2-透水基层、3-路基、4-横向排水管、5-进水孔、6-排水阀、7-海绵城市雨水管网、8-温湿度传感器、9-传感器数据采集器、10-无线传输装置、11-排涝泵、12-气象局数据共享系统、13-气象站系统、14-中心管理系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

透水路面包括自下至上依次设置的路基3、透水基层2和透水面层1。

参照图3，图3中的箭头方向为水流方向，面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统包括气象局数据共享系统12、气象站系统13、海绵城市透水路面雨水管网系统、透水路面湿度采集系统和中心管理系统14。气象局数据共享系统12、气象站系统13以及透水路面湿度采集系统均与中心管理系统14无线传输连接。

海绵城市透水路面雨水管网系统包括横向排水管4和雨水网管7路基3中设置有横向排水管4，横向排水管顶部开设有若干进水孔5，透水基层2中的液体通过进水孔5流入横向排水管4中，排水管4与雨水网管7连通，横向排水管4与雨水网管7之间安装有排水阀6，雨水网管7中安装有排涝泵11。

优选的，进水孔5中设置有用于防止杂物进入横向排水管4的滤网。透水路面湿度采集系统9包括温湿度传感器8、传感器采集器9和无线传输装置10，路面的透水面层1中间隔设置有若干温湿度传感器8，路面的透水基层2中间隔设置有若干温湿度传感器8，所有的温湿度传感器8均与传感器采集器9连接，传感器采集器9通过无线传输装置10和中心管理系统通信连接。一般道路由上到下为透水面层1、透水基层2以及路基3，透水面层1包括自上至下依次设置的上面层、中面层和下面层，透水基层2包括基层和底基层，竖直方向上，透水面层1、透水基层2以及路基3中至少设置1个温湿度传感器8，可也可在上面层、中面层、下面层、基层和底基层中各设置一个温湿度传感器8，基层中竖向每隔10cm～20cm设置一个温湿度传感器8，路基按照在竖直方向上每隔15cm～20cm设置一个温湿度传感器8的间隔布置。温湿传感器8布设水平距离根据车流量和路面的重要程度来设置。同一层温湿传感器8的间距为25m～100m。

面向海绵城市透水路面的雨洪管理方法如下：

降雨来临前，气象局数据共享系统12根据气象资料预测未来24小时内的雨量和雨势的大小，中心管理系统14通过判断最大可能降雨量是否透水路面容许最大降雨量调节排水阀6的开闭，如果最大可能降雨量超出透水路面容许最大降雨量，排水阀6在预测降雨时间节点1小时之前提前打开。

降雨过程中，气象站系统13通过雨量计等获得实时降雨量和降雨强度数据，并传输至中心管理系统，中心管理系统通过判断降雨强度是否大于透水路面容许最大降雨强度来并联调节排水阀6的开闭，如果实际降雨强度超过容许值，及时打开排水阀6。

降雨过程中，透水路面湿度逐渐增加，透水路面湿度采集系统通过温湿度传感器8和传感器数据采集器9采集实时温湿度值，将各个结构层的湿度状况通过无线传输装置10传输至中心管理系统14，如果结构面的湿度超过容许湿度值，设定N个温湿度传感器8覆盖某一路段，若这N个温湿度传感器8中任意一个检测到的湿度超过容许湿度值，则打开该路段内的所有排水阀6。

优选的，根据天气情况动态调整传感器采集器9的采集频率：

若为晴天，可间隔20-30分钟采集一次温湿度传感器的数据；

若为阴雨天气，可间隔5-10分钟采集一次温湿度传感器的数据；

若为大雨或暴雨天气，间隔1-5分钟采集一次温湿度传感器的数据。

降雨过程中，如果海绵城市透水路面雨水管网系统雨水径流量超过管网容许径流量，若不及时排走雨水，雨水将溢流出排水路面。因此，通过海绵城市透水路面雨水管网系统开启排涝泵11和溢流阀，溢流阀是城市雨洪管理系统一部分，能迅速通过城市雨水管网7将雨水引流至其他雨洪管理设施中，比如雨水花园、调蓄池、湿塘、下凹式绿地等，如果超出城市管网承受能力，将雨水排至就近的河流湖泊。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统，其特征在于，包括气象局数据共享系统(12)、气象站系统(13)、海绵城市透水路面雨水管网系统、透水路面湿度采集系统和中心管理系统(14)，所述气象局数据共享系统(12)、气象站系统(13)以及透水路面湿度采集系统均与中心管理系统(14)通信连接；

所述气象局数据共享系统(12)用于采集预测的未来24小时内降雨概率、预测的降雨强度以及预测的降雨量并传递至中心管理系统(14)；

所述气象站系统(13)用于采集实时降雨量，并传递至中心管理系统(14)；

所述海绵城市透水路面雨水管网系统包括雨水管网(7)和设置在路基(3)中的横向排水管(4)，横向排水管(4)上开设有若干进水孔(5)，排水管(4)与雨水管网(7)连通，横向排水管(4)与雨水管网(7)之间安装有排水阀(6)；

透水路面湿度采集系统包括温湿度传感器(8)和传感器采集器(9)，湿度传感器(8)设置在透水路面中，所有的温湿度传感器(8)均与传感器采集器(9)连接，传感器采集器(9)和中心管理系统(14)通信连接；

所述中心管理系统(14)用于根据未来24小时内降雨概率、预测的降雨强度以及预测的降雨量、实时降雨量以及路面湿度控制排水阀(6)的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统，其特征在于，所述雨水网管(7)中安装有排涝泵(11)。

3.根据权利要求1所述的面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统，其特征在于，所述进水孔(5)中设置有用于防止杂物进入横向排水管(4)的滤网。

4.根据权利要求1所述的面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统，其特征在于，所述透水路面包括自下至上依次设置的路基(3)、透水基层(2)和透水面层(1)，透水面层(1)、路面的透水基层(2)以及路基(3)中均间隔设置有若干温湿度传感器(8)，透水面层(1)、路面的透水基层(2)以及路基(3)中设置的温湿度传感器(8)的投影重合。

5.基于权利要求1所述的面向海绵城市透水路面的雨洪管理系统的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集未来24小时内的降雨量、透水路面的实时湿度、实时降雨量以及排水阀(6)开启或关闭的状态，并根据降雨量计算降雨强度；

步骤2，判断未来24小时内或者实时降雨量是否超过透水路面的负荷：

若未来24小时内或者实时降雨量未超过透水路面负荷，则使排水阀(6)处于关闭状态；若未来24小时内或者实时降雨量超过透水路面负荷，则使排水阀(6)处于打开状态，然后判断透水路面湿度是否大于透水路面的容许湿度：

当断透水路面湿度大于透水路面的容许湿度时，使排水阀(6)处于打开状态；

当断透水路面湿度不大于透水路面的容许湿度时，则使排水阀(6)处于关闭状态。

6.根据权利要求5所述的一种面向海绵城市透水路面的雨洪管理方法，其特征在于，步骤2中，若未来24小时内或者实时降雨量是否超过透水路面负荷，由最大可能降雨量、实时降雨量以及降雨强度进行判断，具体如下：若最大可能降雨量＞透水路面容许最大降雨量，则未来24小时降雨量超过透水路面负荷；

若最大瞬时降雨强度＞透水路面容许最大降雨强度，或实际降雨量＞透水路面容许最大降雨量，则实时降雨量是否超过透水路面负荷。

7.根据权利要求5所述的一种面向海绵城市透水路面的雨洪管理管理方法，其特征在于，当最大可能降雨量＞透水路面容许最大降雨量时，排水阀(6)在预测最大可能降雨量所在的时间节点的1小时前打开。

8.根据权利要求5所述的一种面向海绵城市透水路面的雨洪管理管理方法，其特征在于，设定N个温湿度传感器(8)覆盖某一路段，若某一路段任意一个温湿度传感器(8)中检测到的湿度≥透水路面容许湿度值，则打开该路段内的所有排水阀(6)。