CN110295660B - 一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，包括虹吸吸水管，还包括下沉式穿孔散水管，下沉式穿孔散水管一端与虹吸吸水管连接，另一端与虹吸通气管连接；下沉式穿孔散水管包括穿孔管和连接在穿孔管两端的变径管，穿孔管上沿周向设置有若干通孔，变径管一端的直径与穿孔管相同，另一端与虹吸吸水管或虹吸通气管的直径相同；穿孔管与虹吸吸水管或虹吸通气管水平不同轴布置，穿孔管的顶部与虹吸吸水管和虹吸通气管的顶端保持在同一水平线；本发明的系统的下沉式穿孔散水管与虹吸吸水管相连，穿孔散水管的下沉式设计结构可以储存由于土壤下渗性有限所造成的无法快速下渗的积水，使虹吸作用一直保持在高性能状态。
Description
技术领域
本发明属于雨水渗流技术领域，具体涉及一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统。
背景技术
西北地区普通绿化区域绿地多高于或平于路面，降雨时无积水，土壤入渗雨水量较少；而基于“海绵城市”理念的新型绿地多采用下凹绿地，降雨时有地表径流汇入形成积水，多数地区通过下凹绿地区域雨水下渗补给地下水实现雨水回归利用，使城市容纳更多降雨。并且下凹绿地中由于积水时间长水质差，产甲烷量高，是城市黑臭水体重灾区之一，若积水时间过长，超过植物的耐水性能，会造成植物根系腐烂，甚至枯萎。
通常，在持续降雨情况下，降雨量会远超过土壤可吸收水量，根部土壤水会达到饱和。一般，当土壤表面开始积水时，植物的根系可能已经发生损坏。因为积水会造成植物根系缺氧，且土壤及水中的微生物以及植物根部会进行有氧呼吸消耗水与土壤中的氧气，进而导致根部进行无氧呼吸，产生一定量的乙醇、乙醛等有毒物质，妨碍根部养分的释放，毒害植物根部，使根系中矿质元素大量流失，使植物变得易受病虫害的威胁甚至死亡。另外，积水会补给土壤的盐碱含水层，导致其水位上升，干燥天气下造成土壤盐碱化，进而危害植物存活。
目前，在西北地区海绵城市建设中通常采用简单的下凹绿地设置方式，或者填充大量砾石增加渗水性能。然而以上措施无法在遭遇大暴雨时快速排出雨水，使下凹绿地中的水不溢流。在土壤饱和情况下无法加大深层入渗，而且也无法控制下凹绿地水位，使其保持在适宜水位。
发明内容
针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于，提供一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，解决现有技术中无法真正实现使下凹绿地雨水快速下渗以及导向性下渗，以及大暴雨情境下防止溢流污染和控制水位的目的。
为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案予以实现：一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，包括虹吸吸水管，还包括下沉式穿孔散水管，所述的下沉式穿孔散水管一端与虹吸吸水管连接，另一端与虹吸通气管连接；
所述的下沉式穿孔散水管包括穿孔管和连接在穿孔管两端的变径管，所述的穿孔管上沿周向设置有若干通孔，所述的穿孔管的直径大于虹吸吸水管和虹吸通气管的直径，变径管一端的直径与穿孔管相同，另一端与虹吸吸水管或虹吸通气管的直径相同；
所述的穿孔管一端的变径管与虹吸吸水管连接，另一端的变径管与虹吸通气管连接；
所述的穿孔管与虹吸吸水管或虹吸通气管水平不同轴布置，穿孔管的位置低于虹吸吸水管和虹吸通气管的位置，穿孔管的顶部与虹吸吸水管和虹吸通气管的顶端保持在同一水平线；
所述的下沉式穿孔散水管的长度按照下凹绿地储水量经过计算得到。
本发明还具有如下技术特征：
所述的虹吸吸水管伸出下凹绿地凹陷部分的一端连接有椭圆形滤头，所述的椭圆形滤头由密实铁丝网制作，且椭圆形短边距离大于虹吸吸水管的直径。
所述的虹吸通气管周围布置有风机。
所述的下沉式穿孔散水管下部依次铺设炉渣垫砾石垫层、砂土垫层和地表土层。
所述的下沉式穿孔散水管上部铺设带有突触的纤维布，并且使突触插入下沉式穿孔散水管中，所述的突触插入下沉式穿孔散水管的深度为下沉式穿孔散水管直径的三分之二。
所述的纤维布上方铺设纤维砾石混合层与地表土层。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)本发明的系统的下沉式穿孔散水管与虹吸吸水管相连，穿孔散水管的下沉式设计结构可以储存由于土壤下渗性有限所造成的无法快速下渗的积水，使虹吸作用一直保持在高性能状态。
(Ⅱ)本发明利用虹吸原理对下凹绿地进行排水，可以通过调整虹吸吸水管高度进行水位控制，当达到最大水位时产生虹吸效应开始吸水，水位到达吸水嘴高度时虹吸破坏吸水停止。使下凹绿地内一直保持设计水量。
(Ⅲ)本发明在下沉式穿孔散水管上部铺设带有突触的纤维布并且使突出插入下沉式穿孔散水管中，在下沉式穿孔散水管中有积水时纤维突触会产生毛细吸水效果，加速排水。
(Ⅳ)本发明在下沉式穿孔散水管下部布设炉渣垫层，砾石垫层、砂土垫层、地表土层。使通过下沉式穿孔散水管的水可以迅速排出，并且炉渣垫层，砾石垫层可以对提供下沉式穿孔散水管提供支持使其免于沉降。并且铺设的地表土层可以增加地下土壤中微生物多样性，虹吸通气管会使地表土层的好氧微生物一直保持活性。
(Ⅴ)本发明设置虹吸通气管使下沉式穿孔散水管内大气压与地表相同，保证虹吸吸水管产生虹吸效果。
(Ⅵ)本发明在虹吸通气管附近配置风机，在大雨量时或虹吸被破坏时或虹吸效应无法快速排水使进行抽吸，从而保持虹吸效果。在下凹绿地中水体发臭时，可启动造成人为负压进行抽吸，使发臭水体进入下沉式穿孔散水管，使土壤中微生物以及细菌对臭水进行处理。
(Ⅶ)本发明可以通过在不同位置设置本发明装置实现导向性排水，在湿陷性黄土地区可以起到使下渗湿润锋原理建筑物一侧的目的，从而保护建筑物基础。
附图说明
图1是为本发明结构的整体结构示意图；
图2是下沉式穿孔散水管以及垫层铺设示意图；
图3是椭圆形滤头大样图；
图4是突触以及纤维布布置示意图；
图5是西安市实际降雨资料；
图6为模拟效果图；
图7为观测点含水量对比图；
图中各个标号的含义为：1-虹吸吸水管，2-下沉式穿孔散水管，3-虹吸通气管，4-穿孔管，5-变径管，6-通孔，7-椭圆形滤头，8-风机，9-炉渣垫砾石垫层，10-砂土垫层，11-地表土层，12-突触，13-纤维布，14-纤维砾石混合层，15-地表土层，16-下凹绿地。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
设置的下凹绿地排水水位应在下凹绿地边界下30cm左右，虹吸吸水管管顶的高度要与设置的下凹绿地排水水位保持一致，穿孔散水管长度以及最大管径需以及下凹绿地最大蓄水量计算，穿孔散水管需距离地面40cm以下，穿孔散水管所设置的通孔口径不宜大于炉渣以及砾石直径，且虹吸通气管管口需至少距离地面10cm以上。
实施例1：
一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，布置在下凹绿地中，如图1至图4所示，包括虹吸吸水管1，还包括下沉式穿孔散水管2，下沉式穿孔散水管2一端与虹吸吸水管1连接，另一端与虹吸通气管3连接；虹吸通气管3把下沉式穿孔散水管2与大气连接，使下沉式穿孔散水管2内气压为大气压力值，使下沉式穿孔散水管2在达到设计水位时产生虹吸作用。虹吸通气管应至少高于地面30cm。
在下凹绿地16周边搭配种植相对较高的植物(石竹类、漏斗菜类)，在下凹绿地中心，尤其在靠近虹吸吸水管1位置种植低矮耐劳植物(五叶地绵类、蛇莓类)并应避免开花植物防止堵塞虹吸吸水管1。
下沉式穿孔散水管2包括穿孔管4和连接在穿孔管4两端的变径管5，穿孔管4上沿周向设置有若干通孔6，穿孔管4的直径大于虹吸吸水管1和虹吸通气管3的直径，变径管5一端的直径与穿孔管4相同，另一端与虹吸吸水管1或虹吸通气管3的直径相同；通孔6用于透水。
穿孔管4一端的变径管5与虹吸吸水管1连接，另一端的变径管5与虹吸通气管3连接；
穿孔管4与虹吸吸水管1或虹吸通气管3水平不同轴布置，穿孔管4的位置低于虹吸吸水管1和虹吸通气管3的位置，穿孔管4的顶部与虹吸吸水管1和虹吸通气管3的顶端保持在同一水平线；下沉式设计为了更方便雨水下渗。
下沉式穿孔散水管2的长度按照下凹绿地储水量经过计算得到。
作为本实施例的一种优选，虹吸吸水管1伸出下凹绿地凹陷部分的一端连接有椭圆形滤头7，椭圆形滤头7由密实铁丝网制作，且椭圆形短边距离大于虹吸吸水管1的直径。椭圆形滤头7用于过滤掉水中的杂物，以免发生堵塞。
作为本实施例的一种优选，虹吸通气管3伸出下凹绿地的部分周围布置有风机8。在大雨量时或虹吸被破坏时进行抽吸，从而保持虹吸效果。在下凹绿地中水体发臭时，可启动造成人为负压进行抽吸，使发臭水体进入下沉式穿孔散水管2，使土壤中微生物以及细菌对臭水进行处理。所述虹吸通气管地上露出部分需连接90°弯头。且弯头附近不宜种植高大植物。
作为本实施例的一种优选，下沉式穿孔散水管2下部依次铺设炉渣垫砾石垫层9、砂土垫层10和地表土层11。每层厚度控制在10-15cm。由于炉渣具有轻质多孔的特性，所有炉渣垫砾石垫层9能快速吸收下沉式穿孔散水管排出的水，再由下方的砂土垫层10利用沙土的高渗透性进行扩散。由于在砂土垫层10下设置了地表土层11，地表土层中存在很多地下土壤中没有的好氧细菌，由于虹吸通气管的通气作用，可以使好氧菌保持活性，在雨水通过下沉式穿孔散水管渗出后，由于有好氧菌的参与可以更好地对所渗透的水进行处理。
作为本实施例的一种优选，下沉式穿孔散水管2上部铺设带有突触12的纤维布13，并且使突触12插入下沉式穿孔散水管2中，突触12插入下沉式穿孔散水管2的深度为下沉式穿孔散水管2直径的三分之二。由于在长时间的使用过程中，下沉式穿孔散水管2中会存有积水，当遇到连续降雨情境下可能会影响装置的下渗性能，所以设置纤维突触12在下沉式穿孔散水管2中积水过多时利用纤维突触的毛细作用将其导入覆盖在管顶上方的纤维布13中利用纤维布13扩大接触面积，进行渗透。
作为本实施例的一种优选，纤维布13上方铺设纤维砾石混合层14与地表土层15。每层厚度控制在10-15cm。砾石混合层14与地表土层15的作用与之前所述相同。砾石混合层14是为了当下沉式穿孔散水管2中达到满管状态时，砾石混合层14具有高渗透性可以将水快速排出，地表土层15能提供好氧细菌对渗入的水进行处理。
简要流程说明
当下凹绿地中水位达到设定水位值时(虹吸吸水管1弯头管顶位置)，由于虹吸通气管3的作用会产生虹吸作用，对下凹绿地中积水进行抽吸(抽吸水位虹吸吸水管1管口位置，也可理解为椭圆形滤头7位置)，抽吸上来的水进入下沉式穿孔散水管2，由下沉式穿孔散水管2上设置的通孔6进行扩散排水。下沉式穿孔散水管2的下沉式结构也可储存一部分水，并且在储水情况下，由于设置纤维突触12以及纤维布13的毛细作用，会将积水更快的排出，并且设置的地表土层中存在很多地下土壤中没有的好氧细菌，由于虹吸通气管的通气作用，可以使好氧菌保持活性，在雨水通过下沉式穿孔散水管渗出后，由于有好氧菌的参与可以更好地对所渗透的水进行处理
实施例2
本实施例给出一种用于城市黑臭水体附近的下凹绿地防污染扩散措施。本实施例在实施例1的基础上，更具体的给出了：本装置系统的应用位置，本装置系统可以应用在城市黑臭水体周围，在降雨量过大超过黑臭水体承载力时，会出现黑臭水体溢出现象。本装置系统可以通过布设在黑臭水体周围承载溢出的黑臭水，并通过下凹绿地中的植物以及导入地下进行消化处理。
实施例3
本实施例给出一种用于黄土地区的雨水导向性下渗结构。通过在下凹绿地原离建筑物基础结构一侧设置本发明系统，在下凹绿地水量达到设定位置时，可以通过产生的虹吸作用将积水快速的导入原理建筑物结构基础一侧的下沉式穿孔散水管4中，从而实现对湿陷性黄土地区下凹绿地的导向性排水，保护了湿陷性黄土地区下凹绿地一侧建筑物基础。
性能测试模拟实验：
选择美国岩土工程实验室HYDRUS-2D软件模拟，选择最不利条件的长历时降雨情景，依据西安市1961-2014年降雨资料，其中，图5是西安市实际降雨资料，且具体为10min降雨量分布及累计降雨量变化图，选择降雨强度i＝0.9cm/h、降雨历时为12h的长历时降雨，下凹绿地黄土渗透系数为Ks＝0.53cm/h，下凹绿地距离建筑物基础2.6m，下凹绿地顶部直径2.4m底部直径1.2m深1.4m；确定总汇水面积785m2，绿地面积135m2，绿地率17.2％。图6为利用HYDRUS软件按照图5的降雨资料条件设置后得到的本实施例下渗结构降雨后模拟效果图，参考图6下凹绿地在设定长历时降雨情景下在下凹绿地两侧设置1、2、3、4四个观测点；图7为四个观测点在设计降雨量情况下的含水量。
从图中可以看出加装本装置一侧，含水量大，尤其是下方下沉式穿孔散水管。经计算实施例3中添加排水下渗结构一侧含水量比对比例3中未添加一侧大36.8％。
Claims (3)
1.一种下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，包括虹吸吸水管(1)，其特征在于，还包括下沉式穿孔散水管(2)，所述的下沉式穿孔散水管(2)一端与虹吸吸水管(1)连接，另一端与虹吸通气管(3)连接；
所述的下沉式穿孔散水管(2)包括穿孔管(4)和连接在穿孔管(4)两端的变径管(5)，所述的穿孔管(4)上沿周向设置有若干通孔(6)，所述的穿孔管(4)的直径大于虹吸吸水管(1)和虹吸通气管(3)的直径，变径管(5)一端的直径与穿孔管(4)相同，另一端与虹吸吸水管(1)或虹吸通气管(3)的直径相同；
所述的穿孔管(4)一端的变径管(5)与虹吸吸水管(1)连接，另一端的变径管(5)与虹吸通气管(3)连接；
所述的穿孔管(4)与虹吸吸水管(1)或虹吸通气管(3)水平不同轴布置，穿孔管(4)的位置低于虹吸吸水管(1)和虹吸通气管(3)的位置，穿孔管(4)的顶部与虹吸吸水管(1)和虹吸通气管(3)的顶端保持在同一水平线；
所述的下沉式穿孔散水管(2)的长度按照下凹绿地储水量经过计算得到；
所述的下沉式穿孔散水管(2)下部依次铺设炉渣垫砾石垫层(9)、砂土垫层(10)和地表土层(11)；
所述的下沉式穿孔散水管(2)上部铺设带有突触(12)的纤维布(13)，并且使突触(12)插入下沉式穿孔散水管(2)中，所述的突触(12)插入下沉式穿孔散水管(2)的深度为下沉式穿孔散水管(2)直径的三分之二；
所述的纤维布(13)上方依次铺设纤维砾石混合层(14)与地表土层(15)。
2.如权利要求1所述的下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，其特征在于，所述的虹吸吸水管(1)的另一端连接有椭圆形滤头(7)，所述的椭圆形滤头(7)由密实铁丝网制作，且椭圆形短边距离大于虹吸吸水管(1)的直径。
3.如权利要求1所述的下凹绿地导向性虹吸排水下渗系统，其特征在于，所述的虹吸通气管(3)周围布置有风机(8)。
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