CN110359534A

CN110359534A - 一种集水箱的设计方法、弃流装置以及弃流控制方法

Info

Publication number: CN110359534A
Application number: CN201910628464.XA
Authority: CN
Inventors: 张军; 贺鹏鹏; 邢孟
Original assignee: China Northwest Architecture Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Northwest Architecture Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明涉及一种集水箱的设计方法、弃流装置以及弃流控制方法，用于雨水弃流，所述一种集水箱的设计方法包括以下步骤：1）弃流时间的计算；2）流量差的计算：根据需求，设计集水箱进水口的口径DN1以及泄水口的口径DN2，且进水口的口径DN1大于泄水口的口径DN2，同时根据DN1以及DN2计算获取进水口与泄水口的流量差；3）集水箱的设计：通过弃流时间以及流量差确定集水箱的容积，通过集水箱的容积设计集水箱的尺寸。本发明能够通过浮力和小孔出流的原理，将物理中的原理应用于实践，形成纯物理的控制方法，不仅能满足规范要求的弃流量的控制，而且使用简单，控制方便。

Description

一种集水箱的设计方法、弃流装置以及弃流控制方法

技术领域

本发明属于海绵城市建设领域，雨水收集中用到的一种弃流装置，具体涉及一种弃流中集水箱的设计方法、弃流装置以及弃流控制方法，通过弃流实现规范要求的前期污染雨水的自然排放。

背景技术

根据我们国家海绵城市的建设的不断深化发展，相应的规范和标准都在不断完善，《建筑与小区雨水控制利用工程技术规范》(GB50400-2016)第5.3.4条要求初期径流弃流量应按照下垫层实测收集雨水的COD_cr、SS、色度等污染物浓度确定。当无资料时，屋面弃流径流厚度可采用2mm～3mm，地面弃流可采用3mm～5mm的要求。无论是城市广场还是小区雨水回用都必须考虑初期雨水弃流的基本要求，但按照规范无论是屋面弃流径流厚度还是地面弃流径流厚度，用弃流径流厚度来控制弃流都需要将其转化成弃流量或弃流时间来控制，但在实施过程中都会因为我们雨水收集池和弃流井设置位置的不同，而带来弃流时间的差异性。

在现有技术中，雨水弃流量和弃流时间的控制，往往需要通过采用智能带电设备(如雨水采集器、流量计、计时器等)进行控制，而这些设备使用中都需要设置相应的电气控制部分，为日后的管理和使用带来一定的难度，无论使用和维护管理都需要一定专业知识的人来使用。

发明内容

为了解决现有技术中，雨水弃流控制需要依赖电气控制、雨水弃流不易控制等问题，本发明提供了一种集水箱的设计方法、弃流装置以及弃流控制方法，其通过合理设计集水箱，结合集水箱进水口和泄水口的口径差，进而能够获得流量差，最后再结合浮球实现一定时间内弃流孔的堵塞和打开。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种集水箱的设计方法，用于雨水弃流，包括以下步骤：

1)弃流时间的计算；

2)流量差的计算：根据需求，设计集水箱进水口的口径DN1以及泄水口的口径DN2，且进水口的口径DN1大于泄水口的口径DN2，同时根据DN1以及DN2计算获取进水口与泄水口的流量差；

3)集水箱的设计：通过弃流时间以及流量差确定集水箱的容积，通过集水箱的容积，设计集水箱的尺寸。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1)中弃流时间的计算具体包括雨水在距离弃流井最远的雨水井的弃流时间以及最不利雨水井至弃流井的管道流行时间。

由于弃流中，有一段雨水是在在雨水井以及管道中进行的弃流，然后再进入弃流井，故需要计算初期的弃流时间。具体地，在雨水井以及管道中进行的弃流包括降雨场地中最不利雨水井所收集的最不利汇流面积内需要弃留的3～5mm的弃流量的弃流时间，以及从最不利雨水井至弃流井之间的管道中的弃流时间。

作为本发明中的进一步改进，所述步骤2)流量差的计算中，所述进水口的口径DN1大于泄水口的口径DN2，且两者口径相差一级或者二级。

如果两个口径相差太小，弃流时间过长，控制慢，如果口径相差太大，则弃流很快结束，有可能一部分可以收集的雨水，被弃流，造成浪费。

作为本发明中的进一步改进，所述步骤2)中，所述进水口的进口处采用孔口淹没出流方式；所述泄水口的出流方式采用管嘴淹没出流方式。

通过采用这样的出流方式，能够使得整个雨水弃流中集水箱内的流入以及流出平缓，切合实际。

本发明还公开了一种弃流装置，包括上述的集水箱，还包括过渡箱，以及浮球箱，所述浮球箱与过渡箱独立设置，且所述浮球箱与集水箱相通；

所述过渡箱两侧分别设有雨水进水孔以及弃流孔，所述过渡箱上还设有与收集池相连的收集孔；

所述浮球箱内设有浮球，所述浮球传动连接有用于堵塞弃流孔的挡板；

弃流发生前，浮球位于浮球箱底部，挡板远离弃流孔；弃流发生时，雨水进入集水箱以及过渡箱内，并通过弃流孔弃流；弃流停止前，集水箱内水位上升，进入浮球箱内，浮球受浮力作用上移，带动挡板下移，堵塞弃流孔。

作为本发明的进一步改进，所述集水箱进水口为口径大小可调的进水口。针对不同的适用场合等，需要调整口径差，进而计算流量差，而泄水孔一般设置在集水箱底部，不便于调节，故选择可调大小的进水口，则能够满足不同场合下两个孔径差的实现。

作为本发明的进一步改进，还包括设置于进水口处的网格提篮，所述网格提篮通过钢丝绳固定。网格提篮用于杂质的清理，定期提升钢丝绳，实现网格提篮的定期清理，确保雨水的顺利收集。

作为本发明的进一步改进，还包括固定于过渡箱内的挡板限位器以及固定挡板限位器的挡板支座，当浮球移动时，所述挡板沿挡板限位器上下移动堵塞或打开弃流孔。

本发明还公开了一种弃流控制方法，包括以下步骤：

1)初期弃流时间的计算：根据雨水情况，计算初期弃流时间‘

2)流量差的计算：通过控制集水箱中进水口的口径以及泄水口的口径差，确定进水口和泄水口的流量差；

3)弃流开启或关闭的控制：根据集水箱的体积，以及流量差，确定集水箱内水满时间，进而计算出弃流孔的弃流时间。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2)流量差的计算具体为：

通过控制集水箱中进水口的口径，进而调节进水口的口径以及泄水口的口径差，确定进水口和泄水口的流量差。

本发明的有益效果：

本发明中，通过集水箱的合理设计，进而能够及时控制集水箱的流量差，结合雨水弃流应用，进而能够通过集水箱内水满时间，确定弃流孔的弃流时间，实现雨水弃流和雨水收集的控制。

本发明中，通过浮力原理，通过空腔以及满腔时浮球的位置不同，进而结合液体流动的冲力，实现了对弃流管开启和关闭的控制，容易操作，无需增加过多的装置，使用起来更加方便。

本发明中的控制装置，可以用于检查井等多种场景，适用范围广，安装简单，实现了大量场景下雨水弃流的控制，极大地简化了弃流的控制过程。

本发明中的控制装置，可以用于所有海绵城市或海绵小区建设中，凡是设置雨水收集的场所均可使用，适用范围广，安装简单，实现了不同场所下依据规范对初期雨水弃流的控制，极大地简化了弃流的控制过程。

附图说明

图1是本发明提供的一种弃流装置的结构示意图之一；

图2是本发明提供图1中A-A面的剖视图；

图3是本发明提供图1中B-B面的剖视图；

图4是本发明提供图1中C-C面的剖视图；

图5是本发明提供图1中D-D面的剖视图；

图6是本发明提供图1中E-E面的剖视图；

图7是本发明提供的一种弃流装置的结构示意图之二；

图8是本发明实施例3中的设计图；

图9是本发明实施例4中的设计图；

图中：1、雨水进水孔；2、集水箱；3、进水口；4、泄水口；5、弃流孔；6、过渡箱；7、浮球；8、收集孔；9、网格提篮；10、浮球箱；12、挡板；13、挡板限位器；14、挡板支座。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明中，公开了一种集水箱的设计方法，用于雨水弃流，具体包括以下步骤：

1)弃流时间的计算；

具体地，弃流时间的计算具体包括雨水在距离弃流井最远的雨水井的弃流时间以及最不利雨水井至弃流井的管道流行时间。

由于弃流中，有一段雨水是在雨水井以及管道中进行的弃流，然后再弃流井，故需要计算初期的弃流时间。具体地，在雨水井以及管道中进行的弃流包括降雨场地中最不利雨水井所收集的最不利汇流面积内需要弃留的3～5mm的弃流量的弃流时间，以及从最不利雨水井至弃流井之间的管道中的弃流时间。

2)流量差的计算：根据需求，设计集水箱2进水口3的口径DN1以及泄水口4的口径DN2，且进水口3的口径DN1大于泄水口4的口径DN2，同时根据DN1以及DN2计算获取进水口3与泄水口4的流量差；

具体地，所述步骤2)流量差的计算中，所述进水口3的口径DN1大于泄水口4的口径DN2一到两级。一般情况，选取DN1为200mm或150mm，而DN2则选取150mm或100mm。

具体地，所述步骤2)中，所述进水口的进口处采用孔口淹没出流方式设计；所述泄水口的出流方式采用管嘴淹没出流方式。

计算流量差时，需要按照其出流公式分别计算出DN1的流量和DN2的流量，进而计算出流量差。

实际使用中，本发明中可以配合弃流井中的浮球等装置，通过设计集水箱的容积，能够控制集水箱的流量差，进而可以配合弃流孔，当集水箱的水满时，浮球移动，进而带动控制弃流孔的打开和堵塞。通过给出合理集水箱的设计方案，提高了整个弃流的控制效率，极大地方便了弃流的控制。

实施例1

参照附图1-8所示，本实施例中的一种弃流装置，包括通过上述设计方法设计的集水箱2，还包括过渡箱6，以及浮球箱10，浮球箱10与集水箱2相通；同时，在所述过渡箱6两侧分别设有雨水进水孔1以及弃流孔5，所述过渡箱6内还设有与收集池相连的设有收集孔8，在浮球箱10内设有浮球7，所述浮球7传动连接有用于堵塞弃流孔5的挡板。

具体地，弃流发生前，浮球7位于浮球箱10底部，挡板12远离弃流孔5，此时雨水没有来临，故无需弃流；弃流发生时，雨水进入集水箱2以及过渡箱6内，并通过弃流孔5弃流，此时，雨水通过雨水进水孔1同时进入过渡箱6以及集水箱2中；弃流停止时，集水箱2内水位上升，进入浮球箱10内，浮球7受浮力作用上移，带动挡板12下移，堵塞弃流孔5，无法弃流，此时雨水通过收集孔8都进入收集池内。

本实施例中，雨水进水孔1的口径可以设置为500mm，收集孔8的孔径设计为与之相等的500mm，弃流孔5的孔径也为500mm；为了节省材料，方便计算，可以使得过渡箱6的底部以及集水箱2的顶部共用一个壁设置，此时，集水箱2的进水口3还可以作为过渡箱6的次弃流孔，即过渡箱6有两个弃流孔，一个是孔径大的弃流孔5，另一个则是孔径小的集水箱2的进水口3。此时，进水口3的口径为150mm，泄水口4的口径为100mm，弃流孔5的口径为500mm，故进水口3为小的弃流孔。

具体地，收集孔8的高度略高于雨水进水孔1，进而，雨水进入时，不会经过收集孔8进行收集，而会先弃流。

本实施例中，过渡箱6，为雨水进入弃流孔5之前的过渡箱体，设置了雨水进水孔1(具体为进水管路，与外面的路面等进行连通)，主弃流孔(即弃流孔5)、次弃流孔(即集水箱2的进水口3)、收集孔8(用于后期雨水的收集)、溢流孔(主要目的是溢流)，其中为了能够先实现弃流，弃流掉杂质多的雨水后再收集，所述雨水进水孔1与弃流孔5标高一致，收集孔8高于弃流孔5而低于溢流孔；此时，由于收集孔8位置较高，故在弃流孔5被堵塞时，后期的雨水不会发生弃流，而直接回进入收集孔8内进行收集。

使用本装置时，当开始下雨时，前期雨水需要弃流，即一部分直接通过弃流孔5排出，另一部分则是进入集水箱2内进行收集，当集水箱2内雨水收集满时，则集水箱2内的水溢出，进入浮球箱10内，使得浮球箱10内的浮球7上移，带动挡板12下移，迫使弃流孔5堵塞，弃流停止。

为了扩大应用范围，本实施例中，所述集水箱进水口为口径大小可调的进水口。针对不同的适用场合等，需要调整口径差，进而计算流量差，而泄水孔一般设置在集水箱底部，不便于调节，故选择可调大小的进水口，则能够满足不同场合下两个孔径差的实现。具体地，可以在集水箱的进水口处设置卡接装置以及直径呈阶梯状递减的卡环，当需要减小时，通过将卡环卡接在卡接装置上，实现进水口的调小。

本实施例中，还包括设置于进水口处的网格提篮9，所述网格提篮9通过钢丝绳固定。网格提篮9用于杂质的清理，定期提升钢丝绳，实现网格提篮9的定期清理，确保雨水的顺利收集。

进一步地，还包括固定于过渡箱6内的挡板限位器13以及固定挡板限位器13的挡板支座14，当浮球7移动时，所述挡板12沿挡板限位器13上下移动。

本实施例中的控制方法，包括以下步骤：

1)初期弃流时间的计算：根据雨水情况，计算初期弃流时间；

2)流量差的计算：通过控制集水箱2中进水口3的口径以及泄水口4的口径差，确定进水口和泄水口的流量差；

本实施例中，所述步骤2)流量差的计算具体为：

通过控制集水箱中进水口的口径，进而调节进水的口径以及泄水口的口径差，确定进水口和泄水口的流量差。

3)弃流开启或者关闭的控制：根据集水箱2的体积，以及流量差，确定集水箱2内水满时间，进而计算出弃流孔5中的弃流时间。

本实施例中的控制原理如下：

1)通过弃流厚度(3～5mm)计算降雨场地中雨水的弃留时间。

2)通过弃流时间确定集水箱2的容积及进水孔、泄水孔的孔径。

3)通过集水箱2内的液位变化，进而控制浮球7的升降，即集水箱液位上升时，浮球7受浮力上升，集水箱2液位下降时，浮球7浮力消失，进而下降。

4)通过浮球7的升降传动控制弃流的启停(具体是通过弃流孔5处挡板12的升降)，即浮球7上升时弃流孔处挡板12下降挡板堵塞，浮球7下降时弃流孔5处挡板12上升，挡板12移走，开始弃流。

5)通过弃流孔5处挡板的升降控制弃流的启停，即弃流开始(集水箱2水位最低时，浮球7最低，挡板12最高，弃流孔5开启)时，弃流孔处挡板12中心在弃流孔5中心之上，弃流孔开启；弃流停止时(集水箱2液位最高，浮球7受浮力上升到最高，挡板12被传动到最低，弃流孔5被堵塞)，弃流孔5处挡板12中心与弃流孔5的中心重合，弃流孔5堵塞。

6)具体地，传动装置可以是定滑轮，即通过定滑轮与软钢丝绳控制浮球7与弃流孔5处挡板12之间的反向运动的联动方式。

本实施例中，设置时，可以将进水口3与泄水口4分别设置于集水箱2的两侧，优选地，两者分别设置于集水箱2的对角线位置。

本实施例中，在雨水进水孔1的侧部还设置了网格提篮9，用于拦截并定期清理雨水中的块状漂浮物；提篮底部设置了基座，用于支撑提篮；提篮顶部设置了软钢丝绳索，并将绳索一端固定在提篮顶部另一端固定在距离室外地面500mm以内的弃流装置内部侧壁(即弃流井内壁)上，用于定期提升提篮；所述过渡箱6设置了两组定滑轮，分别设置在了浮球7顶部与所述弃流孔5附近的挡板12顶部，用于所述浮球7与所述弃流孔挡板12之间的软钢丝绳的滑动运动。

本实施例中，集水箱2，其顶部设置了进水口3及浮球箱10，其底部设置了泄水口4；进水口3为所述过渡箱6的次弃流孔，进水口3为孔径可调节大小，通过旋钮控制其大小以适应各种不同降雨场地的不同弃流量，具体参照镜架调节大小一样，比如去配眼镜，镜架大小以及镜片大小的调节原理，进行进水口3大小的调节。

本实施例中，所述浮球箱10底部与所述集水箱2联通，四周侧壁与所述集水箱2顶盖相连。

本实施例中，增加有挡板限位器13以及挡板支座14，其中挡板支座14可以为槽形结构，当浮球箱运动到槽形结构底部时，被槽形底部相抵，无法继续运动，实现限位效果。

实施例2

参照附图1-8所示，本实施例中，整个弃流装置采用不锈钢材质，当然还可以采用其他类似的金属。具体将弃流设施安装于检查井内，通过法兰和进水管、弃流管和收集管相连。当下雨天时，雨水经收集管进入雨水弃流设施开始弃流，等到到达弃流时间后自动关闭弃流管道，开始雨水收集。

本实施例中，雨水通过雨水进水孔1进入过渡箱6，大量的雨水直接经弃流孔5排出，少量的雨水经网格提篮9过滤，经可调式的进水口3进入集水箱2，当集水箱2的水满后，设置在浮球箱10内的浮球7自动上浮，在传动装置的作用下，带动浮球箱10向下移动；当浮球7上升的高度达到一定时，浮球箱10不能继续下降，此时浮球箱10就会受水流冲击的影响自动关闭弃流孔5的入口，这样过渡箱6内的雨水就通过收集管道进入雨水收集孔8。当降雨停止时，集水箱2内的水通过泄水口4排出，随着水位的下降，浮筒内的浮球7自然下落，带动浮球箱10上移，弃流孔5与过渡箱6相通，使得浮球7最终又回落到浮球箱10底部的孔洞上，完成雨水弃流设施的一个全过程。

使用中，要根据弃流设施设置的位置，结合规范的弃流量的要求，核定合适的弃流时间，通过可调节进水口3的大小，来确定集满一腔水的时间，同时，根据防空管的大小，来确定排空集水腔的时间，二者的时间差就是弃流设施的弃流时间。弃流设施的弃流时间是一个固定的数值，设备安装调试好后就无须调整，该设备采用小孔孔径大小差异来确定弃流时间，简单实用，维护管理简单。设置泄水口4的目的，就是让其自然排空而避免每次让管理人员去操作或设置电动控制系统。

本实施例中，弃流孔5则通过一过渡箱6与所述雨水进水孔1相通，在过渡箱6内设置有浮球7，常态下，浮球7处于过渡箱6底部，当有液体进入过渡箱6时，浮球7受浮力上移，在传动装置的作用下，带动浮球箱10下移，通过浮球箱10实现对弃流孔5堵塞；在检查井内设置连接管道，连接管道两端分别与雨水进水孔1以及集水箱2连通，侧部与弃流孔5连通，然后在连接管道内增加过渡箱6。

当开始下雨时，雨水经雨水进水孔1进入该检查井后，一部分雨水经弃流管道开始弃流，另一部分雨水经进水口3进入集水箱2，随着水量不断进入集水箱2，当集水箱2内的水集满后，设置在过渡箱6内的浮球7就会自动上升，当浮球7上升到一定高度，加之雨水的冲力，浮球7就会将弃流孔5封闭，达到关闭弃流雨水的效果。

本实施例中，当弃流雨水以及集水箱2内雨水装满时，雨水会进入高位置的收集孔8。

该发明主要利用可调孔和防空口的大小差异，粗略的计算二者的流量差，来确定集水箱的大小，通过上述因素的综合作用达到控制弃流时间的作用。

具体地，浮球箱10为无顶盖长方体，浮球箱10的长与宽相等并略大于浮球直径，以便于浮球7受浮力向上运动；所述浮球箱10顶略高于弃流装置溢流孔顶；底部为格栅，用于集水箱2液位下降至浮球箱10底以下时支撑浮球7；所述浮球箱10内部与过渡箱6隔绝，保证浮球箱10与过渡箱6各自的液位独立互不影响。

本实施例中，所述浮球7，为空心球形壳体，浮球7顶部与软钢丝相连，浮球通过调密度方法应满足所述浮球7的重力G1小于浮球在水中的浮力F1并大于所述弃流口挡板的重力G2，浮球的重力G1还应小于弃流口挡板的重力G2与浮球的浮力F1之和与弃流口挡板的浮力F2之间的差。

本实施例中，所述弃流孔的挡板12，为长方体薄板，弃流孔挡板12通过调密度方法使其满足所述弃流口挡板重力G2大于弃流口挡板在水中的浮力F2并小于所述浮球的重力G1。进而，在有浮力的情况下，浮球7能够主动的控制挡板12，而不是挡板12主动性的控制浮球7。

参照附图7所示，所述过渡箱6内还设有挡板限位器13，保证下降时挡板12不偏离弃流孔5，所述挡板限位器13固定于所述过渡箱6内，在定滑轮传动装置的作用下，所述挡板12沿所述挡板限位器13进行升降运动。

本实施例中，在所述过渡箱6内还设有挡板支座14，所述挡板支座14固定于所述过渡箱6内，用于支撑挡板12并保证挡板12下降至底部时继续下降，挡板中心与弃流孔中心重合。

实施例3

参照附图1-8所示，本实施例中，整个弃流装置采用不锈钢材质，当然还可以采用其他类似的金属。浮球7采用不锈钢材质；浮球的物理参数如表1所示。

浮球箱10可以选用挡板结构，具体采用不锈钢材质，空心壳体，通过调整密度使其达到约为1.2×103kg/m³，弃流口挡板的物理参数如表2所示。

本实施例中，传动装置为滑轮，不锈钢材质，大小约为φ100mm；并配软钢丝绳索及其保护套。

浮球箱支座为，双7字型限位器，不锈钢材质。

集水箱2采用不锈钢材质制备，格栅网也采用不锈钢材质制备。

表1

表1浮球的物理参数

表2浮球箱支座的物理参数

1)参照附图2所示，此时开始径流状态：

本实施例中，定滑轮的直径为100cm，软钢丝绳的直径为2cm，弃流孔5的入口为四方形结构，具体规格为长*宽*高为600cm*600cm*100cm；集水箱2的容积为长*宽*高为700cm*130cm*300cm。

当雨水开始经进水管进入弃流井内时，此时，开始分析径流时浮球以及浮球箱静止时的受力情况：

筛孔网对浮球底部的支持力＝浮球的重力G1-弃流口浮球箱的重力G2；绳索对弃流口浮球箱的拉力与弃流口浮球箱的重力G2相等。

2)参照附图3所示，开始弃流状态：

此时，当雨水经进水管进入弃流井内，一部分经较小口径的集水箱2进水口流入集水箱2并通过较小口径的泄水口4排出(其中，集水箱2进水口3与泄水口4的口径均远远小于雨水进水孔1的口径)，另一部分直接经与雨水进水孔1口径相等的弃流孔5排放；待集水箱2水位逐渐上升至集水箱2顶并不断浸没浮球7时，浮球7会随着浮球筒体内共同上升且浮球箱也会随着下降。

此时，分析开始弃流时浮球及弃流口浮球箱由静止至开始运动的受力情况：

绳索对浮球顶部的拉力F＝弃流口浮球箱的重力G2；

水对浮球的浮力F1+弃流口浮球箱的重力G2＝浮球的重力G1。

3)参照附图4所示，弃流停止状态：

浮球随着浮球筒体内水位持续上升至水位浸没挡板时，浮球箱被浮球箱支座顶住不再下降，浮球箱运动停止，不再随着浮球筒体内水位与浮球的上升而下降。

此时，分析开始弃流时浮球及弃流口挡板的受力情况如下：

绳索对浮球顶部的拉力F＝弃流口浮球箱的重力G2-水对弃流口标准的浮力F2；

绳索对弃流口浮球箱标准的拉力F1＝弃流口浮球箱的重力G2-水对弃流口浮球箱的浮力。

4)参照附图5所示，径流停止状态：

此时，当径流达到最大后，径流量开始不断减小，浮球筒体内水位不断降低，浮球随着浮球筒体内水位也不断降低直至落在集水箱顶部的初始位置，浮球箱也被浮球逐渐拉至原位。

分析径流停止时浮球及弃流口挡板的受力情况，开始时，水对浮球的浮力F3＝浮球的重力G1；弃流口浮球箱支座对浮球箱底部的支撑力F4＝弃流口浮球箱的重力G2；

逐渐的，受力变为弃流停止状态的受力情况，然后到开始弃流时的受力，最后变为开始径流状态的受力分析。

参照附图8所示，本实施例中，用于面积为20000m²的小区，在每40*50m的范围内设置一个雨水检查井，每个雨水检查井的汇流面积是2000m²，当弃流发生时，弃流井外周的流速为1.25-1.51m/s，雨水从初期进入弃流井的时间大概为26.42-32.01s；汇流雨水量为32.39L/s。本实施例中，弃流装置以及弃流方法的计算步骤如下：

根据场地设计雨水管网—》根据暴雨强度公式计算每个井的降雨量—》确定各管段流量—》确定各管段管径—》计算初期弃流量—》管道流速—》管内流行时间—》选择进出水管道管径—》确定集水箱容积

假定：全部按满流考虑。

通过暴雨强度公式计算得出降雨

1、西安市暴雨强度公式q_j＝16.882(1+1.317*lgP)/(t+21.5)^0.923

q_j——设计暴雨强度，L/s·hm²；P——重现期，年；t——降雨历时，min。

P取3年，t＝t1取5min。

2、降雨历时公式t＝t₁+t₂

t₁——地面集水时间，min，一般取5～10min；t₂——排水管内雨水流行时间。

3、雨水设计流量计算公式q_y＝q_jψF_W/10000

q_y——设计雨水流量，L/s；ψ——径流系数，取0.6；F_W——汇水面积，㎡。

4、起端井的初期弃流容积

根据《建筑与小区控制及利用工程技术规范》GB 50400-2016第5.3.4条规定地面弃流可采用3～5mm，取3mm。第5.3.5条规定，初期径流弃流量公式为W_i＝10δF_Wψ

W_i——初期径流弃流量，m³；δ——初期径流弃流厚度，mm。

F_W＝2000㎡＝0.2hm²

Wi＝10δFW*ψ＝10*3*0.2*0.6＝3.6m³

5、管道流速v＝1/nR^2/3I^1/2

n——粗糙度，塑料管取0.009；R——水力半径，m，满管时为D/4；I——水力坡度，取0.004。

DN300管道满流的流速为v＝1/nR2/3I1/2＝1/0.009*(300/4/1000)2/3*0.0041/2＝1.25m/s

同理计算其他管道满流时的流速详见表6、表7所示。

6、管道实际流量q_y＝A·v

A——管道在设计充满度的过水断面(按满流考虑)，㎡；v——流速，m/s。

qy＝A·v＝π*(300/2/1000)2*1.25＝88L/s

7、起端井弃流体积的弃流时间

t1＝Wi/qy＝3.6/88*1000＝40.75s

8、管内流行时间

t₂＝L/v，其中L——管长，m。

DN300管内流行时间t21＝40/1.25＝32.01s

同理计算其他管道满流时的管内流行时间详见表1所示。

表6各管段流速及管内流行时间

9、弃流时间

t＝t₁+t₂＝t₁+(t₂₁+t₂₂+t₂₃+t₂₄+t₂₅+t₂₆+t₂₇)

＝40.75+(32.01+32.01+26.42+26.42+16.51+14.23+11.38)＝199.73s

选择收集水箱进水口径为DN150、泄水口径为DN125，则进水口与泄水口满流的流量Q₁、Q₂分别为27L/s、17L/s。

10、收集水箱有效容积

V_min＝(Q₁-Q₂)*t＝(27-17)*199.73/1000＝2.07m³

计算值为最小值的理由：a.降雨厚度3～5mm，取值为3mm；b.假定管道为满流一种情况。

表7不同管径、不同坡度满流时流速及流量

本实施例中，集水箱2的尺寸为2000mm×2000mm×H₀mm，高度H₀根据具体工程确定大小，本案取600mm；

浮球箱10的尺寸为500mm×500mm×H₁mm，高度H₁根据具体工程确定大小，本案取1850mm；

过渡箱6的尺寸为2000mm×2000mm×H₂mm，高度H₂根据具体工程确定大小，本案取2250mm；

安装集水箱2的井筒尺寸为1000mm×1000mm×H₃mm，高度H₃根据具体工程确定大小，本案取1000mm；

本实施例中，弃流装置的进水口(即雨水进水口1)、收集口(即收集孔8)、溢流口及主弃流口(即弃流孔5)直径均为500mm。

本实施例中，集水箱2进口即进水口3(或过渡箱出口)直径为150mm；

次弃流口(或泄空口即泄水口4)直径为125mm；

主弃流口挡板(即弃流孔5外周)尺寸为600mm×600mm×10mm。

实施例4

参照附图9所示，本实施例中，以长为200m宽为50米的占地1万㎡小区为例，弃流装置以及弃流方法的计算步骤同上。

假定：全部按满流考虑。

西安市暴雨强度公式、降雨历时公式雨水设计流量计算公式、起端井的初期弃流容积、管道流速、管道实际流量及起端井弃流体积的弃流时间同实施例3。

1、管内流行时间

t₂＝L/v，其中L——管长，m。

DN300管内流行时间t21＝40/1.25＝32.01s

同理计算其他管道满流时的管内流行时间详见表1所示。

表8各管段流速及管内流行时间

2、弃流时间

t＝t₁+t₂＝t₁+(t₂₁+t₂₂+t₂₃+t₂₄+t₂₅+t₂₆+t₂₇)

＝40.75+(32.01+32.01+26.42+26.42)＝157.60s

选择收集水箱进水口径为DN125，泄水口径为DN100，则进水口与泄水口满流的流量Q₁、Q₂分别为17L/s、11L/s。

3、收集水箱有效容积

V_min＝(Q₁-Q₂)*t＝(17-11)*157.60/1000＝0.95m³

表9不同管径、不同坡度满流时流速及流量

管径	坡度	粗糙度	流速	流量
					DN 100	0.020	0.009	1.34	11L/s
DN 125	0.015	0.009	1.35	17L/s

本实施例中，集水箱2尺寸为2000mm×2000mm×H0mm，高度H0根据具体工程确定大小，本案取300mm；

浮球箱10的尺寸为500mm×500mm×H1mm，高度H1根据具体工程确定大小，本案取1850mm；

过渡箱6的尺寸为2000mm×2000mm×H2mm，高度H2根据具体工程确定大小，本案取2250mm；

安装集水箱2的井筒尺寸为1000mm×1000mm×H3mm，高度H3根据具体工程确定大小，本案取1000mm；

本实施例中，弃流装置的进水口(即雨水进水口1)、收集口(即收集孔8)、溢流口及主弃流口(即弃流孔5)的直径均为400mm。

本实施例中，集水箱2进口即进水口3(或过渡箱出口)直径为125mm；

次弃流口(或泄空口即泄水口4)直径为100mm；

主弃流口挡板(即弃流孔5外周)尺寸为600mm×600mm×10mm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种集水箱的设计方法，用于雨水弃流，其特征在于，包括以下步骤：

弃流时间的计算；

流量差的计算：根据需求，设计集水箱进水口（3）的口径DN1以及泄水口（4）的口径DN2，且进水口（3）的口径DN1大于泄水口（4）的口径DN2，同时根据DN1以及DN2计算获取进水口（3）与泄水口（4）的流量差；

集水箱（2）的设计：通过弃流时间以及流量差确定集水箱（2）的容积，通过集水箱（2）的容积设计集水箱（2）的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种集水箱的设计方法，其特征在于，所述步骤1）中弃流时间的计算具体包括雨水在距离弃流井最远的雨水井的弃流时间以及最不利雨水井至弃流井的管道流行时间。

3.根据权利要求1所述的一种集水箱的设计方法，其特征在于，所述步骤2）流量差的计算中，所述进水口（3）的口径DN1大于泄水口（4）的口径DN2，且两者口径相差一级或者二级。

4.根据权利要求1所述的一种集水箱的设计方法，其特征在于，所述步骤2）中，所述进水口（3）的进口处采用孔口淹没出流方式；所述泄水口（4）的出流方式采用管嘴淹没出流方式。

5.一种弃流装置，其特征在于，包括如权利要求1-4任一所述的集水箱（2）、过渡箱（6）以及浮球箱（10），所述浮球箱（10）与过渡箱（6）独立设置，且浮球箱（10）与集水箱（2）相通；

所述过渡箱（6）两侧分别设有雨水进水孔（1）以及弃流孔（5），所述过渡箱（6）上还设有与收集池相连的收集孔（8）；

所述浮球箱（10）内设有浮球（7），所述浮球（7）传动连接有用于堵塞弃流孔（5）的挡板；

弃流发生前，浮球（7）位于浮球箱（10）底部，挡板（12）远离弃流孔（5）；弃流发生时，雨水进入集水箱（2）以及过渡箱（6）内，并通过弃流孔（5）弃流；弃流停止时，集水箱（2）内水位上升，进入浮球箱（10）内，浮球（7）受浮力作用上移，带动挡板（12）下移，堵塞弃流孔（5）。

6.根据权利要求5所述的一种弃流装置，其特征在于，所述集水箱进水口（3）为口径大小可调的进水口。

7.根据权利要求5所述的一种弃流装置，其特征在于，还包括设置于进水口（3）处的网格提篮（9），所述网格提篮（9）通过钢丝绳固定。

8.根据权利要求5所述的一种弃流装置，其特征在于，还包括固定于过渡箱（6）内的挡板限位器（13）以及固定挡板限位器（13）的挡板支座（14），当浮球（7）移动时，所述挡板（12）沿挡板限位器（13）上下移动堵塞或打开弃流孔（5）。

9.一种弃流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

初期弃流时间的计算：根据雨水情况，计算初期弃流时间；

流量差的计算：通过控制如权利要求1-4中设计出的集水箱（2）中进水口（3）的口径以及泄水口（4）的口径差，确定进水口（3）和泄水口（4）的流量差；

弃流开启或关闭的控制：根据集水箱（2）的体积，以及流量差，确定集水箱（2）内水满时间，进而计算出弃流孔（5）弃流时间。

10.根据权利要求9所述的一种弃流控制方法，其特征在于，所述步骤2）流量差的计算具体为：

通过控制集水箱（2）中进水口（3）的口径，进而调节进水口（3）的口径以及泄水口（4）的口径差，确定进水口（3）和泄水口（4）的流量差。