CN110552419A - 一种边坡排水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种边坡排水装置，包括设置在公路边上的蓄水槽，其特征在于，所述蓄水槽侧边设置有两个矩形通水口，底部设置有压力水管，所述的两个矩形通水口通过渐变段分别与排水管和导流管相连接，且在两个矩形通水口处分别设置有阀门，一个称为排水管阀门，一个称为导流管阀门；两个阀门分别固定连接在两个条形磁铁上，在两个条形磁铁中间设置有只能沿竖直方向运动的第三条形磁铁。所述压力水管下部连通压力水箱，压力水箱的顶部开设有孔，在孔的上部设置有伸缩节，所述伸缩节在静水压力的作用下能够沿竖直方向向上伸展，伸缩节的上部固定连接有传力杆，其与第三条形磁铁相连接；本发明既能保证边坡稳定，又能充分利用水资源的效果。

Description

一种边坡排水装置
技术领域
本发明涉及一种边坡自动排水结构，特别涉及公路边坡排水，属于水利工程技术领域。
背景技术
随着我国经济和科技的发展进步以及人们生活水平的提高，人们对生态环境的保护和修复意识日益增强，现如今的水利工程设施也不断追求经济绿色、环境友好，生态环保的目标。而在水利护坡的建设中不仅要考虑边坡稳定，还要考虑生态环保。位于公路边上的护坡在雨量较大时，其边坡土壤很容易被大雨冲刷而造成的水土流失，引起边坡失稳。针对边坡排水问题，现有的边坡防护做法大体分为以下几种方式：
(1)在边坡上种植植被，利用植被固结边坡土体，并在边坡上修建排水沟渠，利用设置在公路边上的拦水设施将公路上的雨水集中排入边坡沟渠，从而达到排除公路上的积水、防止雨水冲刷边坡的效果。虽然这种方式对于边坡稳定具有很好的效果。但是，当雨量较小，不足以对边坡造成冲刷作用的时候，雨水也会通过边坡上的排水沟渠排走，不能达到对水资源的有效利用。在干旱时，位于边坡上的植物不能得到及时的灌溉，其对边坡土壤的保护作用也就会随之减弱。
(2)在公路上不设置拦水设施，而是让雨水直接从边坡上排走，这种排水方式虽然排水迅速且能够灌溉边坡植被，但是它对边坡稳定极为不利，会产生二次冲刷作用。
综合以上两种主要的边坡排水方式，各自都存在着优缺点。因此，需要设置一种更为有效的排水方式，将以上两种排水方式的优势综合起来，保证在雨水多的时候边坡不会被冲刷，而雨水少的时候又能充分利用雨水对边坡植被进行灌溉，进一步加强植被对边坡土体的加固作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设置在公路边上的自动排水装置，在雨量大的时候，雨水只能通过埋设在边坡内的排水管道排放到边坡下部的河道中，不会对边坡土壤造成冲刷；而当雨量小的时候，雨水会通过喷洒装置喷洒到边坡植被上，对植被进行灌溉。通过该装置可以达到既能保证边坡稳定，又能充分利用水资源的效果。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种边坡排水装置，包括设置在公路边上的蓄水槽，其特征在于，所述蓄水槽侧边设置有两个矩形通水口，底部设置有压力水管，所述的两个矩形通水口通过渐变段分别与排水管和导流管相连接，且在两个矩形通水口处分别设置有阀门，一个称为排水管阀门，一个称为导流管阀门；两个阀门分别固定连接在两个条形磁铁上，两个阀门分别在两个条形磁铁的作用下可以沿水平方向运动，一个条形磁铁的N极与另一条形磁铁S极相对布置，在两个条形磁铁中间设置有只能沿竖直方向运动的第三条形磁铁；
所述压力水管下部连通压力水箱，压力水箱的顶部开设有孔，在孔的上部设置有伸缩节，所述伸缩节在静水压力的作用下能够沿竖直方向向上伸展，伸缩节的上部固定连接有传力杆，其与第三条形磁铁相连接；第三条形磁铁在随着静水压力向上升到一定位置时，在磁铁的相互作用下，位于排水管上的阀门向中间的条形磁铁方向水平运动，排水管阀门打开；而导流管上的阀门背离中间条形磁铁方向运动，导流管阀门关闭。
优选地，导流管的另一端部与集水箱相连。
当降雨量较大时，流入蓄水槽中的水量大于导流管所能通过的最大流量，雨水开始在蓄水槽中积蓄，随着蓄水槽中水位的升高，压力水箱中的静水压力不断增大。压力水箱上的伸缩节开始向上伸展，进而通过传力杆带动第三条形磁铁向上运动，当水位达到一定的高度时，位于中间的条形磁铁初始位置发生改变，导致在磁铁的相互作用下，位于排水管上的阀门向中间的条形磁铁方向水平运动，排水管阀门打开；而导流管上的阀门背离中间条形磁铁方向运动，导流管阀门关闭，雨水开始通过排水管排放到坡下河道中。
当降雨量较小时，流入蓄水槽中的水量未达到导流管所能通过的最大流量，水流全部通过导流管流向集水箱，蓄水槽中水位不升高，压力水箱没有足够的静水压力保证伸缩节向上运动，导致条形磁铁仍处于初始状态，此时的排水管阀门关闭，导流管阀门打开，水流流入集水箱。
所述集水箱通过自动阀与相连，自动阀的作用是保证集水箱中有足够的水压力，促使水体能够从喷头中喷洒出去；所述自动阀通过支柱固定在集水箱上，其支柱的位置通过静水压力公式来确定，通过支柱位置的确定确保若集水箱中的水位达到某一临界值时，自动阀门上合力作用点的位置将发生变化，从而实现阀门的自动开关。
本发明有效的利用了水体所产生的静水压力作为自变量，运用磁力作为驱动力，在不消耗其他能源的情况下，通过该装置能够达到根据雨量的大小自动调节边坡雨水排出方式的目的。当降雨量较小的时候，流入蓄水池的水量小于导流管所能通过的流量时，路面积水会全部通过导流管喷洒到边坡，对边坡上的植被进行灌溉。相反，当蓄水池中的水量超过导流管的最大流量时，排水管阀门会打开，雨水将通过排水管直接排入下方的河道中，不会对边坡土体造成破坏。通过使用该装置可有效的解决上述边坡中存在的问题。
同时，本发明绿色环保，不消耗额外的能量，对环境影响小，效果明显，能够适应大多数边坡类型。该装置不需要人为参与，而是通过降雨量的变化来驱动，可以实现完全自动化。而且，其整体造价相比于传统的混凝土边坡沟渠廉价很多，在边坡排水治理方面具有很高的借鉴意义。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明A处放大的结构示意图。
图3为自动阀的工作原理图。
图中：1、边坡；2、蓄水槽；3、边坡排水管；4、导流管；31、41矩形通水口；32、42、渐变段；33、排水管阀门；43、导流管阀门；5、集水箱；6、喷头；7、8、9、条形磁铁；10、压力水管；11、压力水箱；12、伸缩节；13、传力杆；14自动阀；15支柱。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明设施的具体实施方式做进一步详细的说明。
如图1图2所示的边坡排水装置，包括边坡1和沿公路边均匀分布的蓄水槽2。公路两侧设置有拦水带(图中未标出)，雨天时雨水会在拦水带的约束作用下全部流进蓄水槽2。所述蓄水槽2侧边开设有两个矩形通水口31和41，底部设置有压力水管10。31通过渐变段32连接圆形排水管3，41通过渐变段42连接圆形导流管4。所述排水管3和导流管4的孔径根据当地的降雨量来设计，导流管4的孔径要满足：设计的最大流量小于边坡产生冲刷时的临界流量。而排水管3的孔径要满足：设计的最大流量要大于等于当地最大降雨时在蓄水槽中所产生的流量。
所述矩形通水口31和41处分别设置有矩形阀门33和43，其中33和43分别固定连接在条形磁铁7和9上，所述阀门在7和9的驱动下可以沿着水平方向移动。其中，7、8、9都是条形磁铁，8只能在竖直方向运动，7的上部是N极，下部是S极，而8和9的上部是S极，下部是N极。初始位置时，7的S极、8的S极、9的N极三者处于同一水平位置。
所述压力水管10位于蓄水槽2底部和压力水箱11顶部之间，10的主要目的是为了提供足够的水位差，保证压力水箱11有足够的静水压力，静水压力计算公式如1-1所示：
F＝ρgh (1-1)
式中：F为净水压力，N；ρ为水体的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；h为水位差，m。
在本发明中所述的水位差h为蓄水槽2中的自由水位至压力水箱11的距离。当蓄水槽2中的水位到达图2所示的水位1位置时，要求在压力水箱11处所产生的净水压力大小能够满足条形磁铁8、传力杆13以及伸缩节12所产生的总重力大小。保证在水位1处时，条形磁铁处于平衡状态；当水位超过水位1时，条形磁铁在水压力的作用下开始上升。所述伸缩节12在压力作用下可以上下运动，当压力大时，12向上上升的位移大；当压力小时，12又会缩回原状。
工作过程：在初始状态时，由于蓄水槽2中没有积水或蓄水槽水位低于水位1位置时，此时压力水箱所提供的静水压力不足以推动条形磁铁向上运动，该时刻条形磁铁7、8、9处于初始位置，根据磁铁同性相斥异性相吸的原理，阀门33在7的S极和8的S极相斥作用下处于关闭状态，而阀门43在8的S极和9的N极相吸作用下处于打开的状态。
当降雨量较小时，流入蓄水槽2中的水量未达到导流管道4设计的最大流量，雨水全部通过导流管4流入集水箱5。所述集水箱5设置有自动排蓄阀门14，其目的是为喷射水流提供足够的水压力。自动阀14的工作原理如图3所示。在喷头6和集水箱5的连接处设置有自动阀14，所述自动阀14通过支柱15固定在集水箱5上，14可以绕15转动。支柱15的位置根据公式1-1确定，通过设置15的位置可以确保集水箱中的水位达到水位3时，合力的作用点作用在阀门14的上部，从而保证阀门14在合力的作用下翻转打开，水流通过喷头6喷洒出去。相反，当集水箱5中的水位低于水位3时，此时合力作用点位于自动阀14的下部，14恢复到初始关闭状态，集水箱5开始蓄水，增加水压力。
当降雨量较大时，流入蓄水槽2中的水量超过了导流管4设计的最大流量，雨水开始在蓄水槽2中蓄积，当蓄水槽2中的积水水位超过水位1时，水位差已达到临界值，压力水箱11中的静水压力能够满足条形磁铁8、传力杆13以及伸缩节12产生的总重力。随着水位上升，净水压力不断增大，伸缩节12通过传力杆13带动条形磁铁8开始向上运动。当到达水位2位置时，条形磁铁7的S极、8的N极、9的N极处于同一水平位置处。排水管阀门33在条形磁铁7和8的吸引力作用下沿靠近8的方向移动，排水阀门33打开。同时导流管阀门43在条形磁铁8和9的排斥作用下沿背离条形磁铁8方向运动，阀门43关闭。此时雨水只能通过排水管3流向下游，既保证了公路积水能够顺利排出，又有效的保护了边坡的稳定。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种边坡排水装置，包括设置在公路边上的蓄水槽，其特征在于，所述蓄水槽侧边设置有两个矩形通水口，底部设置有压力水管，所述的两个矩形通水口通过渐变段分别与排水管和导流管相连接，且在两个矩形通水口处分别设置有阀门，一个称为排水管阀门，一个称为导流管阀门；两个阀门分别固定连接在两个条形磁铁上，两个阀门分别在两个条形磁铁的作用下可以沿水平方向运动，一个条形磁铁的N极与另一条形磁铁S极相对布置，在两个条形磁铁中间设置有只能沿竖直方向运动的第三条形磁铁；
所述压力水管下部连通压力水箱，压力水箱的顶部开设有孔，在孔的上部设置有伸缩节，所述伸缩节在静水压力的作用下能够沿竖直方向向上伸展，伸缩节的上部固定连接有传力杆，其与第三条形磁铁相连接；第三条形磁铁在随着静水压力向上升到一定位置时，在磁铁的相互作用下，位于排水管上的阀门向中间的条形磁铁方向水平运动，排水管阀门打开；而导流管上的阀门背离中间条形磁铁方向运动，导流管阀门关闭。
2.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，导流管的另一端部与集水箱相连。
3.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，当降雨量较大时，流入蓄水槽中的水量大于导流管所能通过的最大流量，雨水开始在蓄水槽中积蓄，随着蓄水槽中水位的升高，压力水箱中的静水压力不断增大；压力水箱上的伸缩节开始向上伸展，进而通过传力杆带动第三条形磁铁向上运动，当水位达到一定的高度时，位于中间的条形磁铁初始位置发生改变，导致在磁铁的相互作用下，位于排水管上的阀门向中间的条形磁铁方向水平运动，排水管阀门打开；而导流管上的阀门背离中间条形磁铁方向运动，导流管阀门关闭，雨水开始通过排水管排放到坡下河道中。
4.根据权利要求2所述的排水装置，其特征在于，当降雨量较小时，流入蓄水槽中的水量未达到导流管所能通过的最大流量，水流全部通过导流管流向集水箱，蓄水槽中水位不升高，压力水箱没有足够的静水压力保证伸缩节向上运动，导致条形磁铁仍处于初始状态，此时的排水管阀门关闭，导流管阀门打开，水流流入集水箱。
5.根据权利要求2所述的排水装置，其特征在于，所述集水箱通过自动阀与喷头相连，自动阀的作用是保证集水箱中有足够的水压力，促使水体能够从喷头中喷洒出去；所述自动阀通过支柱固定在集水箱上，其支柱的位置通过静水压力公式来确定，通过支柱位置的确定确保若集水箱中的水位达到某一临界值时，自动阀门上合力作用点的位置将发生变化，从而实现阀门的自动开关。
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