CN111411675A - 基于海绵城市的下沉广场水循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于海绵城市的下沉广场水循环系统，主要包括隔离单元、管网收集单元、地下水水位控制单元与雨水再利用单元；隔离单元包括止水帷幕；管网收集单元包括管道、蓄水池；地下水水位控制单元包括水位监测装置、地下水井；雨水再利用单元包括净化装置；本发明的水循环系统采用止水帷幕进行地下水隔水，然后通过水位监测装置、地下水井、蓄水池来控制地下水水位，保障下沉广场地下水水位保持在底板之下，同时充分利用现有的雨水、排水、地下水控制、景观绿地、铺装等，建立循环水系统、水质控制、雨水回用的系统，实现海绵城市生态功能和广场原有功能的有效结合。

Description

基于海绵城市的下沉广场水循环系统

技术领域

本发明属于一种雨水调蓄及资源化利用领域，具体涉及基于海绵城市的下沉广场水循环系统。

背景技术

下沉广场是指广场的整体或部分下沉于其周围环境，形成一个围合的开敞空间。十八世纪的工业革命在使资本主义城市快速发展的同时也加剧城市建设的矛盾。到七十年代中期西方国家提倡更新发展城市建筑。下沉广场打破了传统广场的平面设计概念，利用竖向交通整合各个平面活动场地将之联系为一个整体。随着科学技术的发展，地下空间得到了充分而有效的利用。

在雨水排水设计上，下沉广场的设计要求相对会高一些，例如在降雨重现期上：下沉式广场、下沉庭院等室外下沉地面的雨水设计重现期不宜小于30年。当下沉地面与室内地面相同且与室内地面的高差小于0.15m时，设计重现其不宜小于50年；属于市中心城区的下沉式广场及地下室坡道等，设计重现期取值可增大到50年；其他重要的商业、医疗、通讯、储藏库或收藏杰出艺术品的地下建筑，当与下沉式广场或坡道相连时，广场及坡道的雨水设计重现期不宜小于50年。

国内的下沉广场有不少，但是结合海绵城市的做法，非常少，部分是纯粹绿地，防洪排涝功能为主。特别是有些下沉广场由于特殊的水文地质条件，底板位置可能处于潜水含水层中，那么场区潜水的水位标高均高于下沉广场底板标高，因此，该下沉广场的安全及其正常使用功能等，可能因为这个原因受到影响。底板就是下沉广场的最低标高，潜水层一般在地下2.14-7.32米，如果下沉广场底板埋深6.3米，处于潜水层中，这样水就会渗到下沉广场，造成安全、环境等问题。所以，控制潜水层水位在底板以下，也就是控制地下水水位，保障下沉广场的安全和环境等问题。

为了实现“低碳、节能”之城和“和谐、生态”之城，很多下沉广场一定程度会考虑海绵城市的建设方案。而海绵城市是希望将雨水缓冲、保存、净化、再利用，实现水的循环和生态功能。该下沉广场一方面要控制地下水水位，抽出地下水，保障广场安全，另一方面要缓冲雨水，所以存在一定的矛盾性和特殊性。

因此，要对下沉广场的雨水、排水、地下水控制、景观绿地、铺装等进行控制形成新的水循环系统。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供了基于海绵城市的下沉广场水循环系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于海绵城市的下沉广场水循环系统，包括隔离单元、管网收集单元、地下水水位控制单元与雨水再利用单元；

隔离单元用于将下沉广场与四周的地下水含水层隔开，隔离单元包括止水帷幕；

管网收集单元用于收集雨水，管网收集单元包括管道、蓄水池，管道与蓄水池连通；

地下水水位控制单元用于监测与控制地下水水位，地下水水位控制单元包括水位监测装置、地下水井、管道，水位监测装置设置在地下水井中，地下水井与管道连通；

雨水再利用单元用于将雨水净化，然后再次利用，雨水再利用单元包括净化装置，净化装置能够将蓄水池中的雨水进行净化。

进一步地，蓄水池设置在下沉广场的中间位置。

进一步地，地下水井包括监测井与抽水井，监测井与抽水井成对布置。

进一步地，水位监测装置包括监测探头，监测探头设置在监测井中。

进一步地，地下水水位控制单元对地下水水位的控制方法为：当地下水水位高于高控制水位时，地下水会通过地下水井被抽出，存入到蓄水池中；当地下水水位低于低控制水位时，会有水通过地下水井补充水位。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的水循环系统针对下沉广场的地下水水位控制的问题采用止水帷幕进行地下水隔水，然后通过水位监测装置、地下水井、蓄水池来控制地下水水位，保障下沉广场地下水水位保持在底板之下，同时充分利用现有或者正在设计的雨水、排水、地下水控制、景观绿地、铺装等，建立循环水系统、水质控制、雨水回用的系统，实现海绵城市生态功能和广场原有功能的有效结合。

(2)本发明的水循环系统既能够将雨水缓冲、保存，还能够将储存在储水池中的水进行净化、再利用，实现水的循环利用。

(3)本发明的水循环系统能够较好地控制地下水水位，保障下沉广场的安全，整个水循环系统中的水是流动的，使得地下水含水层的水质良好，而且可以保证水质的稳定性。

(4)本发明可以在不扰动原有建设的基础下，结合已经完成的设计或者措施，将海绵城市和下沉广场结合，同时还综合了广场的安全性，建立地表和地下结合的水循环利用系统，可以保障水质、水生态，实现下沉广场的海绵城市建设。

附图说明

图1为在原有下沉广场基础上设计的基于海绵城市的水循环系统的俯视图(其中，比例尺为1:1000，图上1厘米代表实际的1000厘米)。

图2为图1沿A-A方向的剖面图(其中，比例尺为1:100，图上1厘米代表实际的100厘米)。

图3为水量循环控制流程图。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。

本发明的基于海绵城市的下沉广场水循环系统，主要包括隔离单元、管网收集单元、地下水水位控制单元与雨水再利用单元，如图1-3所示；

在一些优选的方式中，隔离单元包括止水帷幕8；采用止水帷幕8将下沉广场与四周的地下水含水层隔开；如图1所示，对整个下沉广场采用止水帷幕8进行地下水隔水，即可以在相连建筑基础上利用地连墙，作为止水帷幕8，如图1-2所示，可以保证整个下沉广场的地下水不受到含水层水位的影响，便于控制地下水水位。

在一些优选的方式中，管网收集单元包括管道、蓄水池11，管道与蓄水池11连通；管网收集单元主要用于收集雨水，不仅便于雨水的回收与充分利用，而且可以防止较大的降雨强度引起洪灾；在一些优选的方式中，蓄水池11设置在下沉广场的中间位置；在本实施例中，在1、2、4、5号楼中间和2、3、5、6号楼中间各设置一个蓄水池11，蓄水池11居于相对中心的位置，便于管网7的布置连接与管控。

降雨主要通过景观绿地13、透水地面铺装等自然下渗到地下水含水层中，强降雨时漫出的水及雨水管道中的雨水会通过管道集中收集到蓄水池11中，本实施例中，如图1所示，共设两个蓄水池11，蓄水池11的数量根据实际水量和场地大小进行调整，可以设置一个或者至多个蓄水池11。

在一些优选的方式中，地下水水位控制单元用于监测与控制地下水水位，地下水水位控制单元包括水位监测装置、地下水井、管道；水位监测装置设置在地下水井中，地下水井与管道连通；水位监测装置包括监测探头，在监测井中放置监测探头，在泵房里可以集中显示实时监测数据，也可以将监测数据集中到下沉广场管理办公室的成套系统中。

在一些优选的方式中，地下水井包括监测井9与抽水井10，监测井9的作用在于全年监测地下水水位及水质状况，抽水井10的作用在于抽提或者注入水以保持地下水位的平衡。在一些优选的方式中，如图1-2所示，监测井9与抽水井10一对一布置，而且监测井9与抽水井10均匀布置；监测井9与抽水井10成对的布置方便监测抽水井的水位和水质情况，同时方便管理。在地连墙外也设有监测井9，对地连墙的内外侧水位进行监测，以保证地连墙的防渗性，而且可以监测下沉广场地下水对周边的影响；本实施例中，如图1所示，在地连墙外也设有监测井9，但没有设置抽水井10；这样设置是为了保障地连墙的稳定性，靠近地连墙不进行抽水和注水。

地下水水位在不同季节会有波动，水位监测装置会对地下水水位进行监测，主要是通过监测井9对地下水水位进行监测。

在一些优选的方式中，当地下水位高于高控制水位时，地下水会通过地下水井(此处是指抽水井10)被抽出，存入到蓄水池11中，以防止水位过高对下沉广场造成危害和破坏；当地下水位低于低控制水位时，会有水(此处的水可以是来自蓄水池11的水)通过地下水井补充水位，防止水位过低产生沉降；地下水位的稳定性，对于下沉广场的地基的安全与稳定有重要的作用。

在一些优选的方式中，高控制水位以下沉广场的最低高程位置为标准，确保不浸没下沉广场；低控制水位以可能产生沉降的水位为参考标准，根据下沉广场具体地层状况而定；

在一些优选的方式中，雨水再利用单元包括净化装置，在一些优选的方式中，采用移动净化装置，针对不同的再利用功能选取适合的净化措施。

净化装置采用灵活自动控制设备，可以根据用水量和用水质量需求灵活调节。

根据用水需求的水质情况，将蓄水池11的水通过净化装置进行相应的净化处理；经过净化的水可以用于景观绿地13的浇灌、湿地的水源、地下水的补给，如果有冗余还可以用于下沉广场相关清洁活动用水。

雨水通过景观绿地13和透水铺装下渗到地下含水层，由于下沉广场地下天然的过滤系统(包括素填土、粘质粉土、细砂、粉质粘土、细粉砂)，可以将雨水进行天然的净化，存入地下水含水层中，起到水质净化的作用。

在一些优选的方式中，过滤系统可以采用本发明特有的过滤系统，可以达到更好的净化效果，具体来说，本发明的过滤系统，采用沸石、钢渣与生物炭的混合物，其中，沸石10-15份、钢渣10-20份，生物炭60-70份，以上均为重量份数；生物炭的制备方法包括以下步骤：将麦秆、花生种壳的混合物用水清洗3-5遍，洗净表面的杂质，自然晾干5～7天，再用粉碎机将麦秆、花生种壳粉碎至1mm以下；将粉末状混合物封装在密闭的坩埚中；将坩埚放置于马弗炉中，通氮气15min，排出马弗炉中的含氧空气；控制马弗炉的升温以10℃/min的速度升温至500℃，恒温2小时，后逐渐冷却至室温。取出坩埚的生物炭，储存备用。对于污染较严重的雨水，过滤前，雨水的pH值为4.6，过滤后，雨水的pH值为6.9-7.1，此过滤系统对雨水中总氮的去除率为87％，对雨水中总磷的去除率为83％，对雨水中氨氮的去除率为91％；经此过滤系统过滤后的雨水可以放心排放，也可以用于景观绿地13的浇灌、湿地的水源、地下水的补给。

在一些优选的方式中，可以将沸石、钢渣与生物炭的混合物放置于透水铺装的下部或者将沸石、钢渣与生物炭的混合物放置于蓄水池中。

本实施例在原有的下沉广场基础上进行设计的基于海绵城市的水循环系统，如图1所示。其中，景观绿地13和楼宇是原有设施，止水帷幕8、蓄水池11、监测井9、抽水井10是新设立的设施。本实施例中，止水帷幕8采用地连墙。如1图所示，在景观绿地13四周，对称排布着六栋楼，楼宇之间通过地连墙相连接，起到止水帷幕8的作用，在1、2、4、5号楼中间和2、3、5、6号楼中间各设置一个蓄水池11，蓄水池11居于相对中心的位置，连接着管网7，此处的管网7包括原有的管网连接和新增的抽水井连接管网，此外，还均匀且一对一的布置着监测井9和抽水井10。

从图2可以看出，一般地下水含水层的情况为：上层含水层3为非承压含水层，受上层土壤和环境的影响比较大；下层含水层为承压含水层5，几乎不受上层环境的影响。一般情况下，下沉广场及楼房地基的最低高程可能会到达非承压含水层3；如果承压含水层5水位高于下沉广场的最低高程(见图上多年地下水平均水位高于下沉广场的最低高程)，可能会造成下沉广场植物、水、构筑物等的生态环境与水安全问题。为此，在止水帷幕8和隔水层4的隔离下，素填土、房渣土层1、弱隔水层2、非承压含水层3、监测井9、抽水井10与下沉广场和楼群，自成一个体系，然后在相对均匀分布的抽水井10的控制下，保持整个体系的非承压地下水水位低于下沉广场的最低高程，实现下沉广场的环境生态与安全。

水量循环控制流程如图3所示，采用以上所述的水循环系统进行水量的控制。首先，隔离单元采用止水帷幕将下沉广场与四周的地下水含水层隔开；雨水通过景观绿地13和透水铺装等下渗到地下含水层，强降雨时漫出的水及雨水管道中的雨水会通过管道集中收集到蓄水池11，蓄水池11中的水可以经过净化，再重新利用；地下水水位控制单元对地下水水位进行监测与控制，采用监测装置对地下水水位进行监测，当地下水水位高于高控制水位时，地下水会通过抽水井10被抽出，存入到蓄水池11中，当地下水水位低于低控制水位时，会有水(此处的水可以是来自蓄水池11经过净化的水)通过抽水井向地下水补充水，或者采用抽水井连接的管网7将水传送到抽水井以后以自由入渗的方式补充水，以保证地下水系统的稳定性，防止地下水水位过低产生沉降；雨水再利用单元采用净化装置将蓄水池11中雨水净化，蓄水池11中经过净化的雨水可以用于景观绿地13的浇灌、湿地的水源、地下水的补给，还可以用于下沉广场相关清洁活动用水，整体上，形成水量的循环。

Claims (5)

1.基于海绵城市的下沉广场水循环系统，其特征在于，包括隔离单元、管网收集单元、地下水水位控制单元与雨水再利用单元；

隔离单元用于将下沉广场与四周的地下水含水层隔开，隔离单元包括止水帷幕；

管网收集单元用于收集雨水，管网收集单元包括管道、蓄水池，管道与蓄水池连通；

地下水水位控制单元用于监测与控制地下水水位，地下水水位控制单元包括水位监测装置、地下水井、管道，水位监测装置设置在地下水井中，地下水井与管道连通；

雨水再利用单元用于将雨水净化，然后再次利用，雨水再利用单元包括净化装置，净化装置能够将蓄水池中的雨水进行净化。

2.根据权利要求1所述的基于海绵城市的下沉广场水循环系统，其特征在于，蓄水池设置在下沉广场的中间位置。

3.根据权利要求1所述的基于海绵城市的下沉广场水循环系统，其特征在于，地下水井包括监测井与抽水井，监测井与抽水井成对布置。

4.根据权利要求3所述的基于海绵城市的下沉广场水循环系统，其特征在于，水位监测装置包括监测探头，监测探头设置在监测井中。

5.根据权利要求1所述的基于海绵城市的下沉广场水循环系统，其特征在于，地下水水位控制单元对地下水水位的控制方法为：当地下水水位高于高控制水位时，地下水会通过地下水井被抽出，存入到蓄水池中；当地下水水位低于低控制水位时，会有水通过地下水井补充水位。

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