CN111485684A - 一种雨水利用系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雨水利用系统，涉及一种水资源利用系统，其技术方案要点包括位于建筑物屋顶的雨水接收区、雨水处理区和雨水回用区，所述雨水接收区包括导流装置、雨水弃流池、溢流管以及蓄水池，雨水依次经所述导流装置、雨水弃流池、溢流管汇集到蓄水池中；所述雨水处理区包括屋顶绿化系统和屋顶景观水池，所述屋顶绿化系统分别连接蓄水池和屋顶景观水池，所述蓄水池和屋顶景观水池相邻设置，所述屋顶景观水池的顶部开设有与蓄水池连通的溢流口；所述雨水回用区包括屋顶绿化自动灌溉系统，用于将所述蓄水池内的雨水抽出并为屋顶绿化系统灌溉和屋顶景观水池补水，本发明具有节省土地资源、处理效果好、处理成本低以及运行能耗低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水资源利用系统，更具体地说它涉及一种雨水利用系统及其使用方法。
背景技术
近年我国水资源供需矛盾很严重，缺水城市达300多个，其中，北方城市主要是水源型缺水，而南方城市主要是水质型缺水。另一方面，随着城市化进程加快，城市地表不透水面积增加，地表径流量增加，洪峰流量增大且时间提前，城市的防灾能力减弱，暴雨洪水灾害发生的几率有较大的增加，暴露了原有城市排水系统的弊端，反映了原有雨水处置理念与快速城市化进程的不相适应，严重干扰了城市原有水文生态系统，破坏了自然的水文循环过程。
城市雨水利用是作为缓解干旱和水资源短缺等问题的一项重要措施。目前，对雨水的处理主要有以下两种：一种为通过机械设备处理雨水，通过设备的混凝、沉淀、过滤作用使雨水得到净化；另外一种为利用人工湿地、景观水池对雨水进行生态处理使雨水得到净化。采用机械设备处理雨水的方式由于需要建造一定体量的雨水收集池，而利用机械设备会增加建设成本和运行能耗，系统经济性较差；而采用人工湿地和景观水池这种生态处理雨水的方法通常需要占用较大的土地。
因此，本领域技术人员亟需设计一种占地小、运行费用低的雨水利用系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种雨水利用系统，其具有节省土地资源、处理效果好、处理成本低以及运行能耗低的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种雨水利用系统，包括位于建筑物屋顶的雨水接收区、雨水处理区和雨水回用区，所述雨水接收区包括导流装置、雨水弃流池、溢流管以及蓄水池，雨水依次经所述导流装置、雨水弃流池、溢流管汇集到蓄水池中；所述雨水处理区包括屋顶绿化系统和屋顶景观水池，所述屋顶绿化系统分别连接蓄水池和屋顶景观水池，所述蓄水池和屋顶景观水池相邻设置，所述屋顶景观水池的顶部开设有与蓄水池连通的溢流口；所述雨水回用区包括屋顶绿化自动灌溉系统，用于将所述蓄水池内的雨水抽出并为屋顶绿化系统灌溉和屋顶景观水池补水。
通过采用上述技术方案，屋顶雨水可依次经导流装置、雨水弃流池、溢流管汇集到蓄水池中，而蓄水池的雨水可导入屋顶绿化系统中，为屋顶绿化系统中的植物灌溉，同时雨水中的杂质可以通过屋顶绿化系统中土壤截流作用以及植物的吸收作用进行去除，去除杂质后的雨水一部分汇集至屋顶景观水池中，另一部分通过溢流口流回至蓄水池。其中，当屋顶绿化系统出现干旱时，可利用屋顶绿化自动灌溉系统将蓄水池内的雨水抽出并为对屋顶绿化系统中的植物进行灌溉；当蓄水池水量低于规定水位时，可转换阀门切换至市政用水为蓄水池进行补水。
综上，本发明中屋顶绿化系统和屋顶景观水池不仅是雨水回用的用水点，也是雨水净化的处理设施。此外，将雨水利用与屋顶绿化、屋顶景观水池相结合，解决了屋顶绿化的用水需求，使雨水资源得到充分利用，具有节省土地资源、处理效果好、处理成本低以及运行能耗低的优点。
本发明进一步设置为：所述导流装置包括位于建筑物屋顶两侧的屋面排水坡，所述雨水弃流池位于两个屋面排水坡之间，且所述屋面排水坡与雨水弃流池的连接处为坡度最低处。
通过采用上述技术方案，在降雨时，雨水可经建筑物屋顶两侧的屋面排水坡进入雨水弃流池内，实现雨水的快速收集。
本发明进一步设置为：所述屋面排水坡的坡度为2%～3%。
通过采用上述技术方案，适宜的排水坡度，可达到最佳排水效果。
本发明进一步设置为：所述屋顶绿化系统包括碎石浅沟、植被浅沟、土壤和植物，所述碎石浅沟设置在植物的四周边缘，所述植被浅沟呈网格状分布，所述植物种植在土壤中且位于所述植被浅沟形成的网格内。
通过采用上述技术方案，碎石浅沟可减少雨水径流对后续土壤的冲刷、拦截雨水径流中颗粒污染物、同时还具有一定的景观效果。而当雨水流经植被浅沟时，雨水径流中的污染物被去除，可达到控制径流污染物的效果，同时旱生植物发达的根系能够固定土壤、避免雨水冲刷，以保护植被浅沟发挥持续作用。另外，利用土壤截流作用以及植物的吸收作用可以对雨水进行初步净化，降低浊度和有机物含量。
本发明进一步设置为：所述植物为乔木或灌木。
通过采用上述技术方案，灌木或乔木的抗风力强，且重量轻，适用范围广，养护投入低。
本发明进一步设置为：所述屋顶绿化系统还包括位于土壤内的雨水渗透管，所述雨水渗透管的出水口位于所述屋顶景观水池中。
通过采用上述技术方案，土壤内的雨水经过渗透、过滤之后，可通过雨水渗透管汇集至屋顶景观水池中，以供后续水资源的循环利用。
本发明进一步设置为：所述屋顶绿化自动灌溉系统包括：
传感系统，由设置在土壤根系层中的多个土壤湿度传感器组成，用于采集土壤湿度；
中央控制系统，由中央计算机、控制器和电磁阀组成，中央计算机分析土壤湿度传感器传送的信号以控制电磁阀的启闭程度；
动力系统，用于将蓄水池中收集的雨水提升至屋顶绿地，并为灌溉绿地提供所需的水压；
输送系统，用于输送灌溉用水，并在蓄水池内水量不足时，自动向蓄水池内补充市政用水。
通过采用上述技术方案，土壤湿度传感器实时将土壤湿度信号送入中央控制系统，中央控制系统将获取的土壤湿度信号与系统预设湿度值比较，若获取的土壤湿度值低于系统预设湿度值，开启电磁阀进行灌溉；当传感器采集的土壤湿度信号达到植物最适生长湿度时，系统自动关闭电磁阀，结束灌溉程序。其中，若蓄水池水量低于规定水位时，系统自动警报，转换阀门切换至市政用水为蓄水池进行补水。
本发明进一步设置为：所述动力系统为潜水泵。
通过采用上述技术方案，潜水泵在水下运行时，在屋顶上几乎听不到水泵的噪声。另外，不需要建泵房，减少了基建投资，而且潜水泵直接潜入水中，使用较为方便。
本发明进一步设置为：所述输送系统包括灌溉管路和补给管路，所述灌溉管路上设置有朝向屋顶绿地的灌溉喷头，所述补给管路的一端连接至蓄水池内，另一端与市政用水管路连接。
通过采用上述技术方案，在蓄水池内水位达到规定水位且土壤湿度低于系统预设值时，开启灌溉管路，灌溉喷头可以喷出雨水以灌溉屋顶绿化系统中的植物；当蓄水池水量低于规定水位时，转换阀门切换至补给管路，实现对蓄水池的补水。
本发明的第二目的在于提供一种雨水利用系统的使用方法，其优点在于。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种雨水利用系统的使用方法，应用在上述雨水利用系统上，包括以下步骤：
第一步，先通过屋面排水坡将雨水引导至雨水弃流池，待雨水弃流池内的雨水达到规定水位后，初期雨水中的污泥会沉淀在雨水弃流池的底部，而较为清澈的雨水会经溢流管进入蓄水池内；
第二步，将蓄水池的雨水导入所述屋顶绿化系统中的植被浅沟，一部分雨水被土壤中的植物吸收利用，一部分雨水经渗透、过滤之后，经雨水渗透管汇入屋顶景观水池中；
第三步，在蓄水池内水位达到规定水位且土壤湿度低于系统预设值时，采用所述屋顶绿化自动灌溉系统将蓄水池内收集到的雨水抽出并为屋顶绿化系统灌溉和屋顶景观水池补水。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明中屋顶绿化系统和屋顶景观水池不仅是雨水回用的用水点，也是雨水净化的处理设施。此外，将雨水利用与屋顶绿化、屋顶景观水池相结合，解决了屋顶绿化的用水需求，使雨水资源得到充分利用，具有节省土地资源、处理效果好、处理成本低以及运行能耗低的优点；
2、本发明中碎石浅沟可减少雨水径流对后续土壤的冲刷、拦截雨水径流中颗粒污染物、同时还具有一定的景观效果。而当雨水流经植被浅沟时，雨水径流中的污染物被去除，可达到控制径流污染物的效果，同时旱生植物发达的根系能够固定土壤、避免雨水冲刷，以保护植被浅沟发挥持续作用。另外，利用土壤截流作用以及植物的吸收作用可以对雨水进行初步净化，降低浊度和有机物含量；
3、本发明通过土壤湿度传感器实时将土壤湿度信号送入中央控制系统，中央控制系统将获取的土壤湿度信号与系统预设湿度值比较，并在蓄水池水位达到规定水位时，开启电磁阀进行灌溉；当传感器采集的土壤湿度信号达到植物最适生长湿度时，系统自动关闭电磁阀，结束灌溉程序。其中，若蓄水池水量低于规定水位时，系统自动警报，转换阀门切换至市政用水为蓄水池进行补水。
附图说明
图1为一种雨水利用系统的整体结构示意图；
图2为一种雨水利用系统的俯视图；
图3为屋顶绿化自动灌溉系统的原理图；
图4为屋顶绿化自动灌溉系统的工作流程图；
图5为一种雨水利用系统的使用方法的流程示意图。
附图标记说明：1、雨水接收区；11、导流装置；111、屋面排水坡；12、雨水弃流池；13、溢流管；14、蓄水池；2、雨水处理区；21、屋顶绿化系统；211、碎石浅沟；212、植被浅沟；213、土壤；214、植物；215、雨水渗透管；22、屋顶景观水池；3、雨水回用区；31、屋顶绿化自动灌溉系统；311、传感系统；312、中央控制系统；313、动力系统；314、输送系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种雨水利用系统，如图1-4所示，包括位于建筑物屋顶的雨水接收区1、雨水处理区2和雨水回用区3，雨水接收区1包括导流装置11、雨水弃流池12、溢流管13以及蓄水池14，蓄水池14容积为131m3，雨水依次经导流装置11、雨水弃流池12、溢流管13汇集到蓄水池14中；雨水处理区2包括屋顶绿化系统21和屋顶景观水池22，屋顶绿化系统21分别连接蓄水池14和屋顶景观水池22，蓄水池14和屋顶景观水池22相邻设置，屋顶景观水池22的顶部开设有与蓄水池14连通的溢流口；雨水回用区3包括屋顶绿化自动灌溉系统31，用于将蓄水池14内的雨水抽出并为屋顶绿化系统21灌溉和屋顶景观水池22补水。
如图1所示，导流装置11包括位于建筑物屋顶两侧的屋面排水坡111，屋面排水坡111的坡度为2%，雨水弃流池12位于两个屋面排水坡111之间，且屋面排水坡111与雨水弃流池12的连接处为坡度最低处。在降雨时，雨水可经建筑物屋顶两侧的屋面排水坡111进入雨水弃流池12内，实现雨水的快速收集。
其中，雨水弃流池12内填充有用于吸附雨水中油污的果壳滤料以及吸附雨水中重金属离子和杂质的火山石滤料，果壳和火山石价格便宜，成本较低，有利于推广雨水的利用和环境保护。
如图2所示，屋顶绿化系统21包括碎石浅沟211、植被浅沟212、土壤213和植物214，碎石浅沟211分布在植物214的四周边缘，植被浅沟212呈网格状分布，植物214种植在土壤213中且位于植被浅沟212形成的网格内。其中，碎石浅沟211可减少雨水径流对后续土壤213的冲刷、拦截雨水径流中颗粒污染物、同时还具有一定的景观效果；而当雨水流经植被浅沟212时，雨水径流中的污染物被去除，可达到控制径流污染物的效果，同时旱生植物214发达的根系能够固定土壤213、避免雨水冲刷，以保护植被浅沟212发挥持续作用。另外，利用土壤213截流作用以及植物214的吸收作用可以对雨水进行初步净化，降低浊度和有机物含量。
进一步地，本实施例中土壤213厚度为30～60cm，植物214为乔木或灌木（如天目琼花），灌木或乔木的抗风力强，且重量轻，适用范围广，养护投入低。
如图2所示，屋顶绿化系统21还包括分布在土壤213内的雨水渗透管215，雨水渗透管215的出水口位于屋顶景观水池22中。土壤213内的雨水经过渗透、过滤之后，可通过雨水渗透管215汇集至屋顶景观水池22中，以供后续水资源的循环利用。
如图3、图4所示，屋顶绿化自动灌溉系统31包括传感系统311、中央控制系统312、动力系统313以及输送系统314，传感系统311由分布在土壤213根系层中的多个土壤湿度传感器组成，其用于采集土壤213湿度；中央控制系统312由中央计算机、控制器和电磁阀组成，中央计算机分析土壤湿度传感器传送的信号以控制电磁阀的启闭程度；动力系统313为潜水泵，其用于将蓄水池14内收集的雨水提升至屋顶绿地，并为灌溉绿地提供所需的水压；输送系统314包括灌溉管路和补给管路，灌溉管路上设置有朝向屋顶绿地的灌溉喷头，补给管路的一端连接至蓄水池14内，另一端与市政用水管路连接。
工作时，土壤湿度传感器实时将土壤湿度信号送入中央控制系统312，中央控制系统312将获取的土壤湿度信号与系统预设湿度值比较，若获取的土壤湿度值低于系统预设湿度值时，开启灌溉管路，灌溉喷头可以喷出雨水以灌溉屋顶绿化系统21中的植物214；当传感器采集的土壤湿度信号达到植物214最适生长湿度时，系统自动关闭电磁阀，结束灌溉程序。另外，当蓄水池14的水量低于规定水位时，系统自动警报，转换阀门切换至补给管路，通过市政用水为蓄水池14进行补水。
值得一提的是，本实施例以屋顶绿化系统21中所用植物214中最不抗旱种类天目琼花生长的最低土壤213湿度值（土壤质量含水率为21%～23%间）与最高土壤湿度值（土壤质量含水率为27%，达土壤田间最大持水量）为基准，当土壤213湿度低于20%时系统自动开启电磁阀以开始灌溉过程，当土壤213湿度达到27%时，系统自动关闭电磁阀以结束灌溉过程，以保证最佳最科学节水设计。
本发明的工作过程及有益效果如下：屋顶雨水可依次经导流装置11、雨水弃流池12、溢流管13汇集到蓄水池14中，而蓄水池14的雨水可导入屋顶绿化系统21中，为屋顶绿化系统21中的植物214灌溉，同时雨水中的杂质可以通过屋顶绿化系统21中土壤213截流作用以及植物214的吸收作用进行去除，去除杂质后的雨水一部分汇集至屋顶景观水池22中，另一部分通过溢流口流回至蓄水池14。其中，当屋顶绿化系统21出现干旱时，可利用屋顶绿化自动灌溉系统31将蓄水池14内的雨水抽出并为对屋顶绿化系统21中的植物214进行灌溉；当蓄水池14水量低于规定水位时，可转换阀门切换至市政用水为蓄水池14进行补水。
综上，本发明中屋顶绿化系统21和屋顶景观水池22不仅是雨水回用的用水点，也是雨水净化的处理设施。此外，将雨水利用与屋顶绿化、屋顶景观水池22相结合，解决了屋顶绿化的用水需求，使雨水资源得到充分利用，具有节省土地资源、处理效果好、处理成本低以及运行能耗低的优点。
一种雨水利用系统的使用方法，应用在上述雨水利用系统上，如图5所示，其包括以下步骤：
第一步，先通过屋面排水坡111将雨水引导至雨水弃流池12，待雨水弃流池12内的雨水达到规定水位后，初期雨水中的污泥会沉淀在雨水弃流池12的底部，而较为清澈的雨水会经溢流管13进入蓄水池14内；
第二步，将蓄水池14的雨水导入屋顶绿化系统21中的植被浅沟212，一部分雨水被土壤213中的植物214吸收利用，一部分雨水经渗透、过滤之后，经雨水渗透管215汇入屋顶景观水池22中；
第三步，在蓄水池14内水位达到规定水位且土壤213湿度低于系统预设值时，采用屋顶绿化自动灌溉系统31将蓄水池14内收集到的雨水抽出并为屋顶绿化系统21灌溉和屋顶景观水池22补水。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种雨水利用系统，其特征在于，包括位于建筑物屋顶的雨水接收区（1）、雨水处理区（2）和雨水回用区（3），所述雨水接收区（1）包括导流装置（11）、雨水弃流池（12）、溢流管（13）以及蓄水池（14），雨水依次经所述导流装置（11）、雨水弃流池（12）、溢流管（13）汇集到蓄水池（14）中；所述雨水处理区（2）包括屋顶绿化系统（21）和屋顶景观水池（22），所述屋顶绿化系统（21）分别连接蓄水池（14）和屋顶景观水池（22），所述蓄水池（14）和屋顶景观水池（22）相邻设置，所述屋顶景观水池（22）的顶部开设有与蓄水池（14）连通的溢流口；所述雨水回用区（3）包括屋顶绿化自动灌溉系统（31），用于将所述蓄水池（14）内的雨水抽出并为屋顶绿化系统（21）灌溉和屋顶景观水池（22）补水。
2.根据权利要求1所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述导流装置（11）包括位于建筑物屋顶两侧的屋面排水坡（111），所述雨水弃流池（12）位于两个屋面排水坡（111）之间，且所述屋面排水坡（111）与雨水弃流池（12）的连接处为坡度最低处。
3.根据权利要求2所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述屋面排水坡（111）的坡度为2%～3%。
4.根据权利要求1所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述屋顶绿化系统（21）包括碎石浅沟（211）、植被浅沟（212）、土壤（213）和植物（214），所述碎石浅沟（211）设置在植物（214）的四周边缘，所述植被浅沟（212）呈网格状分布，所述植物（214）种植在土壤（213）中且位于所述植被浅沟（212）形成的网格内。
5.根据权利要求4所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述植物（214）为乔木或灌木。
6.根据权利要求4所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述屋顶绿化系统（21）还包括位于土壤（213）内的雨水渗透管（215），所述雨水渗透管（215）的出水口位于所述屋顶景观水池（22）中。
7.根据权利要求1所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述屋顶绿化自动灌溉系统（31）包括：
传感系统（311），由设置在土壤（213）根系层中的多个土壤湿度传感器组成，用于采集土壤（213）湿度；
中央控制系统（312），由中央计算机、控制器和电磁阀组成，中央计算机分析土壤湿度传感器传送的信号以控制电磁阀的启闭程度；
动力系统（313），用于将蓄水池（14）中收集的雨水提升至屋顶绿地，并为灌溉绿地提供所需的水压；
输送系统（314），用于输送灌溉用水，并在蓄水池（14）内水量不足时，自动向蓄水池（14）内补充市政用水。
8.根据权利要求7所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述动力系统（313）为潜水泵。
9.根据权利要求7所述的一种雨水利用系统，其特征在于，所述输送系统（314）包括灌溉管路和补给管路，所述灌溉管路上设置有朝向屋顶绿地的灌溉喷头，所述补给管路的一端连接至蓄水池（14）内，另一端与市政用水管路连接。
10.一种雨水利用系统的使用方法，应用在如权利要求1至9任一项所述的雨水利用系统上，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，先通过屋面排水坡（111）将雨水引导至雨水弃流池（12），待雨水弃流池（12）内的雨水达到规定水位后，初期雨水中的污泥会沉淀在雨水弃流池（12）的底部，而较为清澈的雨水会经溢流管（13）进入蓄水池（14）内；
第二步，将蓄水池（14）的雨水导入所述屋顶绿化系统（21）中的植被浅沟（212），一部分雨水被土壤（213）中的植物（214）吸收利用，一部分雨水经渗透、过滤之后，经雨水渗透管（215）汇入屋顶景观水池（22）中；
第三步，在蓄水池（14）内水位达到规定水位且土壤（213）湿度低于系统预设值时，采用所述屋顶绿化自动灌溉系统（31）将蓄水池（14）内收集到的雨水抽出并为屋顶绿化系统（21）灌溉和屋顶景观水池（22）补水。
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