CN111599261A - 一种基于低影响开发的城市径流模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，包括人工降雨模拟系统、若干个三维楼宇模型、若干个植草沟模型、马路模型、透水路面人行道模型、透水路面模型；透水路面人行道模型设置在马路模型两侧，透水路面模型设置在透水路面人行道模型侧边，透水路面模型侧边设置三维楼宇模型，三维楼宇模型之间设有若干个植草沟模型；三维楼宇模型楼顶设有绿色花园；人工降雨模拟系统位于三维楼宇模型、若干个植草沟模型、马路模型、透水路面模型和透水路面模型的上方。本发明可以缓解雨水过度汇集到排水管网中，防止因为排水管网流量有限导致城市排水不通畅，然后出现城市内涝，同时收集的雨水可作为城市用水，减少净化用水的量。

Description

一种基于低影响开发的城市径流模拟系统

技术领域

本发明涉及城市径流治理技术领域，特别是涉及一种基于低影响开发的城市径流模拟系统。

背景技术

城市化的发展深刻改变了区域的水文循环过程，并对水环境产生了显著的负面影响。随着城市面积大规模的扩张，城市土地利用类型发生着重大的变化，不透水面积的增加改变了天然条件下的水文效应，增加了城市内涝的风险性。

一般而言，城市的排水系统一般由三个部分组成：地表径流输送系统、城市管网排水系统以及地下透水性的含水层介质的排泄系统。

单就地表径流输送系统而言，城市径流是城市化造成的雨水的地表径流，这种径流是世界许多城市化地区水污染的主要来源。同时，我国绝大多数城市的地表路面多采用不透水表面，不透水(表面道路、停车场和人行道)是在土地开发过程中建设的。在暴风雨和其他强降水过程中，这些不透水表面(由沥青、水泥、混凝土等建造)以及屋顶会使污水流入下水道，而不是让土壤对污水进行过滤。这会导致地下水位的降低(因为地下水的补给减少了)和洪水(因为留在地表的水量增加了)。大多数市的雨水排水系统会将未处理的雨水排入溪流、江河和海湾。

2010年以来，我国平均每年有185座城市受到城市内涝的威胁，一方面是因为极端性强降雨逐年增多，最关键的是由于城市绿地逐年减少，导致雨水的积存和渗透能力降低，而市政管网不堪重负，往往逢雨必涝，为了解决城市内涝问题，2015年我国提出了建设海绵城市，海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，能够吸水、蓄水、渗水、净水，需要时再将蓄存的水“释放”并加以利用，建设海绵城市离不开“海绵体”，城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水泵，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。下雨时，雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、精化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而有效提高城市排水系统的标准，缓解城市内涝的压力。

低影响开发措施是一种可以对雨水进行收集利用的绿色生态技术措施，其作用能够有效地收集、储蓄雨水，利用收集的雨水缓解城市水资源短缺危机，提高城市排水系统的安全性能。目前，低影响开发措施主要包括透水铺装、绿色屋顶、雨水花园、下凹式绿地、雨水桶等，这些年在发达国家和地区低影响开发措施在城市雨洪控制中得到广泛应用。

为了杜绝反复开挖的城市道路，监控看不见的地下风险，让暴雨来临之时的城市不再看海，城市的建设者需要更广阔的视野看待城市的未来，低影响开发作为一种先进的城市建设理念，需要坚实的理论和实验基础作为支撑才能在未来的城市建设中发挥其重要作用，现有技术急需一种基于低影响开发的城市径流模拟系统来对这种理念进行试验验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，以解决上述现有技术存在的问题，以达到降低暴雨时城市径流流量的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，具体如下：

一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，包括人工降雨模拟系统、若干个三维楼宇模型、马路模型、透水路面人行道模型、植草沟模型、若干透水路面模型；

所述透水路面人行道模型设置在所述马路模型两侧；所述透水路面人行道模型两侧各设置所述植草沟模型，所述植草沟模型中设置若干植草沟排水口；

靠近所述植草沟模型设置所述三维楼宇模型，所述三维楼宇模型之间设有所述透水路面模型；

所述三维楼宇模型包括楼宇主体和设置在楼顶的绿色花园；

所述人工降雨模拟系统位于所述三维楼宇模型、所述植草沟模型、所述马路模型、所述透水路面模型和所述透水路面模型的上方。

优选地,所述绿色花园自上而下包括植被层、基质层、过滤层、排水层、根组层、防水层、结构层；

所述基质由土壤堆积而成，所述植被层为生长在所述基质层的植物，所述过滤层由土工布制成，所述排水层由排水板堆叠而成，所述根组层由泡沫塑料板制成，所述防水层由防水卷材堆叠而成，所述结构层为钢筋混凝土。

优选地,所述三维楼宇模型侧面安装有塑料管道，所述三维楼宇模型底部设有集水桶，所述塑料管道用于将所述排水层的雨水引流到所述集水桶中进行存储。

优选地,所述透水路面人行道模型和所述透水路面模型自上而下均包括面层、找平层、基层和土层；

所述面层使用的材料为透水砖，所述透水砖的透水率不低于5％；所述找平层使用的材料为粗砂，所述粗砂粒径在10-20mm之间；所述基层使用的材料为碎石，所述碎石粒径在20-30mm之间，重型压实度大于95％；所述土层为路基，重型压实度大于90％。

优选地,所述植草沟包括植被和砾石堆，所述植草沟的断面形式包括但不限于弧形断面、三角断面、梯形断面、直角梯形断面；所述植草沟底部不设置防渗土工布。

优选地,所述植草沟底部设有水质监测系统，所述马路模型和所述透水路面人行道模型中设有水质监控系统。

优选地,所述人工降雨模拟系统应能实现对暴雨、中雨、小雨的不同程度的降水量的模拟。

本发明公开了以下技术效果：雨水收集是海绵城市最明显的特点，而且这个也不只是为了收集雨水，缓解雨水过度汇集到排水管网中，防止因为排水管网流量有限导致城市排水不通畅，然后出现城市内涝的情况，同时收集的雨水可作为城市用水，减少净化用水的量。本申请技术方案将“渗”、“滞”、“蓄”、“净”、“用”、“排”六字方针用于暴雨时城市径流的治理问题，低影响开发作为城市建设的最新理念，未来应用前景广阔，在工程实践中，不可能以以实物1:1的对所要建设的径流系统做模拟，可以利用本发明，通过调整各个模块的数量和位置，来对综合效果进行模拟。本领域技术人员可以本申请技术方案为模拟系统，通过设置系统中各模块的数量、其组合方式，再通过试验验证那种组合方式能够最大限度地治理城市径流问题。应用本发明可以因地制宜，因时制宜，为实际工程中基于低影响开发的城市径流的建设提供坚实的理论支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明基于低影响开发的城市径流模拟系统示意图；

图2为本发明各模块位置关系示意图；

图3为本发明三维楼宇模型示意图；

图4为本发明绿色花园七层结构示意图；

图5为本发明植草沟排水口部位的示意图；

图6为本发明植草沟截面形状示意图；

图7为本发明透水路面人行道模型和透水路面模型各层结构示意图。

其中，1为马路模型，2为透水路面人行道模型，3为植草沟模型，4为植草沟排水口，5为三维楼宇模型，6为绿色花园，7为楼宇主体，8为塑料管道，9为集水桶，10为植草沟第一斜坡，11为植草沟排水口的组成单元，12为鹅卵石，13为植草沟第二斜坡，201为面层，202为找平层，203为基层，204为土层，601为植被层、602为基质层、603为过滤层、604为排水层、605为根组层、606为防水层、607为结构层，608为排水管，609为蓄水池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-7所示，本发明提供一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，具体内容如下：

本申请技术方案包括人工降雨模拟系统、1个马路模型1、2个透水路面人行道模型2、2个植草沟模型3、4个三维楼宇模型5和若干个透水路面模型。由于人工降雨系统位于各个模块的上方，在图2中对其并未进行示意。

将2个透水路面人行道模型2各设置在马路模型1的两侧，用以对城市中实际的道路进行模拟。透水路面人行道模型两侧各设置植草沟模型4，植草沟模型4中设置有若干植草沟排水口，如图5所示，图5为本发明植草沟排水口部位的示意图，其中10为植草沟第一斜坡，11为植草沟排水口的组成单元，12为鹅卵石，13为植草沟第二斜坡。植草沟模型中有植被和透水土壤，植被种植在透水土壤表面。降雨量大时，透水路面人行道模型2不能完全吸收的雨水流动到植草沟模型中，部分被植草沟模型2中的植被吸收阻滞，部分通过植草沟排水口排入城市地下市政雨水管道。其中流入到植草沟模型2植被中的雨水里面携带的污染物会被自动过滤掉，过滤后的雨水经过植草沟强大的下渗功能，可以有效地降低洪峰流量，下渗的雨水通过排水系统分别去往河道或地下河，起到分洪调蓄的作用。植草沟植物应当选取根系发达、净化能力强的植物，植物的耐旱性和耐涝性也要经得起考验。植草沟底部设有水质监测系统，对经过渗透的水的水质进行检测。这充分体现了本发明治理城市径流问题的“滞”字方针，即采取生态或工程技术措施，延缓短时间内形成的雨水径流量。

靠近透水路面人行道模型2分别设置4个三维楼宇模型5，马路模型1每侧各设置两个。需要注意的是，三维楼宇模型5不应紧挨着透水路面人行道模型2进行设置，而应该离透水路面人行道模型2有一定距离，以对城市中居民楼并不是紧挨着马路两侧的人行道的实际场景进行模拟。马路模型1两侧各有2个三维楼宇模型5，这2个三维楼宇模型5之间设有植草沟模型3，以对实际城市中居民楼和居民楼之间设置有绿化带这一场景进行模拟。整个模型的其余空白部分设置透水路面模型，以对城市中实际存在的居民楼和居民楼之间有人行道，小区到马路之间也有人行道这一场景进行模拟。其中，如图6所示，植草沟模型3的断面形式包括但不限于弧形断面、三角断面、梯形断面、直角梯形断面。

其中，透水路面人行道模型2和透水路面模型的构成结构如图4所示，透水路面人行道模型2和所述透水路面模型自上而下都包括面层201、找平层202、基层203、土层204；所述面层201使用的材料为透水砖，透水砖的透水率不应低于5％；找平层202使用的材料为粗砂，粗砂粒径在10-20mm之间；基层203使用的材料为碎石，碎石粒径在20-30mm之间，重型压实度大于95％；土层204为路基，重型压实度大于90％，在保证一定路面强度的前提下，实现路面的透水作用，在降雨时保证人行道不积水，从而达到消除内涝的目的，增加下雨时城市居民的出行舒适度。透水路面在使用一定年限后，空隙会被细小的颗粒堵塞而失去透水功能，它的透水率会随着时间流逝而逐渐下降，当空隙堵塞到一定程度时，需要用高压水枪冲洗表面，恢复其透水性能，经过保养后，城市会越来越美丽。这充分体现了本发明治理城市径流的“渗”字，即是指道路面层使用透水铺装材料、加大植被的自然渗透等措施最大限度的让雨水渗入土壤。本发明只对城市地表径流输送系统进行模拟，不对城市地下铺设的排水管网进行模拟，在进一步模拟系统中，还应在透水路面人行道模型和透水路面模型下部铺设排水管，将雨水导入市政雨水管道。

三维楼宇模型包括绿色花园6和楼宇主体7，绿色花园6自上而下包括植被层601、基质层602、过滤层603、排水层604、根组层605、防水层606、结构层607。其中，基质层602由土壤堆积而成，植被层601为生长在基质层602上的植物，过滤层603由土工布制成，排水层604由排水板堆叠而成，根组层605由泡沫塑料板制成，防水层606由防水卷材堆叠而成，结构层607为钢筋混凝土。雨水降落时降落到植被层601，基质层602为植被层601的植物提供生成的土壤,然后下渗到过滤层603，过滤层603会自动过滤雨水，提升水质，过滤后的雨水通过排水管608流往蓄水池609，根组层605则能有效防止植被系的生长，保护楼宇主体7的结构不被破坏，以上每层都有各自相应的作用，如果绿色花园6不按其设计，就会很容易导致顶层渗水的问题。并且在楼宇主体7的一个侧面安装有塑料管道8，三维楼宇模型底部设有集水桶9，塑料管道8用于将排水层604的雨水引流到集水桶9中进行存储。楼顶出现漏水时，应及时修复或更换防水层606。这充分体现了本发明的“蓄”，即通过人工储水设施在雨季时蓄水，缓解暴雨滞留城市道路形成内涝的情况，缺水季节时对蓄积的雨水加以利用。

下雨时，雨水首先被绿色屋顶吸收，其次，多余的雨水被住宅雨水收集设施收集，当雨水达到地面时，雨水通过城市地表的植草沟等进行进一步的吸收。这不但减低了雨水的汇集速度，达到了降低地表径流量、控制城市内涝的目的，而且在这样的过程中，也能对大颗粒污染物达到截留和初步净化，并以此达到降低径流污染的目的，在降雨时利用自然水体和地下水体调蓄池收集雨水，实现“蓄”的目的，缓解城市水资源短缺的问题。其中集水桶9收集的雨水后期可以进行净化后用于不降雨时的城市植被的浇灌、消防用水、城市地面洒水，从而达到“用”的目的，即指经过净化后的雨水再利用。

本申请技术方案创造性地将“渗”、“滞”、“蓄”、“净”、“用”、“排”六字方针用于暴雨时城市径流的治理问题，低影响开发作为城市建设的最新理念，未来应用前景广阔。低影响开发作为城市径流问题治理的一种全新理念，目前可供参考的实际工程案例较少，在工程实践中又不可能按照1：1的比例进行实际模拟，本领域技术人员可以本申请技术方案为模拟系统，通过设置系统中各模块的数量、其组合方式，再通过试验验证那种组合方式能够最大限度地治理城市径流问题。应用本发明可以因地制宜，因时制宜，为实际工程中基于低影响开发的城市径流的建设提供坚实的理论支撑。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，包括人工降雨模拟系统、若干个三维楼宇模型、马路模型、透水路面人行道模型、植草沟模型、若干透水路面模型；

所述透水路面人行道模型设置在所述马路模型两侧；所述透水路面人行道模型两侧各设置所述植草沟模型，所述植草沟模型中设置若干植草沟排水口；

靠近所述植草沟模型设置所述三维楼宇模型，所述三维楼宇模型之间设有所述透水路面模型；

所述三维楼宇模型包括楼宇主体和设置在楼顶的绿色花园；

所述人工降雨模拟系统位于所述三维楼宇模型、所述植草沟模型、所述马路模型、所述透水路面模型和所述透水路面模型的上方。

2.根据权利要求1所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述绿色花园自上而下包括植被层、基质层、过滤层、排水层、根组层、防水层、结构层；

所述基质由土壤堆积而成，所述植被层为生长在所述基质层的植物，所述过滤层由土工布制成，所述排水层由排水板堆叠而成，所述根组层由泡沫塑料板制成，所述防水层由防水卷材堆叠而成，所述结构层为钢筋混凝土。

3.根据权利要求2所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述三维楼宇模型侧面安装有塑料管道，所述三维楼宇模型底部设有集水桶，所述塑料管道用于将所述排水层的雨水引流到所述集水桶中进行存储。

4.根据权利要求1所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述透水路面人行道模型和所述透水路面模型自上而下均包括面层、找平层、基层和土层；

所述面层使用的材料为透水砖，所述透水砖的透水率不低于5％；所述找平层使用的材料为粗砂，所述粗砂粒径在10-20mm之间；所述基层使用的材料为碎石，所述碎石粒径在20-30mm之间，重型压实度大于95％；所述土层为路基，重型压实度大于90％。

5.根据权利要求1所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述植草沟包括植被和砾石堆，所述植草沟的断面形式包括但不限于弧形断面、三角断面、直角梯形断面、梯形断面；所述植草沟底部不设置防渗土工布。

6.根据权利要求5所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述植草沟底部设有水质监测系统，所述马路模型和所述透水路面人行道模型中设有水质监控系统。

7.根据权利要求1所述的基于低影响开发的城市径流模拟系统，其特征在于，所述人工降雨模拟系统应能实现对暴雨、中雨、小雨的不同程度的降水量的模拟。

Images