CN113374026A - 一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，在西南丘陵地区坡地路与排水沟渠之间设置雨水收集与再利用装置；所述雨水收集与再利用装置由集水槽、过滤层、砂石层、植物篱和抽水装置组成；所述集水槽为封闭的腔体结构，所述集水槽的顶部依次向上设有过滤层、砂石层和植物篱；集水槽与排水沟渠并列设置，集水槽的上部设有溢流孔与排水沟渠连通，其底部位置低于排水沟渠的底部位置；所述抽水装置包括抽水泵、抽水管和出水管，所述抽水泵设于植物篱的一侧，抽水管与抽水泵的进水口相连，出水管与抽水泵的出水口相连。本发明能够平衡雨水资源、实现对雨水的再利用，减少西南丘陵地区的水土及养分流失。

Description

一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统

本申请是发明名称为“一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统”的分案申请，其中母案的申请号为201910308827.1，申请日为2019.04.17。

技术领域

本发明涉及雨水综合利用领域，具体涉及一种基于植物篱种植模式下的西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统。

背景技术

我国西南丘陵地区的水资源受季风气候的影响，季节分布不均匀，降水主要集中在夏季。汛期时，连续4个月的降水量占全年降水量的60％-80％，容易形成夏涝。夏季的雨水中，约有三分之二是洪水径流量，如果雨水没有被收集，就会顺着排水沟渠河流排走。而在旱季，降水较少，这时就需要从水源处抽水灌溉作物。

为了实现雨水资源的合理利用，需采取一些措施将汛期的雨水收集起来，用于旱季农田的灌溉。目前，丘陵地区雨水收集主要采用修建蓄水池等蓄水工程，该工程采用蓄水池收集雨水以灌溉道路绿化带以及就近农田。这种方法需要占用大量的农田，而且收集的雨水容易蒸发损失、不方便管理，有的蓄水池周围还需加上防护措施以避免安全问题。也有通过路面雨水拦截工程收集雨水。通过修筑道路材料使用透水混凝土或者人行道上使用透水砖，在透水混凝土/透水砖下方设置收集的雨水井进行雨水收集的方法，这种方法对于丘陵地区来说，可操作性较低，工程量较大。同时，路面雨水拦截工程对修建道路的基础设施要求高，其建设成本也偏高，加上西南丘陵地区特殊的地形，又伴随着灌溉设施不齐全，导致抽水灌溉困难。由于汛期雨量大，对于西南丘陵地区来说，大雨不仅造成了土壤颗粒和养分流失，同时降低了雨水利用效率。

因此，如何在收集汛期雨水的同时缓解水土流失，保持土壤水分和养分，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于西南丘陵地区坡地路带沟的雨水收集系统，能够平衡雨水资源、实现对雨水的再利用，减少西南丘陵地区水土及养分流失。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，在西南丘陵地区坡地路与排水沟渠之间设置雨水收集与再利用装置；所述雨水收集与再利用装置由集水槽、过滤层、砂石层、植物篱和抽水装置组成；

所述集水槽为封闭的腔体结构，在集水槽的顶部设有竖直透水孔，所述集水槽的顶部依次向上设有过滤层、砂石层和植物篱；集水槽与排水沟渠并列设置，集水槽的上部设有溢流孔与排水沟渠连通，其底部位置低于排水沟渠的底部位置；

所述抽水装置包括抽水泵、抽水管和出水管，所述抽水泵设于植物篱的一侧，所述抽水管与抽水泵的进水口相连，出水管与抽水泵的出水口相连；该抽水管的下端位于集水槽的底部。

本发明通过在西南丘陵地区坡地路和排水沟渠之间设置带有植物篱的雨水收集与再利用装置，将汛期的雨水收集起来存入集水槽，旱季或者需要用水的时候通过抽水装置将雨水抽出进行灌溉，实现了对雨水的合理利用，提高了雨水的利用率，降低了内涝风险，实现生态效益、经济效益和社会效益的高度统一和最大化。。通过设置过滤层、砂石层和植物篱作为过滤系统，使得收集的雨水干净，便于保存。植物篱能够过滤掉雨水的杂质，由于构成植物篱的植物根系发达，对保持土壤营养、减缓坡地水土流失和土壤侵蚀具有重要的作用，而且植物篱可以充当道路绿化带和生态缓冲带，缓解路带沟修建引起的生境破坏，具有较好的社会效益和一定的经济效益，实用性强，可在丘陵地区的坡地广泛推广应用。

进一步，所述坡地路与排水沟渠之间的距离大于等于0.6m，这样宽度的植物篱才能对坡地的水土流失具有更好的减缓效果。

进一步，所述雨水收集与再利用装置为多个，连续或间断设置，提高了实施选址的灵活性。

进一步，所述植物篱为耐旱、耐涝、根系发达的植物搭配而成的绿化带，该植物篱呈倾斜分布，靠近所述坡地路的一侧高于靠近排水沟渠的一侧，植物篱可拦截坡面上因降水侵蚀所产生的坡面径流，促进雨水下渗至集水槽，提高了水分收集率。

进一步，所述植物为紫花苜蓿、香根草、黄花菜、紫穗槐、新银合欢、蓑草中的一种或多种。

进一步，所述砂石层的砂石的粒径为1～8mm，从上向下递减。

进一步，所述过滤层为金属网或塑料网滤网，滤网的孔径为0.5～1mm。

进一步，所述集水槽采用混凝土浇筑而成，包括下腔体和上盖板；所述溢流孔设置在下腔体的上部；所述上盖板上设有贯穿的竖直透水孔，雨水通过上盖板上的竖直透水孔进入所述下腔体内。

进一步，所述竖直透水孔的直径为3cm，沿横向每隔0.3m、纵向每隔1m设置一个。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将丘陵山区的田间修筑有路带沟，将灌溉渠、泄洪渠和机耕道建为一体，方便农机作业和灌溉。通过在沟渠和路之间设置雨水收集系统，收集汛期的雨水，在旱季或者需要用水的时候通过抽水泵将雨水抽出进行灌溉，实现了对雨水的合理利用，提高了雨水的利用率，也降低了内涝风险。通过设置植物篱和砂石层作为雨水拦截和过滤系统，能够过滤掉径流水中的杂质。由于构成植物篱的植物根系发达，对保持土壤营养、减缓坡地水土流失和土壤侵蚀具有重要的作用，植物篱还能够充当道路绿化带和生态缓冲带，缓解路带沟修建引起的生境破坏，具有较好的社会效益和一定的经济效益，实用性强，可在丘陵地区的坡地广泛推广应用。

2、本发明中的雨水收集系统中，植物篱能够减缓雨水对土壤的冲刷。植物篱绿化带和对照(无植物篱)相比，植物篱绿化带的土壤中有机质提高了15.13％，全氮提高了9.68％；有效保持了土壤中的营养成分，减缓了土壤侵蚀，减少土壤养分流失。

附图说明

图1为本发明一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统的结构示意图。

图2为本发明一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统的实施例的平面图。

图3为一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统的蓄水池的平面图。

图中：1-坡地路，2-排水沟渠，3-雨水收集与再利用装置，4-集水槽，5-过滤层，6-砂石层，7-植物篱，8-抽水装置。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，在坡地路1与排水沟渠2之间设置雨水收集与再利用装置3。具体实施时，选取坡地路1与排水沟渠2之间的距离大于等于0.6m的坡地修筑雨水收集与再利用装置3。无论坡度大小，在种植过程中为了保证植物篱7起到减缓土壤侵蚀和减少土壤养分流失，坡地路1距离排水沟渠2的宽度不低于0.6m。如果坡地路1距排水沟渠2距离较窄，可适当减小植物篱7的宽度；如果坡地路1距排水沟渠2距离较宽，可适当增加植物篱7的宽度和植物篱行数。排水沟渠2和坡地路1之间的距离低于0.6m会影响植物篱7对坡地水土流失的减缓作用，因此，排水沟渠2和坡地路1之间的距离以大于等于0.6m为宜。所述雨水收集与再利用装置3为多个，分布设置在排水沟渠2和坡地路1之间。

所述雨水收集与再利用装置3由集水槽4、过滤层5、砂石层6、植物篱7和抽水装置8组成。具体实施时，所述集水槽4为封闭的腔体结构，包括下腔体和上盖板。所述上盖板能够扣合在下腔体上使集水槽4封闭。所述上盖板设置在蓄水池的一端，上盖板的宽度为沟渠到路的距离，长为0.6m。在用于打开集水槽4的上盖板上面不覆土，同时在上盖板靠土壤的两侧设置50mm厚的混凝土或者50mm厚的木板，将上盖板的两端与两侧的土壤阻隔起来，避免两侧土壤滑落堆积在上盖板上，不易打开上盖板进行清理。每半年清理一次为宜，可根据实地情况做适当调整。所述集水槽4采用混凝土浇筑而成，混凝土材料优选为C20+聚乙烯纤维混合混凝土，这样，能够防止雨水渗至外部造成雨水收集困难，同时也防止渗水对坡地路1和排水沟渠2基础产生不良影响。在上盖板上设有贯穿的竖直透水孔，所述竖直透水孔的直径为3cm，沿横向每隔0.3m、纵向每隔1m设置一个。这样，经过过滤后的雨水能通过这些竖直透水孔进入下腔体内储存。所述集水槽4与排水沟渠2并列设置。为了防止下腔体内装满水后水溢出来对坡地路1和排水沟渠2基础造成影响，在集水槽4下腔体的上部并排设有多个溢流孔，所述多个溢流孔分别与排水沟渠2连通，这样，多余的雨水能够通过溢流孔流至排水沟渠2中流走。为了使集水槽4的容积更大，需水量更多，设置集水槽4的下腔体的底部位置低于排水沟渠2的底部。

在上盖板上依次向上设有过滤层5、砂石层6和植物篱7。砂石层6包含三层，砂石的粒径为1～8mm，从上向下递减。最上面一层的粒径为5～8mm；中间层的粒径为1～3mm；最下面一层的石英砂粒径为1～2mm，厚度为60mm。为了更好地过滤杂质，在砂石层6下面设有过滤层5。所述过滤层5为金属网或塑料网滤网，滤网的孔径为0.5～1mm。通过砂石层6和过滤层5过滤后的雨水更干净，更易保存。

在砂石层6上方铺设土壤，在土壤上种植植物篱7。该植物篱7呈倾斜分布，靠近所述坡地路1的一侧高于靠近排水沟渠2的一侧。依据植物生长需求，土壤层厚度最薄的一侧，即靠近排水沟渠2的一侧以大于等于20cm为宜。因为如果土壤层的厚度低于20cm，不利于植物篱生长。所述植物篱7为耐旱、耐涝、根系发达的植物搭配而成的绿化带，沿坡面分布，这样，雨水从坡地路1的路缘石开口进入植物篱7时，能够向排水沟渠2方向流动，增大与植物篱7的接触面积，实现更快的过滤和对雨水的疏散，避免造成积水。种植植物篱7时优选多行种植，因为多行种植的植物篱7的减流减沙的效果更好。植物选择具有根系发达、耐旱、耐涝等特征植物。可选用多年生草本植物或常绿植物，如紫花苜蓿、香根草、黄花菜、紫穗槐、新银合欢、蓑草中的一种或多种。由于构成植物篱7的植物耐旱、耐涝、根系发达，当雨水通过路缘石的开口流入植物篱7时，雨水下渗透过土壤和植物根系共同作用，过滤大部分颗粒，减少雨水径流带走的土壤养分，不仅可以保持水土，还可充当坡地路1的绿化带和生态缓冲带，在维持局地生态平衡的同时也丰富了坡地路1和排水沟渠2的生态景观。

为了方便将接水槽4中的水抽出使用，所述雨水收集与再利用系统还包括抽水装置8。所述抽水装置8包括抽水管和抽水泵。所述抽水泵设于植物篱7上。具体实施时，在植物篱7的一侧设有水泵箱，所述抽水泵放置于水泵箱内。水泵箱的大小根据抽水泵的大小来设定。在水泵箱的一侧设置箱门，便于定期检查和维修抽水泵。所述抽水管与抽水泵的进水口相连，出水管与抽水泵的出水口相连。所述抽水管的下端位于集水槽4的底部，确保在集水槽水位较低时也能抽出水来用于灌溉。集水槽4收集的雨水可在非雨季或需要时由抽水泵至土壤表面并经过出水管灌溉，能够提供就近农田和植物篱7的灌溉用水。

实施例：

参见图1-图3，本发明提供的西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统的建造方法，具体如下：

S1、选取坡地路1与排水沟渠2之间的距离大于0.6m的区域，了解所选区域的本土植物以及气候条件等情况。经过勘测得到现场数据：排水沟渠2与坡地路1之间宽约1.35m，坡度为21°，坡地路1的路面长度约为200m。

S2、将坡地路1与排水沟渠2之间的土挖出，采用C20+聚乙烯纤维混合混凝土浇筑集水槽4，集水槽4的槽壁厚10～20cm。在集水槽4上方靠近坡地路1的一侧浇筑50cm厚的混凝土，形成对坡地路1的保护，防止集水槽4的水对坡地路1的路基产生影响。集水槽4的高度为0.8m、宽度为1.35m，长约5m。在长约200m的道路，每隔15m设置一个集水槽4，共设置10个集水槽4。每个集水槽4的蓄水量为5*0.8*1.35＝5.4立方米，整段道路的集水槽4的总蓄水量为5.4*10＝54立方米。浇筑过程中集水槽4顶部沿横向每隔0.3m，纵向每隔1m预留一个直径3cm的竖直透水孔，用于过滤后的雨水进入集水槽4中。在植物篱7上靠近坡地路1的一侧设置抽水泵和水泵箱。水泵箱的长、宽分别为0.5m，高为0.6m，水泵箱厚度为100mm，采用混凝土修筑而成，能够更好地保护抽水泵。在水泵箱靠近排水沟渠2的一侧设置活动的钢板箱门，便于定期检查和维修抽水泵。抽水泵的进水口与抽水管连通，该抽水管的下端位于集水槽4的底部，便于将集水槽4的水抽出。抽水泵的出水口也与管道相连通，便于直接将水抽到土壤表面进行灌溉。具体的，抽水管为管外径40mm、厚5mmPVC管。与抽水泵出水口相连的管道可以是PVC管也可以是软管，优选软管，在不使用时便于收纳。在集水槽4下腔体的上部并排设有两个溢流孔，且两个溢流孔分别与排水沟渠2连通。在集水槽4顶部上方铺设滤网，滤网的孔径为0.5～1mm、厚度为20mm，可采用金属网或塑料网材质。在滤网的上方铺设砂石层6，最下面一层的石英砂粒径为1～2mm，厚度为60mm；中间层砂石的粒径为1～3mm；最上面一层砂石的粒径为5～8mm。在砂石层6的上方铺设挖出来的土，靠近坡地路1一侧厚度为700mm左右，靠近排水沟渠2一侧厚度为200mm。

S3、将挖出的土回填到砂石层6的上方，使土呈倾斜分布，再种植植物形成植物篱7。

S4、确定构成植物篱7的植物种类及配置，集水槽4的尺寸以及集水槽4距离坡地路1的高度。香根草和黄花菜适宜在西南地区种植，并且具有根系发达、耐旱、耐涝等特征。因此本实施例中采用黄花菜、香根草结合种植。黄花菜具有一定的经济效益，在田地整齐生长，易于管理。香根草耐涝，可用作香水、造纸和青饲料等。设计香根草的株距为30cm，黄花菜的株距为30cm。如图2所示，在靠近坡地路1的一侧，距离25cm的位置种植两行香根草，株距30cm，行距40cm；靠近排水沟渠2的一侧距离25cm的位置种植黄花菜，株距30cm，这样的种植方式，使得两种植物既能够形成植物篱7，达到较好的过滤和保持水土的效果，而且两种植物都具有一定的经济效益，能够为农民创收，一举两得。

雨水收集系统建成后，集水槽的单次蓄水能力为54m³，可满足1～1.8亩的农田灌溉或作为施肥和农药稀释用水。使用该雨水收集系统一年以后，土壤养分指标如表1所示，植物篱绿化带和不种植植物篱的绿化带相比，植物篱绿化带的土壤中有机质提高了15.13％；全氮提高了9.68％，说明种植植物篱能够减少丘陵的水土流失。

表1不同地表绿化带的土壤养分指标

	有机质(g/kg)	全氮(g/kg)
			对照(无植物篱)	9.52	0.62
种植植物篱的绿化带	10.96	0.68

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：在西南丘陵地区坡地路(1)与排水沟渠(2)之间设置雨水收集与再利用装置(3)；所述雨水收集与再利用装置(3)由集水槽(4)、过滤层(5)、砂石层(6)、植物篱(7)和抽水装置(8)组成；

所述集水槽(4)为封闭的腔体结构，在集水槽(4)的顶部设有竖直透水孔，所述集水槽(4)的顶部依次向上设有过滤层(5)、砂石层(6)和植物篱(7)；集水槽(4)与排水沟渠(2)并列设置，集水槽(4)的上部设有溢流孔与排水沟渠(2)连通，其底部位置低于排水沟渠(2)的底部位置，在所述集水槽(4)上方靠近所述坡地路(1)的一侧设置混凝土，以形成对所述坡地路(1)的保护；

所述抽水装置(8)包括抽水泵、抽水管和出水管，所述抽水泵设于植物篱(7)的一侧，所述抽水管与抽水泵的进水口相连，出水管与抽水泵的出水口相连；该抽水管的下端位于集水槽(4)的底部。

2.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述坡地路(1)与排水沟渠(2)之间的距离大于等于0.6m。

3.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述雨水收集与再利用装置(3)为多个，连续或间断设置。

4.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述植物篱(7)为耐旱、耐涝、根系发达的植物搭配而成的绿化带；该植物篱(7)呈倾斜分布，靠近所述坡地路(1)的一侧高于靠近排水沟渠的一侧；所述植物为紫花苜蓿、香根草、黄花菜、紫穗槐、新银合欢、蓑草中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述植物篱(7)的一侧设有水泵箱，所述抽水泵放置于所述水泵箱内，在所述水泵箱的一侧设置箱门。

6.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述砂石层(6)的砂石的粒径为1～8mm，从上向下递减。

7.根据权利要求6所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述过滤层(5)为金属网或塑料网滤网，滤网的孔径为0.5～1mm。

8.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述集水槽(4)采用混凝土浇筑而成，包括下腔体和上盖板，所述上盖板能够扣合在所述下腔体上使所述集水槽(4)封闭；所述溢流孔设置在所述下腔体的上部；所述上盖板上设有贯穿的所述竖直透水孔，雨水通过所述上盖板上的所述竖直透水孔进入所述下腔体内；用于打开所述集水槽(4)的所述上盖板上面不覆土。

9.根据权利要求1所述西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统，其特征在于：所述竖直透水孔的直径为3cm，沿横向每隔0.3m、纵向每隔1m设置一个。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的西南丘陵地区坡地路带沟雨水收集与再利用系统的建造方法，其特征在于：包括以下步骤：

在所述坡地路(1)与所述排水沟渠(2)之间选取施工区域，了解所选施工区域的本土植物以及气候条件情况；

将所述坡地路(1)与所述排水沟渠(2)之间所选施工区域的土挖出设置所述集水槽(4)，在所述植物篱(7)的一侧设置抽水泵，在所述集水槽(4)顶部依次铺设所述过滤层(5)和所述砂石层(6)；

将挖出的土回填到所述砂石层(6)的上方，且使土呈倾斜分布；

确定构成所述植物篱(7)的植物种类及配置，并将确定好的植物种植于所述砂石层(6)上方的土上，形成所述植物篱(7)。

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