CN114793856A - 用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置及其安装方法 - Google Patents

用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，包括水箱，水箱上部设有进水管，下部设有出水管；出水管上设置有节水开关；节水开关包括下部侧壁上设有多个细小通孔的多孔管，多孔管上下两端封闭，多孔管上端侧壁上设有出水管第一接口和出水管第二接口，出水管第一接口和出水管第二接口分别设于多孔管两侧，多孔管上端内侧设有活塞，活塞上设有连通孔；多孔管上端和活塞之间设有弹簧，多孔管下端和活塞之间设有填充物，填充物为随着含水量增大体积膨胀的颗粒或条状物；本发明还提出了该装置的使用方法，安装设置方便，能够在干旱时及时进行补水，日常蒸发量少，维护简单，灌溉效果佳、范围大，不额外消耗能量，成本低。

Description

用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置及其安装方法
技术领域
本发明属于节水调蓄设施技术领域，具体涉及一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置及其安装方法。
背景技术
我国大部分地区有着明显的雨季和旱季，如何将雨季的水存储下来，在干旱或需要时使用正是海绵城市的研究课题，例如，在小区内可采用调蓄设施来收集雨水并在需要时向覆土层补水，但调蓄设施体积大、埋深大，需占用较大的地下室面积，并且，调蓄池出水只能靠水泵等提升，增加能耗，如果物业缺乏足够的监管，调蓄水池容易沦为积水池、臭水池，失去调蓄功能。
专利号为2019103048147，名称为《用于海绵城市路边的储水窖绿化系统及使用方法》的发明专利中，公开了一种用于海绵城市路边的储水窖绿化系统及使用方法，绿化系统包括矩形槽,所述的矩形槽位于道路路基中,矩形槽沿路边布置，里面充填有基质；沿矩形槽设置有诺干储水窖，以及与储水窖连通的毛细吸水灌溉系统、承水管、立管、支管和通气管；所述储水窖的顶部和侧面分别有两个接口，顶部其中一个接口连接立管，另一个接口连接通气管；侧面其中一个接口连接支管，另一个接口连接承水管，承水管上端连接侧漏，侧漏设置在绿化带两侧的路缘石上。本发明在不占园林绿化用地面积的情况下，储存和开发利用雨水资源，为城市缓解水资源需求压力和绿化用地矛盾，缓解雨季城市内涝压力，改善城市生态环境，绿色环保，建造生态海绵城市，促进城市生态系统的协调。但该储水窖绿化系统利用毛细吸水效应对周边植物进行灌溉，只能在一段时间内使土壤保持在较高的含水量，难以在干旱时起到补水灌溉的效果，只能锦上添花，不能雪中送炭；毛细吸水能使土壤在一段时间内维持较为稳定的含水量，但并不是所有的植物都能长时间适应这种较高含水量的土壤环境，可能会引起部分植物烂根，并且毛细吸水的灌溉范围较小，这就要求储水窖绿化系统要保持足够的设置密度，成本高。
有鉴于此，有必要提供一种成本低，设置方便，维护简单，灌溉效果好的用于海绵城市的雨水调蓄装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种设置方便，能够在干旱时及时进行补水，日常蒸发量少，维护简单，灌溉效果佳、范围大，不额外消耗能量，成本低的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，包括水箱，水箱上部设有进水管，下部设有出水管；出水管上设置有能够根据土壤干燥程度而控制出水的节水开关；水箱上端设有气孔；
所述节水开关包括下部侧壁上设有多个细小通孔的多孔管，多孔管上下两端封闭，多孔管上端侧壁上设有出水管第一接口和出水管第二接口，出水管第一接口和出水管第二接口分别设于多孔管两侧，多孔管上端内侧设有活塞，活塞上设有用于连接出水管第一接口和出水管第二接口的连通孔；多孔管上端和活塞之间设有弹簧，多孔管下端和活塞之间设有填充物，填充物为随着含水量增大体积膨胀的颗粒或条状物；当填充物的含水率高于阈值时，填充物体积增大，活塞上移，连通孔与出水管第一接口和/或出水管第二接口错位，出水管的通路关闭；当填充物的含水率达到或低于阈值时，填充物体积缩小，活塞下移，连通孔连通出水管第一接口和出水管第二接口，出水管的通路打开，水箱内的水经由出水管流出。
优选的是，所述进水管内设有第一阀门，水箱内的气孔处设有第二阀门，第二阀门为浮力阀或水浮子开关，水箱内的水处于高水位时，第二阀门将气孔关闭。
优选的是，所述第一阀门包括管状、垂直设置的阀体，阀体内设有阀芯，阀体内侧底部为下端开口的凹面，阀芯为哑铃状，包括下部的第一膨大体和上部的第二膨大体，以及连接第一膨大体和第二膨大体的连杆；阀芯中，至少第一膨大体的材料密度小于水；
第一膨大体下部形状与阀体内侧底部凹面形状相适应，第二膨大体的直径小于阀体内径；进水管进水时，第二膨大体受到水压而上浮，第一膨大体脱离阀体内侧底部凹面，第一阀门打开；进水管内无水时，阀芯在重力作用下回落，第一膨大体回到阀体内侧底部凹面，第一阀门关闭。
优选的是，所述阀体内壁中部设有用于防止第一膨大体脱出的限位凸起，限位凸起处于第一膨大体和第二膨大体之间。
优选的是，所述阀体内侧底部凹面为圆锥面。
优选的是，所述填充物为线缩率大的土壤、经过防腐处理的木材颗粒或高分子材料中的一种。
优选的是，所述水箱上端设有盖子。
优选的是，所述水箱内侧底部为平面、V型面或下凹的弧面中的一种。
优选的是，所述出水管的出水口与节水开关距离不小于0.5m。
一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置的安装方法，将水箱埋于覆土层内，进水管接收集雨水的装置；节水开关横向、斜向或竖向埋于覆土层内，节水开关的埋深不小于0.2m，出水管的出水口与节水开关的水平埋设距离不小于0.5m。
本发明的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，至少具有以下优点；
（1）零能耗，寿命长，可灵活设置于绿化带、生态园林景观、小区绿化设施等处的土层内，应用范围广；
（2）相对于大型的调蓄设施，本发明体积小，成本低，施工和设置方便，仅需简单的清洁维护，还可用于现有绿化、生态园林设施的灌溉改造；
（3）水箱有着较好的封闭效果，日常蒸发量少，水箱内的水充满后，可在较长时间内保持充盈的水量；
（4）灌溉范围大，一次灌溉补水量足，能较好的缓解土壤干旱的情况；
（5）节水开关能够在土壤的含水率低于一定程度时打开，对土壤进行补水灌溉，在土壤的含水率回升到一定程度后又关闭，能够有效避免宝贵水资源的浪费，真正做到雪中送炭；水箱内一次充满水，可进行多次灌溉，使土壤的含水率能在较长时间内保持在一定范围，有效防止植物因干旱而死亡，维持植物生存的几本需求。
附图说明
图1为一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置的结构示意图。
图2为一种第一阀门的结构示意图。
图3为一种节水开关的结构示意图。
图中标号为：1-水箱，2-进水管，3-出水管，4-节水开关，5-气孔，6-多孔管，7-出水管第一接口，8-出水管第二接口，9-活塞，10-连通孔，11-弹簧，12-填充物，13-第一阀门，14-第二阀门，15-阀体，16-阀芯，1601-第一膨大体，1602-连杆，1603-第二膨大体，17-限位凸起，18-盖子，19-出水口。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-3所示，一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，包括水箱1，水箱上部设有进水管2，下部设有出水管3；出水管上设置有能够根据土壤干燥程度而控制出水的节水开关4；水箱上端设有气孔5；
如图3所示，所述节水开关包括下部侧壁上设有多个细小通孔的多孔管6，多孔管上下两端封闭，多孔管上端侧壁上设有出水管第一接口7和出水管第二接口8，出水管第一接口和出水管第二接口分别设于多孔管两侧，出水管第一接口和出水管第二接口分别与出水管连接；多孔管上端内侧设有活塞9，活塞上设有用于连接出水管第一接口和出水管第二接口的连通孔10；多孔管上端和活塞之间设有弹簧11，多孔管下端和活塞之间设有填充物12，填充物为随着含水量增大体积膨胀的颗粒或条状物；当填充物的含水率高于阈值时，填充物体积增大，活塞上移，连通孔与出水管第一接口和/或出水管第二接口错位，出水管的通路关闭；当填充物的含水率达到或低于阈值时，填充物体积缩小，活塞下移，连通孔连通出水管第一接口和出水管第二接口，出水管的通路打开，水箱内的水经由出水管流出。
所述进水管内设有第一阀门13，水箱内的气孔处设有第二阀门14，第二阀门为浮力阀或水浮子开关，水箱内的水处于高水位时，第二阀门将气孔关闭。第一阀门和第二阀门的设置有助于减少水箱内水的蒸发。
如图2所示，所述第一阀门包括管状、垂直设置的阀体15，阀体内设有阀芯16，阀体内侧底部为下端开口的凹面，阀芯为哑铃状，包括下部的第一膨大体1601和上部的第二膨大体1603，以及连接第一膨大体和第二膨大体的连杆1602；阀芯中，至少第一膨大体的材料密度小于水，也可整体采用密度小于水的材料；
第一膨大体下部形状与阀体内侧底部凹面形状相适应，第二膨大体的直径小于阀体内径；进水管进水时，第二膨大体受到水压而上浮，第一膨大体脱离阀体内侧底部凹面，第一阀门打开；进水管内无水时（进水管内的水会由于蒸发等原因而导致水位降低，阀芯逐渐回落），阀芯在重力作用下回落，第一膨大体回到阀体内侧底部凹面，第一阀门关闭。实际应用时会发现，由于第一阀门阀芯的第一膨大体或整体密度小于水，整体质量较轻，难以对进水管形成完全的封闭，但设置成本低，能够有效起到防止水箱内水分蒸发、防止大颗粒异物进入水箱的效果；更为重要的是，雨季长时间的内涝对部分植物的生长也十分不利，如不设置第一阀门，在水箱满后，水会从气孔处溢出，直接对土壤内部进行大量注水，这可能会导致土壤局部的严重内涝。
所述阀体内壁中部设有用于防止第一膨大体脱出的限位凸起17，限位凸起处于第一膨大体和第二膨大体之间。限位凸起可设置为环状或对称的点状，限位凸起处的内径小于第一膨大体直径。
所述阀体内侧底部凹面为圆锥面。
所述填充物为线缩率大的土壤、经过防腐处理的木材颗粒或高分子材料中的一种。经过防腐处理的木材在长时间的使用过程中仍有可能腐烂，采用高分子材料是较优选择，但成本相对较高，采用线缩率大的土壤（如土壤线缩率不够大，必要时可增大多孔管的长度来加大填充物的整体形变度），成本低，来源广泛，无污染，同样是较优选择。
所述水箱上端设有盖子18。盖子打开后可对水箱进行清洗、维护、清空等操作。
所述水箱内侧底部为平面、V型面或下凹的弧面中的一种。V型面或下凹的弧面更有利于出水和水中沉淀物向底部汇集。
所述出水管的出水口19与节水开关距离不小于0.5m。出水口若离节水开关过近，出水口出水后首先对节水开关附近的土壤补充水分，填充物吸水后节水开关关闭，灌溉范围小；出水管的出水口与节水开关距离越大，灌溉范围越大。
一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置的安装方法，将水箱埋于覆土层内，进水管接收集雨水的装置；节水开关横向、斜向或竖向埋于覆土层内，节水开关的埋深不小于0.2m，出水管的出水口与节水开关的水平埋设距离不小于0.5m。
如遇到长期干旱，水箱内存水枯竭，还可通过人工注水向水箱内充水，达到类似于渗灌的效果。
收集雨水的装置将雨水进行过滤后流入进水管，第一阀门打开，水流入水箱内，水箱内水满时，第二阀门受浮力影响将气孔封闭；干旱发生时，土壤低含水量下降，填充物的含水量随之下降，填充物整体长度变短，当土壤的含水量下降达到阈值时，节水开关打开对附近土壤进行灌溉，随着土壤的含水量上升，节水开关内填充物的含水量随之上升，达到阈值后节水开关关闭。
值得说明的是，填充物的热胀冷缩也是一个不容忽略的问题，但热胀冷缩对填充物整体长度的影响小于填充物含水率对填充物整体长度的影响；填充物颗粒间的缝隙可以缓冲一部分热胀冷缩带来的影响，还可通过改变活塞上的连通孔的设置位置、大小等以减少影响；总体来说，在热胀冷缩影响下，填充物含水率使节水开关的打开的阈值会在一定范围内波动，但该范围波动较小，实际影响并不大。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，包括水箱，水箱上部设有进水管，下部设有出水管；出水管上设置有能够根据土壤干燥程度而控制出水的节水开关；水箱上端设有气孔；
所述节水开关包括下部侧壁上设有多个细小通孔的多孔管，多孔管上下两端封闭，多孔管上端侧壁上设有出水管第一接口和出水管第二接口，出水管第一接口和出水管第二接口分别设于多孔管两侧，多孔管上端内侧设有活塞，活塞上设有用于连接出水管第一接口和出水管第二接口的连通孔；多孔管上端和活塞之间设有弹簧，多孔管下端和活塞之间设有填充物，填充物为随着含水量增大体积膨胀的颗粒或条状物；当填充物的含水率高于阈值时，填充物体积增大，活塞上移，连通孔与出水管第一接口和/或出水管第二接口错位，出水管的通路关闭；当填充物的含水率达到或低于阈值时，填充物体积缩小，活塞下移，连通孔连通出水管第一接口和出水管第二接口，出水管的通路打开，水箱内的水经由出水管流出。
2.根据权利要求1所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述进水管内设有第一阀门，水箱内的气孔处设有第二阀门，第二阀门为浮力阀或水浮子开关，水箱内的水处于高水位时，第二阀门将气孔关闭。
3.根据权利要求2所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述第一阀门包括管状、垂直设置的阀体，阀体内设有阀芯，阀体内侧底部为下端开口的凹面，阀芯为哑铃状，包括下部的第一膨大体和上部的第二膨大体，以及连接第一膨大体和第二膨大体的连杆；阀芯中，至少第一膨大体的材料密度小于水；
第一膨大体下部形状与阀体内侧底部凹面形状相适应，第二膨大体的直径小于阀体内径；进水管进水时，第二膨大体受到水压而上浮，第一膨大体脱离阀体内侧底部凹面，第一阀门打开；进水管内无水时，阀芯在重力作用下回落，第一膨大体回到阀体内侧底部凹面，第一阀门关闭。
4.根据权利要求3所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述阀体内壁中部设有用于防止第一膨大体脱出的限位凸起，限位凸起处于第一膨大体和第二膨大体之间。
5.根据权利要求3所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述阀体内侧底部凹面为圆锥面。
6.根据权利要求1所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述填充物为线缩率大的土壤、经过防腐处理的木材颗粒或高分子材料中的一种。
7.根据权利要求1所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述水箱上端设有盖子。
8.根据权利要求1所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述水箱内侧底部为平面、V型面或下凹的弧面中的一种。
9.根据权利要求1所述的用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置，其特征在于，所述出水管的出水口与节水开关距离不小于0.5m。
10.一种基于权利要求1-9任一所述用于海绵城市的雨水调蓄灌溉装置的安装方法，其特征在于，将水箱埋于覆土层内，进水管接收集雨水的装置；节水开关横向、斜向或竖向埋于覆土层内，节水开关的埋深不小于0.2m，出水管的出水口与节水开关的水平埋设距离不小于0.5m。
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