CN117071720A - 一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是水利领域的一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法。包括流量泵、能量槽、地下积水槽、止逆阀、虹吸管及虹吸自控阀；虹吸管入口从地下积水槽开始，经路面、坡面再穿过河道堤坝上部跨过人行过道经虹吸立管进入河床，出口与虹吸自控阀相接。地下积水槽位于路面下部，其上部设有止逆阀水满后自动关闭，地下积水槽顶部还设有能量槽。当路面积水后，启动流量泵将水抽到能量槽内，能量槽与虹吸管顶端液面有了位差，就有了重力流；当水流到虹吸自控阀处，出口自动封闭，水可以出，气许出不许进，这时虹吸管路就形成一个密闭空间，在重力流作用下，高位重力流与高位虹吸流同时产生。适合作为城市内涝虹吸加能排水装置及方法应用。

Description

一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法

技术领域

本发明提供的是水力领域的排水，主要应用于城市内涝。具体地说是一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法。

背景技术

目前，我国大部分城市城区由于历史等诸多原因的影响，低洼路段，公路、铁路桥梁涵洞等地方，暴雨或强降雨过后，都存在不同程度的积水，不能及时排出而出现内涝，对当地人们的日常生产、生活、交通及各个方面的影响都很大，汽车被淹是常事，甚至还有溺水死亡现象发生。

随着社会的发展，经济条件的改善和提高，大部分城市都进行了地下管网，水网的总体布局和改造，使城市城区的雨水和污水排放能力都有了很大的改善和提高。尽管有此，到了雨季还会有很多城区出现内涝现象发生，其主要原因是低洼地段距离河道远，路面与河面位差小及管径小等因素造成无法解决。至于路面与河面之间的位差，在实际施工和应用中会更小，在长距离、位差小、管径有限的情况下排水，水流速慢，水流量小，出现城市内涝是正常的，因这是自然能力所限。另外，还会因水流速慢而出现沉积物淤堵等现象的发生，需要定期检查清理，排水管铺设要有坡度，不能有高低不平现象，不然就会增加阻力，影响流速。

另外，公路、铁路桥梁涵洞为了防止积水，有条件或特殊重要的地方，在附近合适位置建一座地下蓄水池，当强降雨来临，路面存有积水时，将雨水排入蓄水池内，缓解一下强降雨带来的路面积水问题，但蓄水量是有限的，还需要人力，物力及设备维护，维修，保养和管理等，最主要的是一些城市不具备在老城区涵洞附近建造地下蓄水池的条件，因为需要的条件太多，太复杂，一般都无法满足或实现，蓄水池内的雨水一般都需要二次处理，还需定期清理等工作，所以这是一项不太容易办的事情。正常情况下是将雨水从涵洞的集水池内抽上来，直接排入城市地下排水管网，而流入河道，存在的问题同上。

总之，在城市低洼路段的路面与河道水面及涝点与河道距离都一定的情况下，依靠传统方法和技术很难达到人们想要的效果，因此，急需一种能够利用现有条件，还能让排水能力更强，更实用的新技术、新方法，解决城市排涝的根本问题。

发明内容

为了能够解决城市内涝积水排放，本发明提出了一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法。该方法通过一种城市内涝虹吸加能排水装置，进行手动操作、自动操作及远程操作，使低洼路面、公路铁路桥梁涵洞积水快速排出，解决城市积水内涝技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种城市内涝虹吸加能排水装置包括普通型虹吸装置和加能型虹吸装置；

普通型虹吸装置包括地下积水槽、止逆阀、虹吸管、虹吸自控阀和虹吸启动设备；

加能型虹吸装置具有流量泵和能量槽，并与普通型虹吸装置配合使用，其虹吸启动直接采用重力流引发，高位重力流同时发生，无需使用虹吸启动设备；流量泵与能量槽通过接管对口连接，能量槽底部与地下积水槽顶部对口连接，在地下积水槽顶部设有雨水入口，雨水入口处设置止逆阀，地下积水槽内水满后自动关闭；虹吸管插入地下积水槽，虹吸管的虹吸入口深入在地下积水槽下部，经路面与坡面，穿过河道堤坝上部，跨过人行过道，延展至桥面下，再经虹吸立管从上至下进入河床底部，并与虹吸管出口处的虹吸自控阀对口连接。

为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，一种城市内涝虹吸加能排水方法，包括如下步骤：

（1）.人工操作：

首先，在路面确有雨水积水的情况下，人工操作开启流量泵，将雨水开始从路面的集水槽抽到能量槽，能量槽内的雨水顺势流到已存有雨水的地下积水槽内，这时，地下积水槽上部的止逆阀，开始由原来的全开到逐步关上，当能量槽液面越积越高时，止逆阀彻底关闭，地下积水槽和能量槽形成一个容器。

其次，当能量槽内的液面开始升到与虹吸管顶部一样高度时，雨水开始从地下积水槽内下部虹吸入口进入，经路面、坡面、河道堤坝和人行过道，直到虹吸管最顶端经虹吸立管进入出口处的虹吸自控阀，用水自动封闭出口，使该装置形成一个封闭空间，出口流量从小逐渐变大，并有气体不断排出，直到气体全部排净，液体占领全部虹吸管内空间，即虹吸系统启动；同时，高位重力流启动，开启过程中，虹吸管出口流量波动很大，最后达到快速平稳，连续满口流水，依靠能量槽与虹吸管最顶端之间的液位差所产生的重力流，在虹吸自控阀的作用下，引发虹吸及高位重力流，重力流由原来的低位重力流变为高位重力流，流量大增。

最后，当能量槽水位降到设定的低水位时，再人工操作关闭流量泵，剩余的路面积水继续通过普通型虹吸装置排入河道，直到积水水位与河床水位持平为止。若短时间内再有降雨产生积水，普通虹吸装置可自动排水，如果雨量过大出现积水较多，则还需要人工操作开启流量泵，操作同上，正常情况下该装置不用重新启动。

（2）.自动操作：

首先，在流量泵入口的集水槽安装一套水位传感器，设置高位和低位，并与流量泵的电气开关相接；当路面积水达到流量泵入口处设定的高度时，传感器处水位信号传到电气开关，同时，启动流量泵，开始将路面积水抽到能量槽。

其次，虹吸启动和高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同。

最后，当水位到达低位时，水位传感器指令电气开关关闭，流量泵停止运转，普通虹吸处于无外加能量的低位运转状态，可以正常抽吸路面剩余积水，直到地下积水槽内水面与河床水面相同为止。

（3）.远程遥控：

首先，在流量泵控制开关线路上安装一套远程遥控器，利用现场摄像头及远程监控器查看现场积水水位，通过遥控器控制，开启流量泵将积水抽到能量槽内。

其次，虹吸启动同时高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同。

最后，当路面积水下降到设定的位置时，遥控器关闭流量泵，剩余积水普通型虹吸装置继续低位排出，直到地下积水槽水面与河床水面相同为止。

积极效果，由于本发明采用加能型虹吸装置与普通型虹吸装置配合使用，还具有流量泵和能量槽，虹吸启动直接采用重力流引发，高位重力流同时发生，无需使用虹吸启动设备。虹吸入口和地下积水槽可多点增设，可串联或并联统一出口。加能型虹吸装置不但可以创造虹吸，还可以将原来的低位重力流变为高位重力流，流量大增，排涝距离更远，适用范围更广。适宜作为一种城市内涝虹吸加能排水装置及方法应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述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为本发明结构示意图。

图中，1.流量泵，2.接管，3.能量槽，4.路面，5.坡面，6.桥面，7.雨水入口，8.止逆阀，9.虹吸入口，10.地下积水槽，11.虹吸管，12.河道堤坝，13.人行过道，14.虹吸自控阀，15.河床，16.虹吸立管。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

据图所示，一种城市内涝虹吸加能排水装置包括普通型虹吸装置和加能型虹吸装置；

普通型虹吸装置包括地下积水槽10、止逆阀8、虹吸管11、虹吸自控阀14和虹吸启动设备；虹吸管11入口从地下积水槽10开始，经路面4、坡面5再穿过河道堤坝12上部跨过人行过道12经虹吸立管16进入河床16，其出口与虹吸自控阀14相接。其中，虹吸自控阀14为液面水封。

加能型虹吸装置具有流量泵1和能量槽3，并与普通型虹吸装置配合使用，其虹吸启动直接采用重力流引发，高位重力流同时发生，无需使用虹吸启动设备；流量泵1与能量槽3通过接管2对口连接，能量槽3底部与地下积水槽10顶部对口连接，在地下积水槽10顶部设有雨水入口7，雨水入口7处设置止逆阀8，地下积水槽10内水满后自动关闭；虹吸管10插入地下积水槽10，虹吸管10的虹吸入口9深入在地下积水槽10下部，经路面4与坡面5，穿过河道堤坝12上部，跨过人行过道13，延展至桥面6下，再经虹吸立管16从上至下进入河床15底部，并与虹吸管10出口处的虹吸自控阀14对口连接。

地下积水槽10为密闭的容器，位于路面4下部，用于路面4集水。

能量槽3为密闭立式容器。

当路面4存有积水后，启动流量泵1将积水从路面4的积水槽抽到能量槽3内，经能量槽3再流淌到地下积水槽10，地下积水槽10内水满后，止逆阀8自动关闭，积水开始从虹吸管11的虹吸入口9进入，经路面4，坡面5，穿越河道堤坝12上部，跨过人行过道13，经虹吸立管16从上至下来到虹吸管10的出口处的虹吸自控阀14，自动水封，从虹吸管10出口到能量槽3成为一个密闭空间；水可以出，气许出不许进，在重力流不断作用下，气体不断被排出，液体不断占领空间，最后，气体全部排净，这时，虹吸启动，同时，能量槽3内高位重力流启动，重力流由原来的低位重力流变为高位重力流，虹吸管10的流量大增，由于流量的突然增加，该装置瞬间由高位重力流变为高位虹吸流或低位虹吸流，即能量槽3内的液面由原来的高位瞬间下降到低位，此时，需要增开流量泵1数量，即可提高排水能力。

另外，路面4积水减少，流量泵1停运后，单独利用普通型虹吸装置仍然可以正常排出路面4剩余的积水。

虹吸入口9和地下积水槽10可多点增设，可串联或并联统一出口。

一种城市内涝虹吸加能排水方法，包括如下步骤：

（1）.人工操作：

首先，在路面4确有雨水积水的情况下，人工操作开启流量泵1，将雨水开始从路面4的集水槽抽到能量槽3，能量槽3内的雨水顺势流到已存有雨水的地下积水槽10内，这时，地下积水槽10上部的止逆阀8，开始由原来的全开到逐步关上，当能量槽3液面越积越高时，止逆阀8彻底关闭，地下积水槽10和能量槽3形成一个容器；

其次，当能量槽3内的液面开始升到与虹吸管11顶部一样高度时，雨水开始从地下积水槽10内下部虹吸入口9进入，经路面4、坡面5、河道堤坝12和人行过道13，直到虹吸管11最顶端经虹吸立管16进入出口处的虹吸自控阀14，用水自动封闭出口，使该装置形成一个封闭空间，出口流量从小逐渐变大，并有气体不断排出，直到气体全部排净，液体占领全部虹吸管11内空间，即虹吸系统启动；同时，高位重力流启动，开启过程中，虹吸管11出口流量波动很大，最后达到快速平稳，连续满口流水，依靠能量槽3与虹吸管11最顶端之间的液位差所产生的重力流，在虹吸自控阀14的作用下，引发虹吸及高位重力流，重力流由原来的低位重力流变为高位重力流，流量大增。另外，在虹吸和高位重力流启动后流量大增，需要增加流量泵1的开启数量，保证能量槽3内水位，越高越好。

最后，当能量槽3水位降到设定的低水位时，再人工操作关闭流量泵1，剩余的路面积水继续通过普通型虹吸装置排入河道，直到积水水位与河床水位持平为止。若短时间内再有降雨产生积水，普通虹吸装置可自动排水，如果雨量过大出现积水较多，则还需要人工操作开启流量泵1，操作同上，正常情况下该装置不用重新启动。

（2）.自动操作：

首先，在流量泵1入口的集水槽安装一套水位传感器，设置高位和低位，并与流量泵1的电气开关相接；当路面4积水达到流量泵1入口处设定的高度时，传感器处水位信号传到电气开关，同时，启动流量泵1，开始将路面4积水抽到能量槽3。

其次，虹吸启动和高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同。

最后，当水位到达低位时，水位传感器指令电气开关关闭，流量泵1停止运转，普通虹吸处于无外加能量的低位运转状态，可以正常抽吸路面4剩余积水，直到地下积水槽10内水面与河床15水面相同为止。

（3）.远程遥控：

首先，在流量泵1控制开关线路上安装一套远程遥控器，利用现场摄像头及远程监控器查看现场积水水位，通过遥控器控制，开启流量泵1将积水抽到能量槽内。

其次，虹吸启动同时高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同。

最后，当路面4积水下降到设定的位置时，遥控器关闭流量泵1，剩余积水普通型虹吸装置继续低位排出，直到地下积水槽10水面与河床15水面相同为止。

本实施例的工作原理：

能量槽3与虹吸管11顶端液面之间的位差所产生的重力流，通过虹吸管11的立管与虹吸自控阀14后出口自动封闭，水可以出，气许出不许进，在液体不断进入，气体不断排出，虹吸立管16空间也就逐渐被液体占领。虹吸管11的气体全部排净时高位重力流启动，重力流由原来的低位重力流变为高位重力流，同时高位虹吸启动；当低位重力流突然变为高位重力流及高位虹吸启动后，流量也会突然变大，在能量槽3容积及流量泵1能力有限的情况下，液面会突然下降，降至虹吸入口9端的低位，由高位重力流变为高位虹吸流或低位虹吸流；经波动后，在流量泵1流量不变的情况下，该装置将维持该状态运行。

为了加大排涝速度，正常还要增加流量泵1的开启数量或采取其他措施。正常状态应将该装置维持在高位重力流与高位虹吸流之间运行为好，效率更高。当积水量减少流量泵1停运，该装置可以利用普通虹吸继续排水，直到路面积水抽净，地下积水槽10内虹吸入口9液位与河床15液位相同为止。

本实施例的特点：

本发明是由两个部分组成，第一部分为普通型虹吸装置，可以单独使用，包括虹吸管11、地下积水槽10、虹吸自控阀14及虹吸启动设备，正常情况下可以在一些内涝不太十分严重的地方使用，一般要比同等条件下的地下管网排水效果要好，施工简单，不占用空间，不倒灌，虹吸过程中不用电，不堵塞，不用清理等优点。

第二部分为加能型虹吸装置，主要设备有能量槽3和大流量泵1，与第一部分配合使用。虹吸启动直接采用重力流引发，高位重力流同时发生，无需使用虹吸启动设备，虹吸启动方便快捷，只需操作启动流量泵1即可。雨水通过能量槽3与虹吸管11顶端之间的水位差所产生的重力流，再经虹吸立管16及出口虹吸自控阀14，该加能型虹吸装置虹吸启动同时高位重力流启动，流量由原来的低位重力流变为高位重力流或高位虹吸流，流量大增，所以，加能型虹吸装置不但可以创造虹吸，还可以将原来的低位重力流变为高位重力流，流量大增，排涝距离更远，适用范围更广，普通型虹吸装置具有的优点它都有，而且，排水能力更强，效率更高。能量槽3越高装置能力越强，所以，需要的流量泵1能力更强，即装置的排水能力更强。设备规格型号及管径管长等都可以根据实际需要而定，虹吸管路铺设过程中遇到障碍物或低洼不平路段仍可使用，可以适当处理解决，虹吸入口9和地下积水槽10可多点增设，可串联和并联统一出口。装置运行过程中，可以用电也可以不用电，即积水多了用电，少了不用电。

公路铁路桥梁涵洞出现积水，必要时地下积水槽10可以不用，可将涵洞底部两侧排水沟收集到的雨水集中到地下集水槽，通过流量泵1直接抽到路面4上部的能量槽3，再通过能量槽3其内部的虹吸入口9经虹吸管11流向出口虹吸自控阀14，即可实现虹吸和高位重力流快速排水。

注意事项：1.普通型虹吸装置虹吸长时间运行要做好防护措施，保证虹吸能力不减。2.流量泵1入口处要做好防护措施，以防杂物堵塞。3.虹吸立管16高度要高过河道堤坝12高度，下部基础要牢固可靠。

虽然流量泵1运转需用电，设备占用空间，还需要维护维修和管理。但是其适用范围更广、效果更好、效率更高。主要适用于城市重点低洼路段、重点区域及公路铁路桥梁涵洞内涝排水、远距离输水和石油化工储罐液体长距离输送。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，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 (5)

1.一种城市内涝虹吸加能排水装置，其特征是：

包括普通型虹吸装置和加能型虹吸装置；

所述普通型虹吸装置包括地下积水槽（10）、止逆阀（8）、虹吸管（11）、虹吸自控阀（14）和虹吸启动设备；

所述加能型虹吸装置具有流量泵（1）和能量槽（3），并与普通型虹吸装置配合使用，其虹吸启动直接采用重力流引发，高位重力流同时发生，无需使用虹吸启动设备；流量泵（1）与能量槽（3）通过接管（2）对口连接，能量槽（3）底部与地下积水槽（10）顶部对口连接，在地下积水槽（10）顶部设有雨水入口（7），雨水入口（7）处设置止逆阀（8），地下积水槽（10）内水满后自动关闭；虹吸管（10）插入地下积水槽（10），虹吸管（10）的虹吸入口（9）深入在地下积水槽（10）下部，经路面（4）与坡面（5），穿过河道堤坝（12）上部，跨过人行过道（13），延展至桥面（6）下，再经虹吸立管（16）从上至下进入河床（15）底部，并与虹吸管（10）出口处的虹吸自控阀（14）对口连接。

2.根据权利要求1所述的一种城市内涝虹吸加能排水装置，其特征是：

所述地下积水槽（10）为密闭的容器，位于路面（4）下部，用于路面（4）集水。

3.根据权利要求1所述的一种城市内涝虹吸加能排水装置，其特征是：

所述能量槽（3）为密闭的立式容器。

4.根据权利要求1所述的一种城市内涝虹吸加能排水装置，其特征是：

所述虹吸入口（9）和地下积水槽（10）可多点增设，可串联或并联统一出口。

5.一种应用权利要求1所述的一种城市内涝虹吸加能排水装置的方法，其特征是：采用权利要求1-4任一项所述的装置，包括以下步骤：

1）.人工操作：

首先，在路面（4）确有雨水积水的情况下，人工操作开启流量泵（1），将雨水开始从路面（4）的积水槽抽到能量槽（3），能量槽（3）内的雨水顺势流到已存有雨水的地下积水槽（10）内，这时，地下积水槽（10）上部的止逆阀（8），开始由原来的全开到逐步关上，当能量槽（3）液面越积越高时，止逆阀（8）彻底关闭，地下积水槽（10）和能量槽（3）形成一个容器；

其次，当能量槽（3）内的液面开始升到与虹吸管（11）顶部一样高度时，雨水开始从地下积水槽（10）内下部虹吸入口（9）进入，经路面（4）、坡面（5）、河道堤坝（12）和人行过道（13），直到虹吸管（11）最顶端经虹吸立管（16）进入出口处的虹吸自控阀（14），用水自动封闭出口，使该装置形成一个封闭空间，出口流量从小逐渐变大，并有气体不断排出，直到气体全部排净，液体占领全部虹吸管（11）内空间，即虹吸系统启动；同时，高位重力流启动，开启过程中，虹吸管（11）出口流量波动很大，最后达到快速平稳，连续满口流水，依靠能量槽（3）与虹吸管（11）最顶端之间的液位差所产生的重力流，在虹吸自控阀（14）的作用下，引发虹吸及高位重力流，重力流由原来的低位重力流变为高位重力流，流量大增；

最后，当能量槽（3）水位降到设定的低水位时，再人工操作关闭流量泵（1），剩余的路面积水继续通过普通型虹吸装置排入河道，直到积水水位与河床水位持平为止。若短时间内再有降雨产生积水，普通虹吸装置可自动排水，如果雨量过大出现积水较多，则还需要人工操作开启流量泵（1），操作同上，正常情况下该装置不用重新启动；

2）.自动操作：

首先，在流量泵（1）入口的集水槽安装一套水位传感器，设置高位和低位，并与流量泵（1）的电气开关相接；当路面（4）积水达到流量泵（1）入口处设定的高度时，传感器处水位信号传到电气开关，同时，启动流量泵（1），开始将路面（4）积水抽到能量槽（3）；

其次，虹吸启动和高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同；

最后，当水位到达低位时，水位传感器指令电气开关关闭，流量泵（1）停止运转，普通虹吸处于无外加能量的低位运转状态，可以正常抽吸路面（4）剩余积水，直到地下积水槽（10）内水面与河床（15）水面相同为止；

3）.远程遥控：

首先，在流量泵（1）控制开关线路上安装一套远程遥控器，利用现场摄像头及远程监控器查看现场积水水位，通过遥控器控制，开启流量泵（1）将积水抽到能量槽内；

其次，虹吸启动同时高位重力流启动，工艺流程和工作原理与人工操作相同；

最后，当路面（4）积水下降到设定的位置时，遥控器关闭流量泵（1），剩余积水普通型虹吸装置继续低位排出，直到地下积水槽（10）水面与河床（15）水面相同为止。