CN1500944A - 土壤内雨水贮存渗透设施 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于确定与地基用地的地形和土质相一致的、不过大的、且不会溢出来的贮存渗透槽的尺寸。贮存渗透槽1的渗透面总面积X，是根据周围地层所具有的饱和透水系数Ks与渗透速度Q之比，即X＝Ks/Q决定的。

Description

土壤内雨水贮存渗透设施
技术领域
本发明涉及土壤内雨水贮存渗透设施，该设施使雨水贮存在土壤内而抑制一下子大量流入下水道，且使雨水渐渐地渗透到土壤内。
背景技术
为了抑制雨水一下子大量流入下水道，在建造一定规模以上的住宅时，按法令应尽这样的义务，即设置规定容量的调节池，雨水从这里流放到下水道内。但是，即使建造了住宅，也必须将一定面积安排作为调节池，这从国土的有效利用方面考虑，是不理想的，而且，对开发者来说，减少了销售面积，另外，设置后还存在着对居住者、特别是对幼儿、儿童等有出事故的危险等问题。随着城市的发展，道路和学校的运动场等公共用地以及街道被建筑物和柏油覆盖，雨从雨水主管直接流入下水处理场和河流，从而使土壤的保水力极大地降低，自然循环发生变化，因气候变化而引起的集中暴雨的多发性和小雨倾向变得显著了，成为产生城市型水灾和热岛现象、泉水枯竭、地基下沉等的原因。
以改善这样的现象、至少使降落到住宅等屋顶上的雨水不流入下水道而暂时贮存在地基用地内、使其慢慢地渗透到土地中为目的，有一部分住宅，在每个住宅区设置了小规模的贮存渗透槽。但是，现有的贮存渗透槽，由于是从其底部渗透到土地中的结构，故存在着只单纯地进行渗透，而不能利用土壤的自然净化力进行水质的净化，而且因堵塞而使渗透量减少等问题。
另外，专利文献1(特开2001-173032号公报)记载了这样的渗透槽，即边进行水质净化，边从侧面渗透的渗透槽，该渗透槽不会因堵塞而使渗透能力降低。根据该文献，水从离地表700mm以上的位置透过而进入土壤中，因而水在氧丰富且细菌进行繁殖的土壤中通过，可以使水净化。
[专利文献1]
特开2002-173032号公报(第1-3页，图1)
发明内容
但是，在设置这样的贮存渗透槽时，合适地确定其大小是很重要的。这是因为设置大于需要的较大的贮存渗透槽，在经济上是浪费，另外，在渗透槽过小的场合，即使很小的降雨，槽满了，雨水也会流入下水道而不能发挥贮存渗透槽的效果。
本发明的目的在于，确立要设置的、与地层和地质状况相对应的贮存渗透槽的设计方法，实现合适尺寸的土壤内雨水贮存渗透设施。
本发明是一种土壤内雨水贮存渗透设施，是具有贮存渗透槽(1)的土壤内雨水贮存渗透设施，该贮存渗透槽(1)是在挖掘地基所产生的空间的底面和侧面上铺设透水薄板，将卵石状体(12)填充在空间内形成的，其特征在于，该贮存渗透槽(1)的渗透面总面积X，是根据周围的地层所具有的饱和透水系数Ks与渗透速度Q之比、即X＝Ks/Q决定的。
根据本发明，可以设置与地基用地的形状、地质状况相一致的、不会过大的、而且具有规定的渗透能力的贮存渗透槽，具有可抑制雨水流入下水道、湿润地基内部的良好效果。
[附图说明]
图1是表示在本发明的说明中使用的贮存渗透槽的模型的说明图。
图2是表示本发明的实施例的土壤内雨水贮存渗透设施的断面图。
图3是表示图2的贮存渗透槽附近的透视图。
图4是表示实施例的土壤内雨水贮存渗透设施与地质的关系的断面图。
[具体实施方式]
本发明者着眼于雨水向土壤中渗透的渗透能力因设置贮存渗透槽的地点的土壤的饱和透水系数的不同而变化，确立渗透能力的预测式，决定合适的贮存渗透槽的尺寸，从而完成了本发明。
饱和透水系数Ks(cm/s)是土壤特性之一。可以采取试样，通过室内实验进行实测。若该系数的数值大，则透水性高，若该系数的数值小，则透水性低。砂质土壤的饱和透水系数Ks为10-2cm/s左右，但粘土的饱和透水系数Ks为10-6cm/s以下，这些值的差异达一万倍。因此，因设置贮存渗透槽的地点的土壤不同，渗透能力产生很大的差别。
图1所示的底面积为S的圆筒形的贮存渗透槽，水位为H(cm)时的渗透速度Q(cm3/s)按以下方法计算出来。
首先，贮存渗透槽的半径a为：
a＝(S/π)1/2    (1)
然而，假设饱和透水系数为Ks，则关于恒定湿润的雷诺公式如下：
2πH2Ks+Cπa2Ks+2πHφm＝CQ    (2)
在此，φm为基质流量势(matrical flux potential)(不饱和流，cm2s-1)，Q为恒定湿润流量(cm3s-1)，C为无因次的常数。
关于C，也可以给予理论式，但通常用以下的实验式求出。
C＝b1+b2(H/a)1/2    (3)
在此，b1、b2为系数，一般，对于砂、砂质粘土、粘土使用以下数值：
砂        b1＝-0.193，b2＝-0.772
砂质粘土  b1＝-0.185，b2＝-0.777
粘土      b1＝-0.225，b2＝-0.853
于是，根据贮存渗透槽最高水位H和用(3)式得到的C，推定贮存渗透槽侧面的渗透，在其内加入底面积S，则渗透面总面积X如下：
X＝2πH2/C+S          (4)
贮存渗透槽的最高水位为H时的渗透速度Q[cm3/s]，可以以X和饱和透水系数Ks之积求出。即，
Q＝XKs         (5)
X＝Ks/Q        (6)
这样，通过知道饱和透水系数Ks来确定渗透速度Q，便于决定贮存渗透槽的尺寸。
实施例
对作为实施例的建造住宅中的贮存渗透槽的设计例进行说明。
图2是表示由设置在该住宅区的循环使用雨水用的集水槽、和与其同时设置的贮存渗透槽构成的土壤内雨水贮存渗透设施的断面图，符号1为贮存渗透槽，符号11为其中央的渗透池，符号12为填充在贮存渗透槽内的卵石状体，符号13为铺在贮存渗透槽上面的碎石，符号2为集水槽，符号21为与雨水槽连接的、流入雨水用的流入管，符号22为利用集水槽2内的水用的取水管，符号23为集水槽2内的水位降低时补充水用的补充水管道，符号24为水位计，符号25为集水槽下部的水平灰泥层(level mortar)，符号3为集水槽2内的水位上升的情况下水向贮存渗透槽1流出用的溢流管，符号4是在水面下将贮存渗透槽1和集水槽2内部连接起来的、带止回阀的小孔管，符号5是设在贮存渗透槽1和集水槽2的上面的混凝土板，其上面可以适宜地作为草坪、花坛、停车场等有效利用。卵石状体12，一般采用例如碎石块、破碎混凝土、陶瓷器、碎玻璃等对水没有不良影响的、而且可以均匀地确保间隙的各种物质。
在该住宅区，若是一般的降雨，雨水便集中到集水槽2内，抽上来用于洒在树木和花草上的洒水和冲洗厕所的洗净水等，但在集中暴雨等有大量的雨水流入的情况下，溢流部分流入贮存渗透槽1，在此渐渐地渗透到地基内，而不流入下水道。
图3是表示图2所示的区域之中的贮存渗透槽1部分的透视图，各符号除了上面已说明的以外，符号14为打入设于贮存渗透槽1外周的松木桩，符号15为形成于松木桩14内侧的木制的板桩壁，符号6为U字形槽。水也从U字形槽6的侧面进入贮存渗透槽1内。另外，在没有进行图示的贮存渗透槽1的底部和板桩壁15的内面等上贴有适宜透水性的薄板，将碎石块12投入其中即可。另外，与邻地的交界侧不渗透为好，故最好根据需要，贴上遮水性的薄板。
图4是表示该实施例的住宅用地的地质与贮存渗透槽1、集水槽2的关系的断面图。从外运来的土的下面有薄的黑土层和过渡层，从地下1300mm至3200mm之间为砂质粘土层，其下面为砂质土。
现在，将贮存渗透槽的底面积设为S＝47000cm2，最高水位设为H＝94cm。周围的土壤为砂质粘土层。
饱和透水系数Ks＝5.0×10-4cm/s
b1＝-0.185，b2＝0.777
将上述数值代入以上各式中，便得到：
a＝(47000/3.14)1/2＝122
C＝-0.185+0.777(94/122)1/2＝0.496
X＝(2×3.14×942)/0.496+47000＝1.59×105
Q＝1.59×105×5.0×10-4＝80cm3
可知，有每秒渗透80cm3的水的能力。若按每小时计，为290升，用16升的聚合物容器，相当于16杯。
实施例的住宅的房顶面积为82m2，故集水面积为：
80×3600/82×10000＝0.35(cm)
具有使每小时0.35cm、即每小时3.5mm的降雨渗透到地下的能力。
假设该地点的地下水水位为-5m，贮存渗透槽的底面深度为-2m，则直至地下水位为止，3m的土壤间隙具有贮存渗透水的能力。但，若考虑到这3m之中的80％被土壤和水占有，则剩下的20％、以深度计为0.6m的部分是贮存空间。
假设住宅用地的面积为200m2，则贮存能力为：
200×0.6＝120m3
相对于贮存渗透槽的容积4.4m3来说，可贮存约27倍的雨水。因此，在该例子中，贮存能力是足够的。
另外，上述的贮存渗透槽，是假设饱和透水系数Ks为5.0×10-4cm/s进行计算的，例如，若是砂层，则饱和透水系数Ks提高二位数，为5.0×10-2cm/s，若是立川砂质粘土的深层，则饱和透水系数Ks为5.0×10-3cm/s，在这些地层中，雨水的渗透量分别为每小时350mm、35mm，可以处理远比上述例子多的大量雨水。
另外，在将贮存渗透槽的尺寸设成相同，只改变周围的土质的情况下，试算了雨水渗透量，其值示于表1。即使将相同尺寸的贮存渗透槽设置在同一深度，若周围的土质不同，渗透量也有大幅度变化。
另一方面，在将饱和透水系数，即周围的土质设成相同，使渗透槽的尺寸，例如底面积或最高水位变化的情况下，试算了雨水渗透量，其值示于表2。A为上面所示的设计值。B为将底面积增大到2倍，C、D为将底面积增大到4倍，D为将最高水位提高到2倍。由表2可知，将底面积增大到4倍、最高水位提高到2倍的D的情况，为A场合的渗透量的4倍。
在实际设计时，采用这些情况中的哪一种，是任意的，可以考虑设置空间、挖掘费用、地层条件等决定。决定底部位置时，除了土质以外，希望也要考虑上述的净化作用。
表1
饱和透水系数cm/s   雨水渗透量mm/H     土质的例子
    5×10-25×10-35×10-45×10-5     350353.50.35   砂立川砂质粘土深层立川砂质粘土上层、黑土
表2
  渗透槽底面积cm2 最高水位cm     雨水渗透量mm/H
 ABCD     4700094000188000188000     949494188     3.55.28.214

Claims (1)

1.一种土壤内雨水贮存渗透设施，是具有贮存渗透槽(1)的土壤内雨水贮存渗透设施，该贮存渗透槽是在挖掘地基所产生的空间的底面和侧面上铺设透水薄板，将卵石状体(12)填充在空间内形成的，其特征在于，该贮存渗透槽(1)的渗透面总面积X，是根据周围的地层所具有的饱和透水系数Ks与渗透速度Q之比，即X＝Ks/Q决定的。
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