本發明涉及雨水源頭減排和水資源保護技術領域，特別涉及一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置及運行方法。

背景技術：

全球性水資源短缺關系到糧食安全、生態安全、環境安全和經濟安全，甚至生命安全，是當前亟待解決的重大問題。根據水利部官方統計，我國當前水資源短缺情況十分突出，淡水資源量人均只有2200立方米，僅為世界人均水平的四分之一，在世界上名列第121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。近幾年，每逢雨季，各地城市輪番上演“城市看海”的景象，造成嚴重的洪澇災害和人員傷亡及財產損失。2015年4月，我國首批“海綿城市”建設試點城市名單正式公布，標志著我國在城市建設過程中更加注重人水和諧，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態環境保護。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市理念注重加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，通過源頭減排、中途轉輸和末端調蓄等措施實現城市良性水文循環，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力。雨水收集利用則是源頭減排最直接的手段，是實現雨水高效“蓄、滯、用”的重要措施。

技術實現要素：

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置及運行方法，克服現有屋面雨水源頭減排技術設備智能化程度低、涵養地下水技術中對雨水污染考慮不足等缺陷，提高雨水收集利用效率，減輕城市洪澇和排水系統壓力，削減城市徑流污染負荷，改善和修復城市水環境。

技術方案：本發明解決其技術問題所采用的一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置，包括控制系統、棄流系統、蓄水系統和涵養地下水系統。

所述的控制系統包括閘室、弧形閘門、鉸座、啟閉機和控制單元，閘室豎直布置并固定在建筑物外墻面，閘室的上下壁面分別設有圓形進水口和圓形出水口、右側壁面設有矩形出水口，弧形閘門的下端與鉸座相連、上端通過鋼絲繩與啟閉機相連。

所述的棄流系統包括初期雨水棄流箱、浮球液位開關、光照傳感器和棄流孔，初期雨水棄流箱豎直布置并固定在建筑物外墻面，初期雨水棄流箱側面的上端設有矩形進水口、下端設有棄流孔，矩形進水口與閘室側壁面的矩形出水口相連通，浮球液位開關懸掛在初期雨水棄流箱內壁右上側，光照傳感器固定在初期雨水棄流箱外壁面。

所述的蓄水系統包括雨水收集管道、儲水箱、取水口、溢流管和通氣管，儲水箱的頂部設有圓形的進水口和溢流口、側面右下端設有圓形的取水口，雨水收集管道上端與閘室的圓形出水口相連、下端與儲水箱的進水口相連，取水口裝有控制閥門，溢流管由豎直段和水平段組成，豎直段下端與儲水箱的溢流口相連，水平段的側面設有豎直向上的通氣管。

所述的涵養地下水系統包括雨水調控箱、涵養地下水管道、承臺、涵管和滲水孔，雨水調控箱通過管道與蓄水系統的溢流管對接，涵養地下水管道豎直固定在承臺上，涵養地下水管道的上端、下端分別與雨水調控箱和涵管相連通，涵管的末端設有滲水孔。

所述控制單元中設有單片機和信號轉化器，控制單元能夠通過微程序接收、讀取浮球液位開關和光照傳感器傳輸的信號，并向啟閉機和棄流孔的電動閥門發出控制信號。

在本發明中，所述閘室的形狀為倒立、豎直的1/4空心圓柱體，閘室的上壁面、右側壁面均為矩形，閘室的前、后側面為1/4的圓，左側壁面和下壁面為曲率相同的曲面且連接為一體。

在本發明中，所述承臺設有豎直的洞，洞的數量與間距等于所述涵養地下水管道的數量與間距。

在本發明中，所述涵管位于所述承臺之下并延伸到建筑物地基之外的四面八方，涵管的管壁上設有若干個滲水的小孔，涵管的末端也設有若干個滲水孔。

作為優選，所述弧形閘門與閘室的前、后側面銜接的側邊上設有側板，弧形閘門關閉時，側板正好插入所述的初期雨水棄流箱的矩形進水口中。

作為優選，所述涵養地下水管道各根管道上端的進水口從周圍向中心依次升高，在雨水調控箱內部的涵養地下水管道側面設有若干個小孔。

作為優選，所述涵管采用耐腐蝕、耐生銹且抗壓性能好的材料。

作為優選，所述通氣管與溢流管以及雨水調控箱頂部連通。

作為優選，所述涵養地下水管道穿過承臺的洞與涵管相連。

作為優選，所述承臺頂部高于地面20cm～30cm。

作為優選，所述涵管的管壁上設有若干個滲水的小孔。

本發明提供的技術方案還包括基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置的運行方法，包括如下步驟：

①在未降雨前，整個裝置處于初始狀態，弧形閘門處于開啟狀態，棄流孔和取水口處于關閉狀態；

②在降雨初期，屋面雨水通過落水管進入閘室的進水口，受到弧形閘門阻擋后通過矩形出水口進入初期雨水棄流箱的矩形進水口，初期雨水棄流箱中的雨水開始上升，浮球液位開關的浮球隨著雨水逐漸上升，當浮球上升至預計水位時，接通內部線路并將信號發送給控制單元，控制單元接收到信號后，接通啟閉機電源關閉弧形閘門，此時雨水通過閘室的圓形出水口進入雨水收集管道；

③蓄水系統開始蓄水，雨水自動收集到儲水箱中，當雨水充沛時，隨著雨量的增加，儲水箱水位持續上升，儲水箱蓄滿后，雨水開始進入溢流管，溢流管和雨水收集管道中的水位同步上升，當水位上升至溢流管的水平段時，雨水開始進入雨水調控箱，接著先通過周圍涵養地下水管道的低位進水口流入涵管，輸向遠離建筑物的地下；

④在雨量較大的情況下，雨水調控箱的水位逐漸上升淹沒涵養地下水管道的低位進水口，雨水開始流入次高位進水口繼續將潔凈的雨水滲入地下，當雨水調控箱的水位逐漸上升淹沒涵養地下水管道的次高位進水口后，雨水開始流入更高位進水口并繼續將潔凈的雨水滲入地下，依此逐級淹沒各級進水口，持續補給地下水；

⑤當雨過天晴，太陽出來后，光照傳感器接收到太陽光的照射，將光強信號傳輸給控制單元，控制單元接受信號后通過內部計時器開始計時，當光強信號超過8個小時時，控制單元向棄流孔電動閥門發出控制信號開啟棄流孔，初期雨水棄流箱的雨水開始排放，此時排放的雨水已經錯開降雨時的路面徑流洪峰；

⑥當初期雨水棄流箱中的雨水排放完畢后，浮球液位開關的浮球恢復到原始最低位，內部線路斷開并將信號發送給控制單元，控制單元接通啟閉機電源打開弧形閘門，同時關閉棄流孔的閥門，使整個裝置恢復到初始狀態；

按照上述相應步驟，即可實現屋頂雨水源頭調控和涵養地下水的過程。

有益效果：本發明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置及運行方法，具有以下有益效果：

(1)本發明中的棄流系統、蓄水系統和涵養地下水系統能夠有效降低雨污合流，減輕城市排洪壓力和城市污水處理壓力。

(2)本發明中的儲水箱收集的雨水能夠作為優質水源用于綠化、洗滌和景觀水體，極大地減輕城市供水壓力；能夠作為優質水源補給地下水，不僅避免地下水污染，而且避免地下水過度開采造成的地面塌陷危害。

(3)本發明中的光照傳感器接收到太陽光的照射時能夠持續將光強信號傳輸給控制單元，控制單元接受信號后通過內部計時器開始計時，當光強信號累計超過8小時，控制單元開始向棄流孔電動閥門發出控制信號開啟棄流孔，初期雨水棄流箱的雨水開始排放，此時排放的雨水已經錯開降雨徑流洪峰，實現了雨水徑流總量和徑流峰值的有效控制。

(4)本發明中的雨水調控箱能夠提高涵養地下水管道中的雨水水頭，提高涵管中雨水下滲速率；在雨水調控箱內部的涵養地下水管道從周圍向中心依次升高，側面設有若干個小孔，能夠避免雨水對地下土壤的沖刷。

(5)本發明中的通氣管能夠排出蓄水系統和涵養地下水系統中滯留的空氣，避免裝置內產生高壓，損壞管道或其他部件。

(6)本發明中的涵管上開有若干個滲流孔，便于雨水及時高效滲入地下土壤中。

(7)本發明中的承臺能夠保護建筑物地基，同時能夠固定涵養地下水管道。

(8)本發明中的控制單元中設有單片機和信號轉化器，控制單元能夠通過微程序接收、讀取浮球液位開關和光照傳感器傳輸的信號，并向啟閉機和棄流孔的電動閥門發出控制信號，實現了裝置運行過程的自動化。

附圖說明

圖1是本發明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置結構示意圖；

圖2是圖1中的閘室內部結構示意圖；

圖3是圖1或圖2中的閘室進出水口結構示意圖；

圖4是圖1中的涵管結構示意圖。

圖中：1-控制系統，10-落水管，11-閘室，111-圓形進水口，112-圓形出水口，113-矩形出水口，12-弧形閘門，121-側板，13-鉸座，14-啟閉機，15-控制單元；2-棄流系統，21-初期雨水棄流箱，211-矩形進水口，22-浮球液位開關，23-光照傳感器，24-棄流孔；3-蓄水系統，31-雨水收集管道，32-儲水箱，321-進水口，322-溢流口，33-取水口，34-溢流管，35-通氣管；4-涵養地下水系統，41-雨水調控箱，42-涵養地下水管道，43-承臺，44-涵管，45-滲水孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

如圖1-圖4所示，本發明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調控裝置，該裝置包括控制系統1、棄流系統2、蓄水系統3和涵養地下水系統4。

其中，控制系統1包括閘室11、弧形閘門12、鉸座13、啟閉機14和控制單元15，閘室11豎直布置并固定在建筑物外墻面，閘室11的上下壁面分別設有圓形進水口111和圓形出水口112、右側壁面設有矩形出水口113，弧形閘門12的下端與鉸座13相連、上端與啟閉機14相連。

棄流系統2包括初期雨水棄流箱21、浮球液位開關22、光照傳感器23和棄流孔24，初期雨水棄流箱21豎直布置并固定在建筑物外墻面，初期雨水棄流箱21側面的上端設有矩形進水口211、下端設有棄流孔24，矩形進水口211與閘室11側壁面的矩形出水口113相連通，浮球液位開關22懸掛在初期雨水棄流箱21內壁右上側，光照傳感器23固定在初期雨水棄流箱21外壁面。

蓄水系統3包括雨水收集管道31、儲水箱32、取水口33溢流管34和通氣管35，儲水箱32的頂部設有圓形的進水口321和溢流口322、側面右下端設有圓形的取水口33，雨水收集管道31上端與閘室11的圓形出水口112相連、下端與儲水箱32的進水口321相連，取水口33裝有控制閥門，溢流管34由豎直段和水平段組成，豎直段下端與儲水箱32的溢流口322相連，水平段的側面設有豎直向上的通氣管35。

涵養地下水系統4包括雨水調控箱41、涵養地下水管道42、承臺43、涵管44和滲水孔45，雨水調控箱41通過管道與蓄水系統3的溢流管34對接，涵養地下水管道42豎直固定在承臺上，涵養地下水管道42的上端、下端分別與雨水調控箱41和涵管44相連通，涵管44的末端設有滲水孔45。

在本實施例中，未降雨前，整個裝置處于初始狀態，弧形閘門12處于開啟狀態，棄流孔24和取水口33處于關閉狀態。

在本實施例中，降雨初期，屋面雨水通過落水管10進入閘室11的進水口111，受弧形閘門12阻擋后通過矩形出水口113進入初期雨水棄流箱21的矩形進水口211，初期雨水棄流箱21中的雨水開始上升，浮球液位開關22的浮球隨著雨水逐漸上升，當浮球上升至預計水位時，接通內部線路并將信號發送給控制單元15，控制單元15接收到信號后，接通啟閉機14電源關閉弧形閘門12，此時雨水通過閘室11的圓形出水口112進入雨水收集管道31。

在本實施例中，當雨水通過閘室11的圓形出水口112進入雨水收集管道時，蓄水系統3開始蓄水，雨水自動收集到儲水箱32中，當雨水充沛時，隨著雨量的增加，儲水箱32水位持續上升，儲水箱32蓄滿后，雨水開始進入溢流管34，溢流管34和雨水收集管道31中水位同步上升，當水位上升至溢流管34的水平段時，雨水開始進入雨水調控箱41中，接著先通過兩端涵養地下水管道42的低位進水口流入涵管44，輸向遠離建筑物的地下。

在本實施例中，在雨量較大的情況下，雨水調控箱41的水位逐漸上升淹沒涵養地下水管道42的低位進水口，雨水開始流入次高位進水口繼續將潔凈的雨水滲入地下，當雨水調控箱41的水位逐漸上升淹沒涵養地下水管道42的次高位進水口，雨水開始流入更高位進水口并繼續將潔凈的雨水滲入地下，依此逐級淹沒各級進水口，持續補給地下水。

在本實施例中，當雨過天晴，太陽出來后，光照傳感器23接收到太陽光的照射，將光強信號傳輸給控制單元15，控制單元15接受信號后通過內部計時器開始計時，當光強信號超過8個小時時，控制單元15向棄流孔24電動閥門發出控制信號開啟棄流孔24，初期雨水棄流箱21的雨水開始排放，此時排放的雨水已經錯開降雨時的路面徑流洪峰。

在本實施例中，當初期雨水棄流箱21中的雨水排放完畢后，浮球液位開關22的浮球恢復到原始最低位，內部線路斷開并將信號發送給控制單元15，控制單元15接通啟閉機14電源打開弧形閘門12，同時關閉棄流孔24的閥門，使整個裝置恢復到初始狀態。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。