一种城市多功能应急储水和供水系统的制作方法

[0001]
本发明涉及城市智能供水、城市储水、雨水收集、海绵城市、城市内涝的防治、智慧城市、5g应用等技术领域，特别是城市智能供水、城市储水、智慧城市技术领域。


背景技术：

[0002]“水、电、气”作为现代城市生活的核心支撑要素，对居民生活与城市运转都有着极其重要的作用。特别是城市供水，更是居民生活持续下去的基本保证。毕竟，断电了还可以点蜡烛，停气了还可以烧树木、煤球等等，但是一旦城市停止供水，这个城市也就处于崩溃的边缘了。
[0003]
保障城市的供水安全，不仅是和平时期居民生活水平和城市高质量发展的重要保证，更是当面临自然灾害、恐怖活动、战争等极端情况之下，保障城市功能最低程度运转的基本保证。古今中外，通过破坏对方城市的水源来击垮对方的案例数不胜数。特别是在现代战争的条件下，人类武器日趋大威力和远程化，而破坏对方城市供水能力也会是“软杀伤”的重要选项。
[0004]
近二十年来，我国的城市建设伴随着房地产业的发展取得了长足的进展，高楼大厦鳞次栉比。然而，大量新建住宅小区（包括写字楼、商场等商业属性的物业）往往只注重了以依托地下车库为代表的人防工程对传统空袭等“硬杀伤”的防护，但却缺乏对破坏供水能力等“软杀伤”的防护。在现代，自来水厂、重要供水节点等如果受到破坏，即可瘫痪对方的城市。
[0005]
此外，工业事故对水源的污染、人为投毒等可能的风险情形，也值得严肃认真地对待一座现代化城市的应急储水和供水问题。毕竟，这是动辄关系到千百万人的健康和生命安全的重大问题，容不得一点点闪失。
[0006]
因此，本发明作为对各种潜在的突发风险情形或者现代战争条件下城市最低程度基本功能运转的保障，同时也是现代城市高质量发展的需要。


技术实现要素：

[0007]
本发明将重要节点储水系统、分布式储水系统与供水增压系统相结合，可以做到平时动态储水，应急时增压供水。
[0008]
本发明的技术方案为：一种城市多功能应急储水和供水系统，包括重要节点储水系统、分布式储水系统、供水增压系统、排水系统和智能控制系统；重要节点储水系统为一个根据地形设置的大型地下封闭储水空间；分布式储水系统为分散设置在具体用水单元附近的储水装置；供水增压系统为设置于重要节点储水系统和分布式储水系统中的增压装置，用于使系统中水的流动和使水流向用户；排水系统，即抽水装置，排水系统设置于分布式储水系统，用于将储存的水排出供水系统；重要节点储水系统与自来水厂连接，输入水源；分布式储水系统通过管道与重要节点储水系统连接；智能控制系统用于控制各系统的开启和关闭。
[0009]
所述重要节点储水系统和节点储水系统设有过滤装置。
[0010]
所述重要节点储水系统设有检测探针，以实时监测水质。
[0011]
所述分布式储水系统设置与地下，或设置在地上。
[0012]
所述重要节点储水系统为若干个相互连通的储水罐。
[0013]
所述储水罐设有可用智能控制系统开启和关闭的阀门。
[0014]
所述重要节点储水系统和分布式储水系统上还设有备用水源蓄水系统，用于将备用水源的水输入。
[0015]
如果储水耗尽，本发明系统还可以外接雨水收集和净化系统或直接抽取并简易净化处理后的天然河水等备用水源，作为简便的“野外”供水系统使用。
[0016]
本发明将传统的储水塔（或罐、箱等）、自来水供水、供水加压等多重技术整合在一起，技术上简单可靠，操作简便可行；本发明为城市用水设施的重要补充，为应急条件下的用水提供了重要保障。
附图说明
[0017]
图1是本发明的操作流程示意图。
[0018]
图2是城市局部的重要节点储水系统布置示意图。
[0019]
图中：1，低地势区域的河流；2，高地势区域的河流；3，本发明的重要节点储水系统；4，水泵；5，管道。
具体实施方式
[0020]
实施例1本发明一种城市多功能应急储水和供水系统，包括：1，重要节点储水系统本发明的重要节点储水系统为一个根据地形设置的大型地下封闭空间，可设置在城市公园、市政广场等开放空间的地下。该地下储水系统依托具体地形设置，形状不定（即既可以为规则的立方体或者圆柱体形状，也可以为任意的不规则形状）。优选的方式是城市公园的地下几米深的地方，其作用类似于传统的城市地下水储存空间。
[0021]
该重要节点储水系统发挥的作用在于城市级别的（至少也是城市局部区域级别的）供水调节与应急储水功能。
[0022]
城市的供水管道直接链接到本发明的重要节点储水系统，然后再由重要节点储水系统分配供给到附近的居民小区或写字楼、商场等需要用水的地点。
[0023]
如此一来，本发明的重要节点储水系统里面随时都处于装满水的状态。而且由于水同时一边进一边出，可以保证本发明的重要节点储水系统中的储水随时都为“新鲜”的干净城市供水。
[0024]
该重要节点储水系统带有过滤装置，可以避免杂质和异物进入。
[0025]
作为一种简便易行的方式，该重要节点储水系统可由有若干大型的储水罐结合地形通过适宜的方式排列在一起，彼此之间相互连通，整体规模可大可小。在每一个子储水罐内部都设置有检测探针，可以实时监测能反映水质的主要指标。
[0026]
该重要节点储水系统具有可远程或人工控制的阀门，可以控制该重要节点储水系
统所储水的流进和流出，也可以控制该重要节点储水系统的若干子储水罐之间的相互连通。一旦发现某一个子储水罐内的储水受到污染，则可以立即切断该子储水罐于周边的其他子储水罐之间的连接。
[0027]
2，分布式储水系统本发明的分布式储水系统主要布置在具体需要用水的单位（如居民住宅小区、写字楼、商场等商业属性的物业，等等）中或附近，由前述本发明的重要节点储水系统供水至该分布式储水系统，然后再由该分布式储水系统供水至具体用水的用户（比如居民小区中的住户，等等）。
[0028]
该分布式储水系统可以结合具体地形灵活布置，既可以设置在地下，也可以设置在地上（比如结合住宅小区内部的园林景观布置）。
[0029]
该分布式储水系统具有可智能或人工控制的阀门，可以控制该分布式储水系统所储水的流进和流出。
[0030]
该分布式储水系统的储水除了向最终用水的用户（比如居民小区中的住户，等等）供水之外，也可以在保证储水的卫生安全的情况下设置分流出口用于住宅小区的绿化浇灌用途。
[0031]
该分布式储水系统带有过滤装置，可以避免杂质和异物进入。
[0032]
作为一种简便易行的方式，该分布式储水系统可由有若干大型或中型的储水罐结合地形通过适宜的方式排列在一起，彼此之间相互连通。在每一个子储水罐内部都设置有检测探针，可以实时监测能反映水质的主要指标。
[0033]
该分布式储水系统具有可智能或人工控制的阀门，可以控制该分布式储水系统所储水的流进和流出，也可以控制该分布式储水系统的若干子储水罐之间的相互连通。一旦发现某一个子储水罐内的储水受到污染，可以立即切断该子储水罐于周边的其他子储水罐之间的连接。
[0034]
3，供水增压系统本发明的供水增压系统主要用于保持前述重要节点储水系统和分布式储水系统中的适宜的供水压力，既可以保持系统中水的流动，也能保证系统中的水能流向用水的终端用户。
[0035]
4，智能控制系统本发明的智能控制系统为智能智能控制系统，主要用于控制前述重要节点储水系统和分布式储水系统中的阀门的开启和关闭，从而控制储水的流进和流出。
[0036]
5，排水系统。
[0037]
在发生本发明系统的储水受到污染等情况之下，可以通过该排水系统排出受污染的储水罐中的废水。当然，对应的本发明系统的储水系统和供水管网必须做全面的清洗，之后才能重新接入城市自来水供水系统。
[0038]
6，备用水源蓄水系统本发明的前述重要节点储水系统和分布式储水系统均可以外接除了城市供水管网之外的其他备用水源系统（如雨水收集和净化系统、天然河流直接抽水和简易净化系统，等等），以备在城市自来水管网完全停水而本发明系统的储水也已耗尽时的补充供水之用。
[0039]
实施例2
本发明是一种城市多功能应急储水和供水系统，包括重要节点储水系统、分布式储水系统、供水增压系统、智能智能控制系统、排水系统、外接备用水源蓄水系统。
[0040]
从城市自来水厂生产出来的自来水，通过城市管网进入本发明的重要节点储水系统。该重要节点储水系统带有过滤装置，可以避免杂质和异物进入。
[0041]
作为一种简便易行的方式，该重要节点储水系统可由有若干大型的储水罐结合地形通过适宜的方式排列在一起，彼此之间相互连通，整体规模可大可小。在每一个子储水罐内部都设置有检测探针，可以实时监测能反映水质的主要指标。
[0042]
该重要节点储水系统具有可智能或人工控制的阀门，可以控制该重要节点储水系统所储水的流进和流出，也可以控制该重要节点储水系统的若干子储水罐之间的相互连通。一旦发现某一个子储水罐内的储水受到污染，则可以立即切断该子储水罐于周边的其他子储水罐之间的连接。
[0043]
当灌满该重要节点储水系统之后，由本发明的智能智能控制系统将自来水从该重要节点储水系统经由供水增压系统增压后供入城市供水管网。
[0044]
城市供水管网中的自来水，在接近具体需要用水的单位（如居民住宅小区、写字楼、商场等商业属性的物业，等等）时，首先进入该目标用水单位中或附近设置的分布式储水系统。该分布式储水系统带有过滤装置，可以避免杂质和异物进入。
[0045]
作为一种简便易行的方式，该分布式储水系统可由有若干大型或中型的储水罐结合地形通过适宜的方式排列在一起，彼此之间相互连通，整体规模可大可小。在每一个子储水罐内部都设置有检测探针，可以实时监测能反映水质的主要指标。
[0046]
该分布式储水系统具有可智能或人工控制的阀门，可以控制该分布式储水系统所储水的流进和流出，也可以控制该分布式储水系统的若干子储水罐之间的相互连通。一旦发现某一个子储水罐内的储水受到污染，可以立即切断该子储水罐于周边的其他子储水罐之间的连接。
[0047]
当该分布式储水系统装满水以后，即可通过供水增压系统增压后向各个终端用户供水。
[0048]
实施例3本发明是一种城市多功能应急储水和供水系统，包括重要节点储水系统、分布式储水系统、供水增压系统、智能智能控制系统、排水系统、外接备用水源蓄水系统。
[0049]
当城市供水系统由于各种原因陷入停水之后（如自来水厂被炸毁、取水源地被投毒或污染、或是城市供水管网出现爆管破裂等突发事件），本发明系统将由智能智能控制系统立即关闭重要节点储水系统与进水处城市供水管网的连接。
[0050]
随即，本发明系统将由本发明的智能智能控制系统将自来水从该重要节点储水系统经由供水增压系统增压后供入所连接的出水处的城市供水管网。之后的供水步骤与前述实施例1完全一致，直到本发明所述的重要节点储水系统中的储水耗尽。之后，本发明系统将由智能智能控制系统立即关闭前述分布式储水系统的进水口处与城市供水管网的连接。
[0051]
随即，本发明系统将由本发明的智能智能控制系统将自来水从本发明所述的分布式储水系统继续通过供水增压系统增压后向各个终端用户供水，直到本发明所述的分布式储水系统中的储水也被耗尽。
[0052]
实施例4
本发明是一种城市多功能应急储水和供水系统，包括重要节点储水系统、分布式储水系统、供水增压系统、智能控制系统、排水系统、外接备用水源蓄水系统。
[0053]
在前述实施例2中，如果当本发明所述的重要节点储水系统和分布式储水系统中的储水均被耗尽，且所在城市的常规市政供水能力在短时间内恢复无望（如自来水厂被炸毁后无法抢修恢复，或者取水源地被投毒或污染并一直难以治理），则本发明系统可以转为另外的备份供水系统的储水和供水系统使用。
[0054]
比如，本发明系统可以外接雨水收集和净化系统，并将简单净化处理过的雨水通过本系统的供水增压系统增压后继续向各个终端用户供水。此外，还可以将直接抽取并简易净化处理后的天然河水通过本系统的供水增压系统增压后继续向各个终端用户供水。此时的本发明系统使用各类型的备用水源，将作为简便的“野外”供水系统使用。
[0055]
当然，在城市正常的自来水生产和供水能力恢复之后，本发明系统的储水系统和供水管网必须做全面的清洗，之后才能重新接入城市自来水供水系统。
[0056]
实施例5本发明是一种城市多功能应急储水和供水系统，包括重要节点储水系统、分布式储水系统、供水增压系统、智能控制系统、排水系统、外接备用水源蓄水系统。
[0057]
当由于各种原因（如短时强降雨、台风）造成城市内涝甚至洪灾之后，本发明系统可以作为抗洪救灾的应急手段之一，局部或者全面地吸纳城市地面积水，以减少内涝或洪灾造成的损失。
[0058]
此后，当内涝或洪灾危机解除之后，本发明系统可以通过排水系统排出吸纳的废水。
[0059]
当然，本发明系统的储水系统和供水管网必须做全面的清洗，之后才能重新接入城市自来水供水系统。
[0060]
实施例6本实施例主要介绍了本发明系统在智慧城市和5g应用方面的一些应用方式。
[0061]
本发明前述的智能控制系统作为本发明所述整体系统的“大脑”，控制和协调每一个本发明的应急储水和供水系统装置。本发明的装置就是智慧城市的在应急储水和供水系统方面所表现的节点和终端。
[0062]
在每个本发明的装置上都可以安装5g模块，从而可以便利地让本发明的智能控制系统通过5g模块（也可以是4g、3g、wifi等）与这些装置之间进行通信（比如检测实时的储水量和水流速度，等等）和控制（比如阀门的开合或水泵的开关，等等）。
[0063]
需要强调的是，上述的重要节点储水系统、分布式储水系统等与传统的城市自来水供水系统并不矛盾，而是互为补充和战略备份的。比如对于重要节点储水系统而言，如果在发生洪灾需要其发挥应急防涝储水作用的时候，则由本发明的智能智能控制系统关闭其与城市自来水管网的连接，而让其转而储备雨水、河水等。此时的城市自来水供应将不再通过这些重要节点储水系统进行，而是直接通过传统的城市自来水管网进行。待洪水退去，本发明的重要节点储水系统排完所储存的雨水、河水等，经清洗干净并检测合格之后，再重新接入城市的自来水管网之中发挥自来水储水和供水的功能。本发明针对住宅小区等用水终端的分布式储水系统一般情况下不参与城市的防涝行动。
[0064]
在出现城市局部内涝的情况下（这是最常见到的情况），如果城市中某一处的应急
储水和供水系统设施的储水能力已经饱和了，那么本发明的智能控制系统可以通过对管道阀门以及水泵等设施的控制，来在城市局部甚至全市范围内调配本发明系统的应急储水和供水系统能力。
[0065]
在图2中，展示了一个城市局部被两条江（河）相夹形成的一片区域。这样的地形虽然能给城市带来极佳的景观资源，但往往也在极端情况下（如短时强降雨）变成内涝积水区。假设在该区域布置5个本发明的应急储水和供水系统装置。假设该城市的地形在该区域东侧的装置a所在区域的地势低，而在西侧区域地势高一些。因此，一旦发生极端情况，位于低洼且处于河流下游的装置a所在区域就极易发生内涝。
[0066]
假设某次该区域1平方公里（即100万平方米）的范围受到内涝灾害，平均积水深度达0.5米，那么估算的内涝积水体积为1000000*0.5=50万立方米。
[0067]
国际足联规定的标准足球场场地大小为105米*68米=7140平方米。所以1平方公里的面积大概相当于约140个标准足球场的面积。而1平方公里的面积也可以换算为1500亩。当前我国城市的土地出让一般按照50亩一个地块来划分（这在当前我国的城市土地出让中算是中等规模的地块，在市区还算较大的地块），所以1平方公里的面积相当于30个标准城市市区出让地块的面积，这已经可以构成几个街区了，符合当前我国城市中常见的局部内涝的应用场景。
[0068]
假设本发明的5处储水设施，每处可以具备10万立方米的储水能力。假设上述每一处本发明的装置由100个大型水箱组成，则每个水溶的容积为1000立方米。10*10*10=1000立方米，或5*5*40=1000立方米。显然，这种尺度感的水箱或储水容器是完全可行的，并非多么难以建造。
[0069]
当前我国一个城市公园的面积就很容易超过10万平方米。比如位于成都市市中心的成都市人民公园，占地112639平方米。人民公园在成都市并算不上是一个大公园，很多新建的公园都比其大得多。而只要差不多这么大一个公园的面积，地下设置平均深度为1米的储水设施，就可以实现储水量达到10万立方米的要求。
[0070]
在上述案例当中，如图2所示，当本发明装置a所在区域发生较严重的内涝时，a装置（具备10万立方米的储水能力）很快饱和。随后，本发明的智能控制系统随即开始调配，通过管道和水泵将装置a中的储水抽到临近的装置b和装置e中。此时一共可以容纳30万立方米的储水。如果这都还不能解决内涝问题，则本发明的智能控制系统可以继续将水抽到更远一些的装置c和装置d中。此时，已经一共可以容纳50万立方米的储水了。如果内涝还不能解决，则本发明的智能控制系统可以一边调配抽水，一边将多余的储水从装置c和装置d中通过其排水口排向地势更高区域的河流中，从而实现“用空间换时间”减少内涝的灾害损失（或完全避免出现内涝灾害），等待洪峰过境或者积水退却。（注：在该案例的估算中，并未考虑各个装置之间的连接管道内部的储水能力。实际上，这些连接管道还可以提供额外的一部分应急储水能力。）据水利部相关数据，2010-2016年，我国平均每年有超过180座城市进水受淹或发生内涝。特别是在2019年，我国从北到南的众多城市都由于短时强降雨或台风的影响，发生了城市内涝，有的城市的内涝还很严重。因此，根据本发明的思路，城市建设完全可以把本发明的装置作为一项城市的基础设施来建设。有条件的区域可以全部把本发明的储水设施埋在地下，这样不占用城市宝贵的地面空间。没有条件的地方，也可以在地面灵活布置，比如城
市公园的景观、高架立交桥的下方等等众多可能的“边角余料”处。正所谓“养兵千日用兵一时”，一旦发生洪涝灾害，本发明就可以排上用场，避免或减缓城市内涝的灾害损失。
[0071]
此外，在没有发生内涝的平时，本发明的装置将主要发挥城市自来水的储水和供水功能，并且也可以通过本发明的智能智能控制系统在不同的重要节点储水系统之间调配储水和供水能力。此外，比如城市绿化景观的浇灌，城市路面的清洗用水，特比是城市预防和应对紧急事态的战略性储水，等等，都是本发明装置的潜在用途。
[0072]
我国一个城市家庭每月的定额水量是9立方米，正常使用在7-8立方米,按8立方米算的话，上述案例中每个10万立方米储水能力的设施可供1.25万户家庭（约3.75万人）正常使用一个月（若节约一点用还可以更久）。
[0073]
假设在一个大城市的各个条件适宜的位置布局100个上述的具备10万立方米储水能力的设施，则在紧急状态下可供750万人应急使用一个月（假设均为三口之家，且每户在紧急状态下每月可限额使用4立方米的水，即比正常的用水量减半）。可见，100个本发明装置所具备的战略储水能力，已经可供人口750万级别的特大城市的居民应急供水一个月。如遇到所在城市的自来水供水能力被破坏而短时间内无法恢复的情况，本发明的装置还可以持续地收集雨水或抽取河水，在简便净化处理后继续向居民供水，以维持所在城市居民的最基本生存需要。若按照上述案例中每5个本发明装置就可以应对1平方公里范围的内涝灾害的话，100个本发明的装置即可以从容应对20平方公里（即3万亩）范围的内涝灾害，这已经足以应对大多数情况下的城市内涝危机了。
[0074]
对于像成都市这样人口在1500万级别的城市，参照上面的算法，则200个上述的具备10万立方米储水能力的设施，即可以满足全城的居民的应急用水使用（一个月），同时还能提供应对40平方公里（即6万亩）范围的内涝灾害的能力。
[0075]
而对于像北京市、上海市这样人口在2000万级别的城市，参照上面的算法，则267个上述的具备10万立方米储水能力的设施，即可以满足全城的居民的应急用水使用（一个月），同时还能提供应对约53平方公里（即8万亩）范围的内涝灾害的能力。
[0076]
而对于一般人口在100万级别的中小城市而言（我国这类城市的数量最多），约13个上述的具备10万立方米储水能力的设施即可以满足全城的居民的应急用水使用（一个月），同时还能提供应对约2.7平方公里（即4000亩）范围的内涝灾害的能力。将这13个装置布置在城市的地势低洼地区或临河易涝地区，已经足以应对大多数的相关问题了。
[0077]
而对于本发明中立足于住宅小区等终端用户储水和供水功能的分布式储水系统而言，可以参考以下算例。在城市中一个60亩占地大小的住宅小区算是一个中等水平的住宅小区规模。而参照常见的普通住宅的用地强度标准（即容积率4.0）和较为普通的户型设置（即90平米左右的套二、110-120平米的套三、140-150平米的套四，且套二户型大约占比一半），那么该居住小区大约有1500户（即约4500人）。那么按照上述的算例，该居住小区在正常情况下一个月的用水量约为1.2万立方米。在应急状态下减半计算，则约为6000立方米。照此口径计算，该住宅小区仅需要配置6个容积为1000立方米的储水箱即可达到应急标准的储水和供水需求。这种空间尺度完全可以结合住宅小区的地面绿化景观和地下空间的一些“边角余料”灵活布置，并非“天方夜谭”。
[0078]
请注意，以上测算仅考虑本发明的每个分布式储水系统在单独应对一个住宅小区的用水危机情况下的储水能力要求。但实际上，由于本发明的系统还有重要节点储水系统
的存在，所以对立足于住宅小区等终端用户的分布式储水系统的储水能力的要求并不是这么高。比如在上面算例中提到的用6000立方米来供应1500户居民应急用水的储水能力，实际上可能仅需要1000平米也许就够了。这个分布式储水系统的储水能力可以根据所在居住小区的地形、规划设计等条件灵活布置。有条件的地方就多建造一些，以增加额外的用水保障；而没有条件的地方也可以少建造一些，反正还有重要节点储水系统可以依赖。