一种城市多功能防涝储水设施的制作方法

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


背景技术：

[0002]
我国是一个城市内涝多发的国家，这其中有自然的因素，也有人为的因素。自然因素就是集中的短时强降雨，这和台风、对流等极端天气有关。人为因素主要是近几十年的（特别是伴随着房地产快速发展的近二十年）城市快速发展，我国的城市建设更加注重“短平快”的地面，而往往较为忽略不太容易看到的地下。这造成了很多城市地下排水管网系统建设滞后，或者其排水能力严重不足，这使得众多城市一遇连续大雨或者短时强降雨，就很容易发生城市内涝。比如在2019年的夏天，我国从北方到南方的众多城市都遭受了城市内涝，有的地方还受到了严重的损失。
[0003]
与城市内涝相反，我国一些城市（主要是西北的一些城市）又干旱严重，保障饮用水都显困难，而要保证大规模的绿化用水则更为奢侈了。
[0004]
降水对城市而言也是一类宝贵的资源。因此，如何调节降水的充盈和匮乏，变废为宝，既解决城市内涝问题，又解决绿化景观用水和城市战略性储水等多重需要；既是城市高质量发展的需要，也是建设“海绵城市”的客观需要。


技术实现要素：

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本发明将传统的雨水收集、地下水补充、储水塔等多重技术整合在一起，提供一种多功能防涝储水设施，技术上简单可靠，操作简便可行。
[0006]
本发明的技术方案为：一种城市多功能防涝储水设施，包括雨水收集器，地下大型储水装置，地下排水系统；雨水收集器设置于地表下，雨水收集器上端略低于地表，雨水收集器上端设置过滤装置；地下大型储水装置为一个大型地下储水空间；雨水收集器下端与地下大型储水装置相连接；地下排水系统一端与地下大型储水装置连接，一端于市政下水道或天然河流相联通，可排出地下储水系统的储水或溢出的水；智能控制系统可以发挥智慧城市在防涝储水方面的重要节点和终端。
[0007]
所述雨水收集器通过管道与地下大型储水装置连接。
[0008]
所述雨水收集器与地下大型储水装置之间设置有阀门。
[0009]
所述地下大型储水装置中设有水位检测装置。
[0010]
所述地下排水系统设有水泵，可主动向外排水。
[0011]
本发明还设置有地面储水装置，地面储水装置通过抽水装置与地下大型储水装置连接。
[0012]
所述地面储水装置的下端设置有阀门，用于向地面供水。
[0013]
所述智能控制系统可以在城市局部较大范围内动态调节城市水资源存量。
[0014]
根据大数据研究和实地调研分析，我国城市内涝的发生原因主要有两大类：第一，在遭遇短时强降雨时排水不畅，导致城市局部出现内涝。
[0015]
第二，各种原因导致的河水短时暴涨，导致河水面大幅上涨形成倒灌，从而导致城市地面排水失效。
[0016]
在很多情况下，以上两大类因素还容易形成叠加，从而使得城市局部的地面内涝严重，居民遭受损失。
[0017]
此外，内涝的形成往往还具有瞬时性，即由于各种原因在很短的时间内涌入了大量的水。随着时间的推移，这些涌入形成内涝的水又会自然地消退。但恰恰就是这短时间内累积在地面的大量的水形成了灾害性的后果。而换一个场景，这些作为“惹祸”的水都可能变为宝贵的资源。
[0018]
本发明采取排水、储水、抽水相结合的方式，可以动态调节城市水资源存量，对于防范城市内涝和应对干旱、绿化浇灌、应急用水等都有积极作用，减小了灾害损失，提高了水资源利用率。
[0019]
本发明可以重点在低洼地带、临河地带和高价值目标（如重要建筑）附近布置。
附图说明
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图1是本发明的结构示意图。
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图2是城市局部的防涝储水设施布置图。
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图中：1，低地势区域的河流；2，高地势区域的河流；3，防涝储水设施；4，水泵；5，管道。
具体实施方式
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本发明包括以下几个主要部件：1，雨水收集器本发明的雨水收集器为带有过滤装置的若干罐状装置（下称“雨水收集器”），可以由金属、塑料或陶瓷等各种材质构成。该雨水收集通常直接埋在或浅埋在地表之下，以便于汇集雨水或地面积水。
[0024]
该雨水收集器的上端设置过滤装置，以防止石块、树叶等进入装置造成堵塞。其下端与埋在地下的大型储水系统相连接。雨水收集器的下端设置有智能控制开闭的阀门，以调节雨水收集器与地下大型储水装置的联通关系。
[0025]
2，地下大型储水装置本发明的地下大型储水装置为一个根据地形设置的大型地下封闭空间，可储存由前述雨水收集器收集的雨水或地面积水。该地下储水系统的上端与前述各个雨水收集器相连，下端则与地下排水系统相连。该地下储水系统下端设置有智能控制开闭的阀门，以调节该地下储水系统与地下排水系统的联通关系。
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3，地下排水系统该地下排水系统与城市下水道或天然河流相联通，可以排出前述地下储水系统溢出或主动排出的储水。
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4，抽水装置
该抽水装置可将前述地下储水系统中的储水抽出到位于地面储水装置中来进行存储。
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5，地面储水装置该地面储水装置可将前述地下储水系统中的储水抽到自身的储存设备中储存待用。该储存设备可为由金属、塑料或陶瓷等各种材质构成的封闭箱体。该地面储水装置中的储水既可用于地面绿化景观的浇灌、城市道路清洗取水或居民应急用水取水之用（比如发生城市自来水系统停水等情况的时候），也可以单纯地作为当地下储水系统（以及包括与之相连接的雨水收集器）全部灌满水之后的“腾挪”使用。
[0029]
实施例1本发明是一种城市多功能防涝储水设施，包括雨水收集器、地下大型储水装置、地下排水系统、抽水装置、地面储水装置；雨水收集器设置于地表下，雨水收集器上端略低于地表，雨水收集器上端设置过滤装置；地下大型储水装置为一个大型地下储水空间；雨水收集器下端与地下大型储水装置相连接；地下排水系统一端与地下大型储水装置连接，一端于市政下水道或天然河流相联通，可排出地下储水系统的储水或溢出的水。雨水收集器通过管道与地下大型储水装置连接；智能控制系统可以发挥智慧城市在防涝储水方面的重要节点和终端。
[0030]
在日常降雨场景下（即非大暴雨类型的短时强降雨），雨水通过本发明的雨水收集器，再经过初步地过滤之后，缓慢地汇集到设置在城市地下的大型储水系统。前述雨水收集器与地下储水系统之间的链接距离通常不会太长，可能只有几米的长度。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）。比较理想的案例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。
[0031]
当地下储水系统汇集了一定容量的储水之后，可经由本发明的抽水装置抽取到设置于地面储水装置之中存储待用。地面储水装置为一个放置于地面的封闭箱体，其具体形状和大小可以依据具体的地形条件来设置，可以与地面的景观绿化等环境融为一体。该地面储水装置的下端设置有阀门，可以通过智能或人工控制向外放水，以满足各种用途，包括但不局限于用于地面绿化景观的浇灌、城市道路清洗取水或居民应急用水取水之用（比如发生城市自来水系统停水等情况的时候），也可以单纯地作为当地下储水系统（以及包括与之相连接的雨水收集器）全部灌满水之后的“腾挪”使用。
[0032]
实施例2本发明是一种城市多功能防涝储水设施，包括雨水收集器、地下大型储水装置、地下排水系统、抽水装置、地面储水装置；雨水收集器设置于地表下，雨水收集器上端略低于地表，雨水收集器上端设置过滤装置；地下大型储水装置为一个大型地下储水空间；雨水收集器下端与地下大型储水装置相连接；地下排水系统一端与地下大型储水装置连接，一端于市政下水道或天然河流相联通，可排出地下储水系统的储水或溢出的水；智能控制系统可以发挥智慧城市在防涝储水方面的重要节点和终端。
[0033]
在短时强降雨这种场景之下，本发明的雨水收集器本身就可以容纳一定体积的积水。在雨水收集器积满水之后，本发明可以打开雨水收集器下端的阀门，让雨水迅速地汇入地下的大型储水系统之中，从而降低地表的积水压力。
[0034]
由于短时强降雨的降水非常猛烈，所以很有可能地下的大型储水系统也会积满
水。此时可以打开大型储水系统下端的阀门，让雨水流入城市的下水道管网之中，或者流入天然的河道。
[0035]
在短时强降雨特别猛烈的情况之下，为了进一步地减少地表的积水压力，还可以通过本发明的抽水装置将前述地下储水系统中的储水抽入到位于地表的地面储水装置中。
[0036]
在极端情况之下，如果排水已经实在不畅（如河水暴涨使得水已经排不出去了），而本发明的雨水收集器和地下大型储水装置都已经积满水了，而且地面储水装置也已经积满水了，则本发明系统已经出现储水的饱和。此时可以打开地面储水装置的阀门向外放水。即利用本发明系统一边储水、一边排水、一边抽水、再一边放水，通过一个积水循环的周转过程“打时间差”，达到一个“腾挪”的效果，从而减轻地表的积水压力，缓解内涝的灾害性后果。待水位消退，本发明在保持饱和积水的系统状态之下，可以关闭地面储水装置的阀门，停止向外放水。
[0037]
实施例3本发明是一种城市多功能防涝储水设施，包括雨水收集器、地下大型储水装置、地下排水系统、抽水装置、地面储水装置、智能控制系统。
[0038]
本发明系统可以重点布置在城市有江河流过的地势低洼地带。如果由于各种原因发生了江河倒灌的情况，本发明可以全速启动，运用本发明的雨水收集器和地下大型储水装置以及地面储水装置进行储水。
[0039]
由于在此种情况之下，河水倒灌时必然使得水已经排不出去了。当本发明的雨水收集器和地下大型储水装置都已经积满水了，而且地面储水装置也已经积满水了，则本发明系统已经出现储水的饱和。此时可以打开地面储水装置的阀门向外放水。即利用本发明系统一边储水、一边排水、一边抽水、再一边放水，通过一个积水循环的周转过程“打时间差”，达到一个“腾挪”的效果，从而减轻地表的积水压力，缓解内涝的灾害性后果。待水位消退，本发明在保持饱和积水的系统状态之下，可以关闭地面储水装置的阀门，停止向外放水。
[0040]
实施例4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。
[0041]
本发明前述的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防涝储水设施3。本发明的装置就是智慧城市的在防涝储水方面所表现的节点和终端。
[0042]
在每个本发明的多功能防涝储水设施3上都安装有通讯模块，通讯模块可以是5g模块（也可以是4g、3g、wifi等），从而可以便利地让本发明的控制系统通过5g模块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）。
[0043]
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防涝储水设施3的储水能力已经饱和了，那么本发明的控制系统可以通过对管道5、阀门以及水泵4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防涝储水能力。
[0044]
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。一条河流流经低地势区域，一条河流流经高地势区域。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个本发明的防
涝储水设施。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。
[0045]
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。
[0046]
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。
[0047]
假设本发明的五处储水设施，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。
[0048]
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。
[0049]
在上述案例当中，如图2所示，当防涝储水设施a所在区域发生较严重的内涝时，防涝储水设施a（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5和水泵4将防涝储水设施a中的储水抽到临近的防涝储水设施b和防涝储水设施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，则本发明的控制系统可以继续将水抽到更远一些的防涝储水设施c和防涝储水设施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，则本发明的控制系统可以一边调配抽水，一边将多余的储水从防涝储水设施c和防涝储水设施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。此外，在没有发生内涝的平时，本发明的装置也并非一无是处。比如城市绿化景观的浇灌，城市路面的清洗用水，或者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。
[0050]
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）。
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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。
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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。
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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。
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而对于一般人口在100万级别的中小城市而言，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。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。