专利名称：平流式水力自控初期雨水弃流装置及弃流方法
技术领域：
本发明涉及初期雨水自动弃流方法和装置，特别涉及平流式水力自控初期雨水弃流装置及弃流方法，属于雨水综合利用技术领域。
背景技术：
我国是一个水资源相对贫乏的国家，人均水资源为世界人均的1/4，而且水资源时空分布不均，南方多北方少，北方大部分地区人均水资源量更低。华北地区河海流域的人均占有量更少，只有全国平均量的1/9。北方干旱半干旱地区，全年的降水量主要集中在7、8、 9三个月，这使得可以利用的水资源尤其显得不足。随着经济的发展和城市化进程的加快，城市的缺水问题尤为突出，由于缺水每年影响工业产值2000多亿元人民币。我国城市一方面缺水十分严重，另一方面大量的降雨又白白流失，浪费了大量的可利用资源。若将我国每年约60000亿立方米的雨水充分利用起来，我国水资源紧缺将得到缓解。但是由于大气中，以及导致雨水径流的地面、道路、屋顶等含有大量的污染物质，因此降雨初期形成的径流中污染比较严重，水质条件比较差，往往不符合雨水收集利用的要求。因此，在雨水收集过程中一般倾向于将初期雨水弃流处理，以利于后期洁净雨水的收集利用。国外对雨水收集和利用研究已开展多年。我国的部分缺水严重的城市也已经开展了这方面的工作。但是目前很多弃流装置仍然存在一些问题，使其推广使用时受到限制
⑴某些弃流池规模过大，比如名称为一种初期雨水弃流的雨水收集装置(ZL201220004704.2)的中国专利，为了计量水量，设置计量箱将全部初期雨水储存后再排放。这不仅导致弃流池规模过大，而且由于初期雨水在弃流室中停留时间较长，初期雨水中固体颗粒杂质沉淀，由于无冲洗措施，杂质易淤积导致装置容易堵塞；
⑵弃流室内积存的雨水需要人工放空，由于降雨的随机性，弃流池的放空工作存在一定困难，尤其在人员不便达到的地方，例如北京建筑工程学院车伍等人研究发明的分流式雨水自动弃流方法与装置(ZL 02155637. 7)，其缺点是每一场降雨后的弃流室内积存的雨水需要人工放空，才能用作下一场雨水利用的初期雨水弃流收集；
⑶现有的绝大部分弃流装置都存在一个问题雨水弃流装置进水管与出水管、弃流管之间落差较大，比如申请号为201010225783. 5，名为一种初期雨水弃流装置的中国专利，其雨水出水管和弃流管都与雨水进水管有较大落差，这不仅使得雨水出水管后端的雨水蓄水池埋深增加较大，增加土建成本，而且导致初期雨水通过重力自流排出的可能性大大降低，需要增设提升设备，增加运营成本和维护工作量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种无需人工作业、自动化程度高、体积小的平流式水力自控雨水弃流方法及装置，该装置雨水出水管、弃流管与雨水进水管之间无落差。降雨过程中能自动将不宜直接使用的污染重的初期雨水弃流，将中后期能直接应用的雨水收集利用；同时在完成初期雨水弃流后，自动为下一场雨水收集做好初期雨水弃流准备。为了达到上述目的，釆用的技术方案是一种平流式水力自控雨水弃流装置，其特征在于装置本体一端与雨水进水管相连，另一端与干净雨水出水管相连通，底部置有弃流排水管接口 ；装置本体的分流室内，置有一个垂直设置的挡水板，将所述分流室分隔成相互连通的雨水收集通道及弃流控制区；所述弃流控制区的底部置有一软管，所述软管的出水口通过管接头与所述弃流排水管连接，所述软管的进水口端部置有与磁铁或铁片连成一体的浮球；在弃流控制区的两侧，所述挡水板或装置本体的内侧面，设置有上磁铁和下磁铁，所述上磁铁位置对应于所述软管进水口端部的浮球在高水位时能浮起达到的最高位置，所述下磁铁位置与所述软管上浮球下落至弃流控制区底部位置吻合一致；在所述分流室内，干净雨水出水管之前置有溢流堰。所述分流室内底面与所述溢流堰的上边沿呈光滑平缓斜面连接，所述分流室内底面与二侧面结合部呈光滑的弧形曲面连接。所述挡水板的下部边线与分流室底面之间留空，不相连接，间距略小于所述软管·的直径。所述平流式水力自控雨水弃流装置的弃流方法其特征在于
(1)装置安装准备根据使用地区的多年降雨资料分析，估算确定初期雨水弃流总量、对应的雨水径流流量，确定软管的口径、所述软管进水口端部的浮球浮力、以及挡水板上的上磁铁和下磁铁的磁力，安装弃流装置，软管的出水口通过管接头与弃流排水管相连接；要求
上磁铁吸力 > (浮球重力+软管重力)一浮球未被完全淹没时的浮力；
上磁铁吸力〈浮球重力+软管重力；
下磁铁吸力 > 浮球未被完全淹没时的浮力一(浮球重力+软管重力)；
下磁铁吸力〈浮球完全淹没时的浮力一(浮球重力+软管重力)；
(2)初期雨水弃流软管在重力作用下，紧贴弃流装置底板，并且被下磁铁吸引住，使得初期雨水进入弃流装置时能够顺利地从软管排出；而随着降雨的进行，雨水径流量会在短时间内增加，液位升高，直至淹没浮球，在不断增大的浮力作用下软管进水口摆脱下磁铁而向上浮起，浮球浮起过程中，弃流流量随之减小，直至将浮球抬高到最高点接触到上磁铁，致使软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面时弃流结束。(3)雨水收集阶段随着降雨的继续进行，雨水径流量会在长时间内保持较高的状态，此时软管进水口被上磁铁吸力固定，不会因水流的扰动而上下浮动；此时软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面，能够避免干净雨水从软管排走，雨水进入稳定收集阶段。(4)自动复位在降雨结束时，雨水径流量减小，弃流装置内液位降低，直至液位低于浮球，没有了浮力的作用，软管进水口在重力作用下脱离上磁铁而跌落至底部重新被下磁铁吸引，并将少量积存在弃流装置中的雨水排出，至此所述弃流装置完成自动复位，为下一场雨水的收集做好初期雨水弃流的准备。本发明的优点是
I.雨水进水管与干净雨水出水管、弃流排水管间无落差，依靠重力即可对初期雨水进行弃流排除；整个装置体积很小，不需储水仓，大大节省土建开挖施工费用，经济价值高。
2.可根据降雨量变化规律和软管端部浮球上升和下落位置，实现水力自控弃流开始与结束。使降雨过程中不宜直接使用的污染重的初期雨水自动弃流，在弃流结束后软管端部浮球上升，自动关闭排水口。对中后期能直接应用的雨水充分收集利用不浪费；降雨结束时浮球下落到底部位置，自动复位至下一次降雨开始再一次弃流与收集过程。3.工作过程无需其他能源，安全节能。结构简单，故障率极低。4.所述分流室内底面与所述溢流堰的上边沿呈光滑平缓斜面连接，所述分流室内底面与二侧面结合部呈光滑的弧形曲面连接，装置内部无死角，能充分利用雨水的冲刷作用使内部无沉淀杂质淤积。
以下结合附图
和具体实施方式
对本发明作进一步说明。 图I为本发明的平流式水力自控雨水弃流装置的平面配置 图2为图I中弃流控制区放大结构不意 图3为图I的A-A向结构示意 图4为软管进水口磁铁或铁片脱离下磁铁，还未到达上磁铁时的状态图
图5为软管进水口磁铁或铁片到达上磁铁并被吸住的状态图。图中1-雨水进水管，2-挡水板，3-分流室，4-雨水收集通道，5-弃流控制区，6-底面，7-溢流堰，8-集水区，9-干净雨水出水管，10-弃流排水管，11-下磁铁，12-磁铁或铁片，13-浮球，14-软管，15-上磁铁，16-管接头。
具体实施例方式图I为本发明的平流式水力自控雨水弃流装置的平面配置图，图2为图I中弃流控制区放大结构示意图，图3为图I的A-A向结构示意图。由图可见，一种平流式水力自控雨水弃流装置，其特征在于装置本体一端与雨水进水管I相连，另一端与干净雨水出水管2相连通，底部6置有弃流排水管10 ;装置本体的分流室3内，置有一个垂直设置的挡水板2，将所述分流室3分隔成相互连通的雨水收集通道4和弃流控制区5 ;所述弃流控制区5的底部置有一软管14,所述软管14的出水口通过管接头16与所述弃流排水管10连接,所述软管14的进水口端部置有与磁铁或铁片12连成一体的浮球13 ;在弃流控制区5的两侧，所述挡水板2或装置本体的内侧面,设置有上磁铁15和下磁铁11,所述上磁铁15位置对应于所述软管14端部的浮球13在高水位时能浮起的最高位置，所述下磁铁11位置与所述软管14上浮球13下落至弃流装置底部位置吻合一致；在所述分流室3内，干净雨水出水管9之前置有溢流堰7，所述分流室3内底面与所述溢流堰7的上边沿呈光滑平缓斜面连接，所述分流室3内底面与二侧面结合部呈光滑的弧形曲面连接。设置挡水板2的目的是保护弃流控制区5内的软管14及其浮球13升降被控制在弃流控制区5内，使其在雨水径流量较大时，软管14及其浮球13的正常工作不会受到干扰。同时为了避免所述挡水板2在分流室3底部形成死角，挡水板2的下部边线与分流室3底面之间留空，不相连接，间距应略小于所述软管14的直径。在所述分流室3内，干净雨水出水管9之前置有溢流堰7，用于在初期雨量较小时将初期污染严重的雨水阻拦在弃流装置中，从弃流排水管10排出。溢流堰7的高度以与软管14直径相当或略高于软管直径为宜，以保证降雨停止后软管14能够回落至弃流控制区5底部并被下磁铁11吸住。分流室3内底面与溢流堰7的上边沿呈光滑平缓斜面连接，分流室3内底面与二侧面结合部呈光滑的弧形曲面连接，没有死角，以便在降雨后期雨量较大时可将弃流装置中少许残留的沉积物全部冲走，使弃流装置内无淤积残留不堵塞。由于雨水中的垃圾及个体较大的杂质在进入弃流装置之前就已经被格栅除去，因此只有部分细小颗粒物进入弃流装置。其中，进入弃流装置的细小颗粒物中绝大部分已随初期弃流雨水从软管14中排出，只有在初期雨水弃流完毕，弃流软管14浮球13浮起之后，进入弃流装置的雨水所携带的少量细小沉积物不能从软管14排出进入雨水集水区8，最终中后期雨水进入干净雨水出水管9，其中所含细小颗粒物量很少，对收集到干净雨水出水管9的干净雨水影响很小。
平流式水力自控雨水装置的弃流方法
(1)装置安装准备根据使用地区的多年降雨资料分析，估算确定初期雨水弃流总量、对应的雨水径流流量，确定软管的口径、所述软管进水口端部的浮球浮力、以及挡水板上的上磁铁和下磁铁的磁力，安装弃流装置，软管的出水口通过管接头与弃流排水管相连接；要求
上磁铁15吸力 > (浮球13重力+软管14重力)一浮球13未被完全淹没时的浮力； 上磁铁15吸力〈浮球13重力+软管14重力；
下磁铁11吸力 > 浮球13未被完全淹没时的浮力一(浮球13重力+软管14重力)； 下磁铁11吸力〈浮球13完全淹没时的浮力一(浮球13重力+软管14重力)；
(2)初期雨水弃流(图3、4):软管14在重力作用下，紧贴弃流装置底板，并且被下磁铁11吸引住，使得初期雨水进入弃流装置时能够顺利从软管14排出；而随着降雨的进行，雨水径流量会在短时间内增加，液位升高，直至淹没浮球，在不断增大的浮力作用下软管14进水口摆脱下磁铁11而向上浮起，直至将浮球13抬高到最高点而接触到上磁铁15，致使软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面时弃流结束；浮球13浮起过程中，弃流流量随之减小。(3)雨水收集过程(图4、5):随着降雨的继续进行，雨水径流量会在长时间内保持较高的状态，此时软管14进水口被上磁铁15吸力固定，不会因水流的扰动而上下浮动；此时软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面，能够避免干净雨水从软管14排走，雨水进入稳定收集阶段。(4)自动复位在降雨结束时，雨水径流量减小，弃流装置内液位降低，直至液位低于浮球，没有了浮力的作用，软管14在重力作用下脱离上磁铁15而跌落至底部重新被下磁铁11吸引，并将少量积存在弃流装置中的雨水排出，至此完成了本弃流装置的自动复位，为下一场雨水的收集做好初期雨水弃流的准备。本发明在降雨初期中能自动将不宜直接使用的污染重的初期雨水弃流，在完成初期雨水弃流后，自动关闭软管进水口，收集利用中后期能直接应用的雨水不浪费；降雨结束后软管进水口自动下落复位，能自动为下一场雨水收集做好初期雨水弃流准备，无需人工作业，自动化程度高、工作可靠无故障，并且具有结构简单、体积小、成本低等优点。
权利要求
1.一种平流式水力自控初期雨水弃流装置，其特征在于装置本体一端与雨水进水管相连，另一端与干净雨水出水管相连通，底部置有弃流排水管接口 ；装置本体的分流室内，置有一个垂直设置的挡水板，将所述分流室分隔成相互连通的雨水收集通道及弃流控制区；所述弃流控制区的底部置有一软管，所述软管的出水口通过管接头与所述弃流排水管连接，所述软管的进水口端部置有与磁铁或铁片连成一体的浮球；在弃流控制区的两侧，所述挡水板或装置本体的内侧面，设置有上磁铁和下磁铁，所述上磁铁位置对应于所述软管进水口端部的浮球在高水位时能浮起达到的最高位置，所述下磁铁位置与所述软管上浮球下落至弃流控制区底部位置吻合一致；在所述分流室内，干净雨水出水管之前置有溢流堰。
2.根据权利要求I所述平流式水力自控初期雨水弃流装置，其特征在于所述分流室内底面与所述溢流堰的上边沿呈光滑平缓斜面连接，所述分流室内底面 与二侧面结合部呈光滑的弧形曲面连接。
3.根据权利要求I所述平流式水力自控初期雨水弃流装置，其特征在于所述挡水板的下部边线与分流室底面之间留空，不相连接，间距略小于所述软管的直径。
4.权利要求I所述平流式水力自控初期雨水弃流装置的弃流方法其特征在于 (1)装置安装准备根据使用地区的多年降雨资料分析，估算确定初期雨水弃流总量、对应的雨水径流流量，确定软管的口径、所述软管进水口端部的浮球浮力、以及挡水板上的上磁铁和下磁铁的磁力，安装弃流装置，软管的出水口通过管接头与弃流排水管相连接；要求 上磁铁吸力 > (浮球重力+软管重力)一浮球未被完全淹没时的浮力； 上磁铁吸力〈浮球重力+软管重力； 下磁铁吸力 > 浮球未被完全淹没时的浮力一(浮球重力+软管重力)； 下磁铁吸力〈浮球完全淹没时的浮力一(浮球重力+软管重力)； (2)初期雨水弃流软管在重力作用下，紧贴弃流装置底板，并且被下磁铁吸引住，使得初期雨水进入弃流装置时能够顺利地从软管排出；而随着降雨的进行，雨水径流量会在短时间内增加，液位升高，直至淹没浮球，在不断增大的浮力作用下软管进水口摆脱下磁铁而向上浮起，浮球浮起过程中，弃流流量随之减小，直至将浮球抬高到最高点接触到上磁铁，致使软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面时弃流结束； (3)雨水收集阶段随着降雨的继续进行，雨水径流量会在长时间内保持较高的状态，此时软管进水口被上磁铁吸力固定，因软管进水口方向朝上、且高出弃流装置液面，能够避免干净雨水从软管排走，雨水进入稳定收集阶段； (4)自动复位在降雨结束时，雨水径流量减小，弃流装置内液位降低，直至液位低于浮球，没有了浮力的作用，软管进水口在重力作用下脱离上磁铁，跌落至底部重新被下磁铁吸弓I，并将少量积存在弃流装置中的雨水排出，至此所述弃流装置完成自动复位，为下一场雨水的收集做好初期雨水弃流的准备。
全文摘要
本发明涉及平流式水力自控初期雨水弃流装置及弃流方法，属雨水综合利用技术领域，其特征在于装置本体的分流室内，置有一垂直设置的挡水板，将分流室分隔成相互连通的雨水收集通道及弃流控制区；弃流控制区的底部置有一软管，软管的出水口通过管接头与弃流排水管连接，进水口置有与磁铁或铁片连成一体的浮球；挡水板设置有上磁铁和下磁铁，其位置分别与软管进水口端部的浮球在高水位时的位置、底部位置相吻合；在分流室内，干净雨水出水管之前置有溢流堰。积极效果是；整个装置体积小，可对初期雨水自动进行弃流；弃流结束后软管端部浮球上升，自动关闭排水口，对中后期雨水收集利用不浪费；降雨结束时浮球下落自动复位，自动化程度高。
文档编号E03B3/02GK102912847SQ20121045456
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者艾军 申请人:上海立高环保工程有限公司