以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库及施工方法与流程

本发明属于地下水库开发工程及土体渗透性能利用领域，具体涉及一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库及施工方法。该水库是在城市或乡村既有场地上，利用土层中的孔隙或岩石中的孔隙和裂隙储存雨水资源，以起到防洪减排、减少地表径流量、涵养水源和生态绿化的作用。

背景技术：

随着城市化水平的不断提高以及全球气候变化的影响，我国水资源时空分布不均匀问题更加突出。强降雨、高温以及台风等极端天气灾害频发。在频频发生的自然灾害中，我国城市防洪系统的薄弱面和脆弱性也随之暴露出来。每每遇到暴雨，街道变河道、车库成水库的尴尬局面比比皆是。我国又是一个人均淡水资源占有量较少的国家，人均水资源占有量不足世界平均水平的1/4。为了满足城市用水需求，各市区持续超采地下水，使地下水位不断下降，地质环境问题日益突出。因此如何有效利用降雨资源，解决城市供水不足，是摆在我们面前亟待解决的问题。

地下水库是近年来不断发展的一项用于水资源调控的工程措施，作为一种高效的水资源调控工程措施，对于缓解城市洪涝灾害解决供水紧张局面具有重要意义。现有水库模式大都是利用天然地下空间所建成，比如煤矿采空区、地下溶洞、开挖的也都类似于地下车库的大型空间。此类水库一般远离市区，不能及时的起到防洪减排的作用，且占用一定的城市空间。因此急需一种既能够减少地表水径流量、储蓄水资源，又不受地域条件限制的低影响地下水库模式。在降雨时水库内岩土体吸水、蓄水、净水，需水时又可以将储存在地层中的水“释放出来”并加以利用。建设有自然渗透、自然调节、自然循环的地下水库是增强区域防洪功能、修复水生态环境的有效途径，因此该水库对于解决降水与用水问题具有一定的现实意义。

技术实现要素：

本发明提供一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库及施工方法，该地下水库充分利用了地层中土颗粒之间庞大的地下微空间和雨季充沛的降雨资源，合理地将海绵城市和绿色建筑理念相融合，以实现防洪减排、涵养水源、绿色生态的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库，其中：所述地下水库包括地下土层或岩层、渗井、阻水隔水构件；所述渗井置于地下土层或岩层中，在既有地下土层或岩层场地上，沿既有场地四周开挖沟槽，该沟槽深度范围是当地水位线深度的1-20倍，将阻水隔水构件设置在所开挖沟槽内，阻水隔水构件将土层或岩层和渗井围绕在所开挖沟槽中，形成一个四周封闭的地下空间，降雨产生的地表径流直接或通过渗井渗入地下土层或岩层的空隙中，并通过土层或岩层中的孔隙和裂隙，将这些雨水作为资源储存，形成地下水库。

同时提供一种利用上述以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库施工方法。

本发明的效果是该地下水库是在城市或农村既有土地上建设地下水库，既可以减轻由于极端天气带来的洪涝灾害，又能及时补充日益枯竭的地下水资源。减轻内涝和排水系统压力，为打造海绵城市提供一种新的施工方法；并且该水库充分利用土层内部空隙储存大量水资源，不占用空间土地资源，因此具有一定的环保型和节能性。拟建地下水库面积40000m²、阻水隔水构件埋深2m时，可得到该水库建成后与原场地相比可多储存的水资源量为16000m³。

附图说明

图1为本发明的一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库平面图；

图2为本发明的一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库剖面图；

图3为本发明的渗井示意图；

图4为本发明的阻水隔水构件示意图；

图5为本发明的地下水库三维效果图。

图中：

1、地下土层或岩层 2、渗井 3、阻水隔水构件 4、渗透方向

具体实施方式

结合附图对本发明的以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库及施工方法加以说明。

本发明的以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库，所述地下水库由地下土层或岩层1、渗井2、阻水隔水构件3构成；所述渗井2置于地下土层或岩层1中，在既有的地下土层或岩层1场地上，沿既有场地四周开挖沟槽，该沟槽深度范围是当地水位线深度的1-20倍，将阻水隔水构件3设置在所开挖沟槽内，阻水隔水构件3将土层或岩层1和渗井2围绕在所开挖沟槽中，形成一个四周封闭的地下空间，降雨产生的地表径流直接或通过渗井2渗入地下土层或岩层的空隙中，并通过土层或岩层中的孔隙和裂隙，将这些雨水作为资源储存，形成地下水库。

本发明的以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库具体施工步骤如下：

(1)在当地地下土层或岩层1场地基础上，确定拟建地下水库的平面形状及其面积；

(2)沿所述场地四周开挖沟槽，该沟槽深度范围是当地水位线深度的1-20倍，选择与沟槽大小相一致的隔水阻水构件3，并将阻水隔水构件3设置筑在所开挖的沟槽中；

(3)在水库中的下渗装置渗井2平面布置方式为矩形或三角形分布多个，渗井2之间的间距范围根据地表径流量的和渗井的的渗水能力确定为5-10m，筑成地下水库；

(4)根据上述步骤中所筑成的地下水库面积、地下土层或岩层1的孔隙率n、饱和度S_r等计算该水库的储水量Q，设定水库面积为S，阻水隔水构件(3)埋深为L，其计算公式为：

Q＝S×L×n×(1-S_T) (I)

结合天津地区的水文地质条件，对本发明的一种以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库中土层的基本物理性质及该水库所能储蓄的水资源量做具体量化性分析如下：

表1天津市不同地区不同深度处黏土的基本物理性质

表1为天津市不同地区不同深度黏土的基本物理性质，土样1和2、3和4、5和6分组取自三个不同的地区A、B、C。其中土样1、3、5为深度1m处的黏土；土样2、4、6为深度2m处的黏土。

取平均地下水位为L，假定所建水库的面积为S，则水库体积计算公式为：

V＝S×L (2)

土的孔隙率计算公式：

$n=\frac{v_v}{v}\×100\%---\left(3\right)$

式中V_V为孔隙所占体积，V为水库的体积；则孔隙所占体积为：

V_V＝V×n (4)

饱和度S_r的计算公式为：

$S_r=\frac{v_w}{v_v}\×100\%---\left(5\right)$

式中V_W为孔隙中水所占的体积；则孔隙中气体所占体积V_a即为水库所能储蓄的水资源量，其计算公式为：

Q＝V_a＝V_V-S_r×V_V＝V_V×(1-S_r) (6)

将式(2)、(4)代入式(6)中得：

Q＝S×L×n×(1-S_r) (1)

调查发现天津的地下水位在1.5～2.5m之间波动，取阻水隔水构件埋深L＝2m，假定所建水库的面积为S＝40000m²，则水库总容积V＝S×L＝40000×2＝80000m³；若该地下水库修建在区域A处，则其储水量Q_a为：

Q_a＝Q₁+Q₂＝40000×1×[0.47×(1-0.6655)+0.41×(1-0.7356)]＝10624.76m³；

同理可得区域B位置处水库的储水量Q_b＝21152.80m³；

区域C位置处水库的储水量Q_c＝22106.32m³。

以上所述结合本次施工过程进行说明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有相应的变化和更改，比如更改渗井数量和尺寸、阻水隔水构件的深度及材质等，凡依据本发明一种以既有土层作为蓄水海绵体的地下水库，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。