下穿通道错峰调蓄防涝系统及调蓄方法与流程

本发明涉及一种下穿通道错峰调蓄防涝系统及调蓄方法，属于城市排水领域，特别涉及一种城市道路立交下穿通道的防涝系统。

背景技术：

1、城市道路主干路与主干路相交一般采用立体交叉，除上跨道路的立交桥外，下穿通道也是常用的立体交叉方式，在很多城市中运用。在两条相交的道路交叉口处，地面道路下设置隧道，隧道两端有引道连接，下穿通道从地面道路下穿过，互不干扰彼此的行车。

2、下穿通道两侧的引道长度一般在200~300m，为露天敞口型式，引道的横坡一般1.5~2%，引道的纵坡一般4~5%，由于引道的纵坡大于横坡，即使路边设置有收水的雨水口，降落到引道路面的雨水，顺着路面坡度快速流动，大部分路面雨水并未收入雨水口流入雨水管道，而是顺着路面快速流向隧道，隧道口处的雨水口无法及时收集过量的雨水，是造成下穿通道积水内涝的一个原因。

3、暴雨时，引道相接的道路由于降雨量超过雨水管道的排水量，造成路面大量积水，也会通过引道汇入下穿通道，是造成下穿通道积水内涝的另一个原因。下穿通道隧道口较低，一般都是采用泵站排水，但汇入下穿通道的水超过了泵站的排水能力，无法及时排出，是下穿通道积水内涝的主要原因。隧道内的积水造成内涝，轻则交通中断，严重时发生淹没车辆即人员伤亡事故。

4、解决下穿通道积水内涝问题，主要是从泵站入手，一是增加水泵数量或加大水泵流量，二是设置蓄水池与泵站集水池连通，增加泵站集水池的调蓄能力。已有下穿通道的泵站，增加水泵数量或加大水泵流量，受现有泵站的限制改造比较困难，即使是新建泵站，一般是按照一定的重现期的暴雨强度进行设计泵站的排水量，也不可能将泵站的排水能力大幅的增加。在排水系统上设置调蓄池，将雨水径流的高峰流量在调蓄池暂留，可以错开暴雨的峰值时段，延缓出流时间，减轻下游管段或泵站的负担，从而减少内涝现象的发生。

5、城市立交的下穿通道，由于用地紧张很难修建调蓄池，即使有设置调蓄池的位置，但下穿通道的路面较低，要保证通道最低处不积水，调蓄池的水面应低于下穿通道的路面。采用调蓄池解决下穿通道的内涝问题，调蓄池要有足够的容积。加大调蓄池的有效调蓄容积，可以扩大调蓄池的面积或加大蓄水深度，增加面积需要增加用地，实施困难。设置较深的调蓄池，可以提高调蓄能力，但水面不能高于下穿通道的路面，调蓄池水面以上的空间都是无用容积。加深调蓄池，排水需要更大扬程的水泵，增加水泵抽水的功耗。而且，受到水泵扬程和施工可行性的限制，调蓄池的深度增加也是有限的，加深调蓄池对暴雨时泵站的调蓄作用不大。下穿通道的排水泵站，都是按照5~10年重现期的暴雨强度设计排水流量，遇到极端暴雨时很容易造成下穿通道积水内涝。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种下穿通道错峰调蓄防涝系统，由调蓄单元、泵站、控制单元组成，调蓄单元是设置在下穿通道引道下的若干个串联的调蓄池，调蓄池呈阶梯状布置，下穿通道的路面雨水收集排入调蓄池暂存。在整个降雨过程中，控制单元根据降雨量动态控制调蓄池排入泵站的流量，使暴雨峰值时间段的雨水经过错峰调蓄，消减降雨峰值时排入泵站的流量，防止泵站超过排放量排放不及造成下穿通道内涝。

2、本发明是通过以下技术实现的：

3、一种下穿通道错峰调蓄防涝系统，其特征是：包括调蓄单元、泵站、控制单元；调蓄单元由多个调蓄池串联组成，调蓄池分别设在下穿通道的隧道两侧引道下，呈阶梯状布置，对应每个调蓄池的引道上设置截流槽，截流槽通过管道与调蓄池连通，隧道的入口处设置有隧道收水口，隧道收水口通过管道与调蓄单元连通，两个相连调蓄池之间设置有虹吸管和溢流堰，调蓄池通过虹吸管和溢流堰串接；泵站与调蓄单元通过排水管连通；控制单元用于动态控制调蓄池排入泵站的流量。

4、控制单元由流量计模块、水位计模块、水满传感器模块组成数据输入端，运算模块为数据运算处理器，负压控制模块、虹吸控制模块组成控制输出端，运算模块连接监控终端，监控终端用于设置错峰调蓄参数、实施监控调蓄状态。

5、调蓄池根据隧道两侧a、b两个方向的引道设置为两组，每组均由初级池、中间池、末级池组成，初级池位于引道的坡顶，末级池位于位于引道的坡底，初级池和末级池之间串接若干个中间池。

6、隧道收水口为两个，分别设置在隧道的两个入口处，隧道收水口通过管道与末级池连通，两组调蓄池的末级池间通过连通管连通。

7、所述的截流槽为二道为一组，相互之间90°相连呈“∟”状，一道平行道路中心线紧贴路缘石纵向设置，另一道垂直道路中心线在引道两侧外侧车道横向设置，截流槽接入集水井，通过进水管接入调蓄池。

8、所述调蓄池排水采用虹吸排水，调蓄池采用钢筋混凝土浇筑，每个调蓄池设置不少于二个检查井。

9、所述的虹吸管设置在两个相连的调蓄池之间，虹吸管分左侧l、右侧r二道设置在调蓄池的两侧，引道下沿线设置有负压总管，与负压装置连接，虹吸管的顶部设置有负压控制管，负压控制管设置有负压控制阀与负压总管连接，负压控制管管段上设有负压解除阀，虹吸管的顶部设置满水传感器，调蓄池蓄水时虹吸管的入口和出口都浸没在水中时，控制单元控制开启负压控制阀，虹吸管内产生负压，管内水位上升，水位上升至虹吸管顶时，在水的重力和大气压强的作用下虹吸形成，高位调蓄池的水通过虹吸管排入低位调蓄池，满水传感器探测虹吸管充满水，控制单元控制负压控制阀关闭，虹吸管维持虹吸排水，控制单元控制负压解除阀开启，虹吸管管内虹吸破坏，虹吸管停止排水，每一个调蓄池的左侧l、右侧r虹吸管分别受控制单元单独控制。

10、所述的溢流堰设置在两个相连的调蓄池之间的高位调蓄池一侧，溢流堰顶距池底的高度h为蓄水深度，溢流堰与低位调蓄池之间的池壁设置有溢流口，高位调蓄池的蓄水高出溢流堰顶时，漫过溢流堰通过溢流口流入低位调蓄池。

11、所述的初级池、中间池的下游端底部设有虹吸管入口集水槽，虹吸管的入口低于虹吸管入口集水槽顶100~200mm，中间池和末级池的上游底部设有虹吸管出口集水槽，虹吸管的出口低于虹吸管出口集水槽顶100~200mm。

12、所述的虹吸管上部弯管的管底高出溢流堰顶50~100mm。

13、所述的调蓄池内设置有水位计。

14、所述的排水管上设置有流量计。

15、一种下穿通道错峰调蓄防涝系统的调蓄方法，是一种根据水深流量动态调蓄的方法，在整个降雨过程中，根据降雨量动态调整调蓄池排入泵站的流量，在降雨初期降雨量较小时，将汇入调蓄池的水排入泵站，减少调蓄池中的蓄水量，当降雨量增大时，减小调蓄池的水排入泵站的流量，在降雨量达到峰值时，控制调蓄池排入泵站的流量不超过泵站设计排水量，降雨峰值过后，降雨量减小，再将调蓄池的水排入泵站，达到错峰调蓄的目的，调蓄步骤如下：

16、a.参数设定，根据泵站的设计流量q，控制单元设定一个阈值e，阈值流量为eq，流量计实际检测的实际流量为qc，控制单元为每一个调蓄池设定一个第一水位h1和第二水位h2；

17、b.降雨初期，降雨量较小，连接初级池和中间池的截流槽汇集的雨水排入池中存蓄，连接末级池的截流槽和隧道收水口汇集的雨水排入池中，通过排水管排向泵站；

18、c. 当实际流量qc＜阈值流量eq，a、b两个方向的初级池、中间池中任意一个的水位h＞h1时，l侧虹吸管虹吸排水，将该池的蓄水排向下位调蓄池，串接的初级池、中间池逐级排水，排至末级池后通过排水管排向泵站；

19、d.当实际流量qc＜阈值流量eq，初级池、中间池中任意一个的水位h＞h2时，r侧虹吸管虹吸排水，采用双管加快蓄水排放；

20、e. 在步骤d状态下，如果降雨量未持续增大，当任意一个中间池的水位h降低至h＜h1时，且该池的水深z＜上位调蓄池的水深z时，l侧虹吸管停止排水，r侧虹吸管继续排水，双侧排水改为单侧排水；

21、f.在步骤d双侧排水状态下，如果降雨量增大，当实际流量qc＞阈值流量eq，实际流量qc＜设计流量q时，继续双侧虹吸管排水；

22、g.降雨量继续增大，当实际流量qc＞设计流量q时，a方向引道调蓄池的虹吸管停止排水，雨水在调蓄池的存蓄，b方向引道下调蓄池的虹吸管继续排水；

23、h.降雨量达到峰值时，当实际流量qc＜设计流量q时，继续维持a方向调蓄池蓄水，b方向调蓄池的虹吸管排水，当a方向任意一个调蓄池水位h≥h，水满溢流时，a、b两个方向互换，b方向调蓄池蓄水，a方向调蓄池的虹吸管排水；

24、i. 降雨量达到峰值时，当实际流量qc＞设计流量q时，a、b两个方向的调蓄池都停止排水，全部初级池、中间池进入蓄水状态，末级池汇水范围的雨水排入泵站；

25、j.降雨量峰值过后，降雨量逐渐减小，开启a、b两个方向调蓄池的虹吸管排水，控制在实际流量qc＞阈值流量eq，实际流量qc＜设计流量q范围内排水；

26、k.降雨结束后，如果调蓄池内有存水，继续a、b两个方向调蓄池的虹吸管排水，控制在实际流量qc＞阈值流量eq，实际流量qc＜设计流量q范围内将蓄水排空，以利于下次降雨调蓄。

27、本发明的有益效果是：

28、调蓄池设置在引道下不额外占用土地，可以获得较大容积，对整个降雨过程动态调蓄，控制单元根据降雨量动态控制调蓄池排入泵站的流量，使暴雨峰值时间段的雨水经过错峰调蓄，消减降雨峰值时排入泵站的流量，防止下穿通道内涝积水内涝，有效地应对极端天气的降雨，避免交通堵塞、车辆被淹造成财产损失甚至人员伤亡事故的发生。

29、调蓄池相对于泵站的集水池位置较高，存蓄在调蓄池的雨水依靠重力流排放到泵站集水池，不增加泵站的提升扬程，不额外增加泵站的抽水功耗。防止泵站超过排放量排放不及造成下穿通道内涝。