[发明专利]实现城市有序排水的防涝方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现城市有序排水的防涝方法及其系统。

背景技术

在城市排水系统中，不同区域的地势差异显著影响着相应区域排水管道的排水能力以及在强降雨中的排水效果。根据流体力学有关理论，在水头压力作用下，管路中的水流流量随水头压力的升高而增大。所以，当各排水管路均为同一管径时，高地势区域由于较高的水头压力，管路具有更强大的排水能力，短时强降雨时，地表雨水汇入集水井后被排水管路快速排走；而地势低洼地带水头压力低，管路排水能力相对较弱，雨水难以及时排走而大量滞留。目前我国城市排水管网布局多为“连通器”型式(即在城市局部地区，高、低地势区域的排水管网共用同一主管路)，当雨量超过排水管网的负荷时，雨水从地势低洼区域集水井外溢，导致内涝灾害。另一方面，地表雨水在重力作用下从高地势区域流向地势低洼区域，加重低洼地带排水管网的负担，增加低洼地带内涝灾害的发生几率。

综上所述，城市遭遇短时强降雨时，地势低洼区域管网面临的排水负担高于高地势区域，而排水能力却弱于高地势区域。地下管网的这种排水状态对缓解城市内涝是极为不利的。在不改变地下管网条件下，适当削弱高地势区域的排水能力，让地势低洼区域优先排放是改变这种排水状态的一条有效途径。

发明内容

为了解决在城市遭遇强降雨时现有排涝方式不能有效限制高地势区域的雨水排放速度、极易造成低地势区域内涝灾害的不足，本发明提供一种能够有效限制高地势区域的雨水排放速度、做到地势低洼地带优先排放、实现城市有序排水的防涝方法及其系统。

本发明采用的技术方案是：

实现城市有序排水的防涝方法，其特征在于：在城市的地下管网的集水井的出水口安装水流螺旋运动发生装置。

进一步，仅在高地势区域的集水井的出水口安装水流螺旋运动发生装置。

进一步，安装在高地势的集水井的出水口的水流螺旋运动发生装置具有比安装在低地势的集水井的出水口的水流螺旋运动发生装置更高的涡流发生系数。

上述所述的实现城市有序排水的防涝方法的系统，其特征在于：包括城市的地下管网、以及与所述的地下管网连通的集水井，所述的地下管网连接主管路，所述的集水井的出水口上安装有水流螺旋运动发生装置。

进一步，所述的水流螺旋运动发生装置是蜗壳结构、具有切向进水口和轴向出水口的且具有中空的内腔的圆台形、圆柱形、斜圆台形或斜圆柱形的外壳。

本发明的工作过程如下：

1、当降雨强度较小时，进入集水井的水量也相应较少，尚未对排水系统造成压力，无需对排水管路的雨水流量进行调节。此时，集水井内的水头较低，水流平稳通过水流螺旋运动发生装置。

2、随着降雨强度和降雨时间的增加，集水井内水位逐渐升至一定高度时，由于水流的惯性以及水流螺旋运动发生装置的结构形状的作用，水流在装置内部形成环绕装置结构轴线的螺旋运动，此时水流速度不足以维持稳定的螺旋运动形式，该螺旋运动在经过一段时间后溃灭，之后再形成，周而复始。该运动形式的出现意味着沿出水管轴向的水流速度分量减小，集水井出口管道中的流量相应减小，此时水流螺旋运动发生装置尚未被水充满，其内部仍有一定量的空气，进一步减小了水流的实际过流面积。

3、当集水井内水位进一步升高，水流螺旋运动发生装置被完全淹没，水流在装置内部及集水井出口管道中形成稳定的螺旋运动，沿出水管道轴向的运动速度进一步减小。与此同时，少量的空气被限制在螺旋运动水流的中心部位，这将对水流产生背压，并减小排水管道中水流的过流面积。在以上因素的共同作用下，排出集水井的流量被有效遏制。

4、降雨结束后，随着集水井内水位的下降，排水管道中水流的螺旋流动形式逐渐消失，排水系统恢复正常状态。

当短时间集中降雨时，高地势区域以及该区域内的集水井暂时储水不至于引起当地的内涝。城市内涝往往表现在个别低地势区域重复地内涝，而不是全部区域的内涝。本发明发现，城市内涝的成因包括排水顺序上的无序，由此导致低地势区域排水不畅，而高地势区域的集水井的储水能力没有得到充分利用，城市排水设施的整体效率下降。本发明创造性地实施了城市排水设施在排水顺序上的有效管理，提高了城市排水设施的使用效率。

本发明的有益效果体现在：