一种城市群绿地生态涵养节水装置

技术领域

本发明涉及园林养护、雨水收集利用、海绵城市建设等领域，特别是涉及一种城市群绿地生态涵养节水装置。

背景技术

随着城市化进程的加快，城市绿地作为重要绿色基础设施，在改善城市生态环境质量、减轻城市热岛效应、调蓄雨洪、调节城市生态平衡等方面具有重要的生态功能。

常规绿地草根较浅，其所需水分主要通过地表灌溉获得，一般养护条件下，草坪草每天的典型耗水量为2.5～7.5毫米，最大值为12毫米。草坪灌溉用水已经成为许多城市景观设施用水的一个重要途径。水分成为制约草坪草成坪、生长及维持颜色青绿的主要环境因子，天然水资源数量有限，且时空分布极不均匀等极大地限制了绿地草坪的建植，增加了保养难度。而常规绿地在降雨或灌溉时土壤中水分饱和后即下渗或排走，更加剧了水资源的浪费。

一方面，当前城市绿地养护中耗水量大，灌溉频率高，导致养护成本高，水资源浪费严重。另一方面城市中全年66％的降雨量集中在6～9月4个月内，这期间降雨频繁且雨量大，大部分降雨量由于来不及下渗而形成地表径流排放，造成水资源的浪费。城市绿地的雨水利用就显得格外重要，不仅可有效地防治内涝，净化地表径流，减少面源污染，还能涵养地下水，使其接近原始的自然生态系统，城市与自然可以更好地结合。

对已建成绿地而言，如果对绿地的节水性能进行重新改造则需彻底进行重新铺设，工程量巨大且成本较高，因此如何解决绿地的节水养护问题是当前发展节约型城市的重要内容之一。

发明内容

本发明的目的是提出一种城市群绿地生态涵养节水装置，以显著缩短灌溉时间和频率，降低灌溉用水量，解决常规绿地灌溉耗水量大、资源浪费、养护频率高、养护成本高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种城市群绿地生态涵养节水装置，包括整体截面为正六边形的柱状体壳体，所述柱状体壳体的上部设有渗灌单元，所述渗滤单元的中心设有第一储水单元，所述第一储水单元下部设有至少一个依次与所述第一储水单元连通的第二储水单元；所述城市群绿地生态涵养节水装置还包括连通第一储水单元的第一输水管网、连通第二储水单元的第二输水管网以及设置在所述渗灌单元内的第三输水管网；

所述第一输水管网包括围绕设置在所述第一储水单元外周内壁垂直间隔排列的第一竖管以及呈放射状散布在所述渗灌单元内侧分区的第一横管，所述第一竖管底部均与所述第一储水单元内腔底部相连通，所述第一横管与第一竖管连通；

所述第二输水管网包括经纬交错相互连通的第二横管与第二竖管，所述第二横管为设置在所述第二储水单元内的多层、多圈圆形管道，所述第二竖管垂直于第二横管排列设置且与所述第二横管内腔底部相连通，所述第二横管通过第二竖管与上部相邻的储水单元相连通；

所述第三输水管网包括由渗灌单元内侧向外侧延伸至最外侧的第三横管，所述第三横管为开口朝下的敞口管。

优选地，所述渗灌单元包括外侧轮廓为正六边形且顶角部分向外突出的外层以及正六边形几何中心为圆心的空心圆柱体的内层，所述渗灌单元以横截面的几何中心向正六边形各边的垂线为分界线分为六个辐射灌溉区，每个相邻的辐射灌溉区之间设置有格栅，所述渗灌单元自内而外依次设有通气保水缓释层、水分通道层、风积沙填充层，所述通气保水缓释层与水分通道层、所述水分通道层与风积沙填充层之间均设有格栅；

所述第一储水单元包括设置在所述渗灌单元中心的导流柱集群、固定所述导流柱集群底部的支架、设置在所述导流柱集群下侧对开的两块半圆形盖板、设置在底部中央的第一喇叭状凸起，所述第一喇叭状凸起顶端设有若干开孔；

所述第二储水单元的底部中央设有第二喇叭状凸起，且除最底部的第二喇叭状凸起外，其他所有第二喇叭状凸起顶端设有若干开孔。

优选地，所述外层的顶角部分向外突出1～1.5cm，所述外层的六边形正对边垂直距离为5～6cm；所述外层的突出部分外部轮廓为凹凸不平结构，且设置有孔隙率为65～85％的开孔；所述内层的直径为1cm；所述渗灌单元的高度为10～15cm。

优选地，所述通气保水缓释层由体积比为5:4:1的风积沙、半腐熟锯末和吸水纤维混合铺设而成；所述水分通道层由体积比为7:3的风积沙和竹纤维强吸水无纺布铺设而成；所述风积沙填充层由风积沙填充铺设而成；所述竹纤维强吸水无纺布为宽度为0.2～0.5cm的细条状，沿中央向外周放射状均匀铺设。

优选地，所述渗灌单元的顶端、底部均为封闭结构，所述渗灌单元的顶端设有盖板，所述盖板水平方向为从四周向中心倾斜的凹陷结构。

优选地，所述导流柱集群为平均直径0.5～1.5mm的柱状体，顶部直径为0.5mm，向下逐渐增加至1.5mm；所述导流柱集群由长度为1～1.5cm的若干导流柱密集排列形成，相邻导流柱之间的间距为2.5～5mm；所述导流柱集群中间低四周高，平均高度与渗灌单元顶部齐平；

所述喇叭状凸起设置在所述盖板下侧1～2cm位置；所述喇叭状凸起顶端宽度为0.3～0.5cm，所述喇叭状凸起底端与第一储水单元底端为一体；

所述第二储水单元的高度为5cm，所述第二喇叭状凸起高度为4～4.5cm，所述第二喇叭状凸起底端与第二储水单元底端为一体。

优选地，所述第一竖管包括间隔排列设置的第一输水管与第二输水管；所述第一输水管的管径为5～10mm，长度较第一储水单元低1～2cm；所述第二输水管的管径为1～3mm，内壁沿管伸长方向密集设有宽度和深度为0.1～0.3mm的凹槽；

所述第一横管的管径为0.5～1mm，且每隔5～8mm沿垂直方向设置1～3根，长度为3～5mm；所述第一横管为水平向外侧下方倾斜5～8度设置。

优选地，所述第二横管围绕所述第二喇叭状凸起设置，所述第二横管的管径为3～5mm，每层中相邻的多圈圆形管道之间的间隔为3～5mm；所述第二横管从距离所述第二储水单元底部5～8mm处开始，向上每隔6～10mm设置一层第二横管；

所述第二竖管的管径为0.5～1mm，每圈第二横管间隔3～5mm设置一根第二竖管，且不同层的第二竖管为交错排列设置。

优选地，所述第三横管呈水平向外侧下方倾斜5～8度设置，所述第三横管内壁沿管伸长方向密集设有宽度和深度为0.1～0.3mm的凹槽，所述第三横管中空隙直径为0.5～1.2mm。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明的城市群绿地生态涵养节水装置通过对灌溉用水、降水等进行收集储存，在绿地需水时进行缓慢释放，显著缩短灌溉时间和频率，降低灌溉用水量，解决了常规绿地灌溉耗水量大、资源浪费、养护频率高、养护成本高等问题。

本发明的城市群绿地生态涵养节水装置在不对原有绿地地面及地下结构进行任何改造的情况下，通过在绿地中设置节水灌溉装置，即可达到高效利用雨水，减少雨水径流，有效增加地下水补给，节约水资源的目的，充分发挥城市绿地在海绵城市建设中的重要作用，可在草坪初建时进行设置，也可以是直接应用于已成坪草坪，是值得推广的绿地节水改造方法。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为城市群绿地生态涵养节水装置垂直剖面图；

图2为城市群绿地生态涵养节水装置水平剖面图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种城市群绿地生态涵养节水装置，通过对灌溉用水、降水等进行收集储存，在绿地需水时进行缓慢释放，显著缩短灌溉时间和频率，降低灌溉用水量。如图1、图2所示，其中示出了本发明的优选实施方式。

具体地，所述城市群绿地生态涵养节水装置包括整体截面为正六边形的柱状体壳体，所述柱状体壳体的上部设有渗灌单元1，所述渗灌单元1的中心设有第一储水单元2，所述第一储水单元2下部设有至少一个依次与所述第一储水单元2连通的第二储水单元7；所述城市群绿地生态涵养节水装置还包括连通第一储水单元2的第一输水管网、连通第二储水单元7的第二输水管网以及设置在所述渗灌单元1内的第三输水管网。

所述第一输水管网包括围绕设置在所述第一储水单元2外周内壁垂直间隔排列的第一竖管以及呈放射状散布在所述渗灌单元1内侧分区的第一横管，所述第一竖管底部均与所述第一储水单元2内腔底部相连通，所述第一横管与第一竖管连通；所述第二输水管网包括经纬交错相互连通的第二横管与第二竖管，所述第二横管为设置在所述第二储水单元7内的多层、多圈圆形管道，所述第二竖管垂直于第二横管排列设置且与所述第二横管内腔底部相连通，所述第二横管通过第二竖管与上部相邻的第一储水单元2或第二储水单元7相连通；所述第三输水管网包括由渗灌单元1内侧向外侧延伸至最外侧的第三横管，所述第三横管为开口朝下的敞口管。

如图1、图2所示，所述渗灌单元1包括外侧轮廓为正六边形且顶角部分向外突出的外层以及正六边形几何中心为圆心的空心圆柱体的内层，所述渗灌单元1以横截面的几何中心向正六边形各边的垂线为分界线分为六个辐射灌溉区3，每个相邻的辐射灌溉区3之间设置有格栅，所述渗灌单元1自内而外依次设有通气保水缓释层4、水分通道层5、风积沙填充层6，所述通气保水缓释层4与水分通道层5、所述水分通道层5与风积沙填充层6之间均设有格栅。

所述第一储水单元2包括设置在所述渗灌单元1中心的导流柱集群8、固定所述导流柱集群8底部的支架、设置在所述导流柱集群8下侧对开的两块半圆形盖板、设置在底部中央的第一喇叭状凸起9，所述第一喇叭状凸起9顶端设有若干开孔。所述第二储水单元7的底部中央设有第二喇叭状凸起10，且除最底部的第二喇叭状凸起10外，其他所有第二喇叭状凸起10顶端设有若干开孔。

本发明所述装置主体结构为横切面为正六边形的柱状体。所述柱状体壳体的正六边形正对边垂直距离为5～6cm，所述柱状体壳体的深度为15～35cm。高度根据草坪根系深度进行设置，一般而言，初建草坪可设置15～20cm左右，已成坪草坪可根据需要设置为20～35cm。该装置材质由耐水淹、耐腐蚀、抗压力强、自重较轻的材质，如合金、聚合树脂材料等。

所述渗灌单元1统位于该装置顶端，该系统的外侧轮廓在整个装置的正六边形轮廓的顶角部分向外突出1～1.5cm，六边形正对边垂直距离为5～6cm，内侧轮廓为以正六边形几何中心为圆心的圆形，直径为1cm。该渗灌单元1高度为10～15cm，高度根据植被根系的主要生长区间确定，如应用于建成草坪的渗灌系统应选择较高的高度，应用于初建草坪则可选择较低的高度，应用于根系分布较浅的植被区域可选择较低的高度等。

进一步，所述渗灌单元1以横截面的几何中心向六边形各边的垂线为分界线，分为六个区，每个区相邻每个区之前设置有格栅，格栅孔径为1～1.5mm，每个分区对应向装置外侧的一个辐射灌溉区3。

如图2所示，从横截面的几何中心即六边形几何中心向外侧画两个同心圆，直径分别为1.8～2cm和2.5～2.8cm，这两个同心圆将每个分区从中心向外又各分成3层。每层之间设置有格栅，格栅孔径为2～3mm。每层由内到外分别填充不同填料，所述通气保水缓释层4为风积沙、半腐熟锯末和吸水纤维的混合物，其体积比为5:4:1；水分通道层5填充风积沙和竹纤维强吸水无纺布的混合物，其体积比为7:3；所述竹纤维强吸水无纺布为宽度为0.2～0.5cm的细条状，沿中央向外周放射状均匀铺设于该区，外层分区为风积沙填充层。

风积沙的粉粘粒含量很少，表面活性很低，松散、无聚性；沙粒表面对水几乎没有物理吸附作用，最大吸水率不足1％，颗粒遇水后能保持原有骨架结构性质，沙水稳性好，风积沙的以上特性可使得以上三层结构可通过不同体积比例的风积形成稳定高效的水路通道。内侧的半腐熟锯末和吸水纤维混合物既有良好的通气保水作用，还可作为缓释性肥料随着灌溉用水为绿地植物提供一定量的有机物营养物质。竹纤维的多孔结构形成良好的输水通道，加速了水分的运输。该系统既可从中央储水系统向外测灌溉区输水，又可在降雨或灌溉时从外侧灌溉区向系统内输水进行储存，以上结构设置可达到双向输水的目的。

最外侧渗灌单元1即外轮廓顶角部分向外突出部分，所述外层的顶角部分向外突出1～1.5cm。与上述外层分区为一体结构，填充物均为风积沙，外部轮廓为凹凸不平结构，且设置有孔隙率为65～85％的开孔，以上设置可有效防止灌溉区土层颗粒堵塞开孔，同时增加接触面积，有效吸排水。优选地，所述渗灌单元1的顶端、底部均为封闭结构，所述渗灌单元1的顶端设有盖板，所述盖板水平方向为从四周向中心倾斜的凹陷结构，可作为雨水收集装置向中央储水系统蓄水。

如图1所示，所述渗灌单元1的中心设有第一储水单元2，所述第一储水单元2下部设有至少一个依次与所述第一储水单元2连通的第二储水单元7。

具体地，第一储水单元2位于渗灌单元1内侧即同心圆柱体部分，高度与渗灌单元1一致。顶部为垂直于水平线设置的导流柱集群8，所述导流柱集群8为平均直径0.5～1.5mm的柱状体，顶部直径为0.5mm，向下逐渐增加至1.5mm；所述导流柱集群8由长度为1～1.5cm的若干导流柱密集排列形成，相邻导流柱之间的间距为2.5～5mm。其顶部高度为参差不齐排列，基本高度趋势为中间低四周高，平均高度与储水系统顶部齐平。导流柱底端通过水平支架固定，导流柱结构一方面可以破坏水的表面张力，加速导流，另一方面导流柱集群可以拦截树叶、杂草等杂物进入储水系统。

导流柱集群8下方设置中间对开的两块半圆形盖板，盖板表面为水不浸润涂层，可保持干燥，一般情况下盖板为闭合状态，减少储水系统中水分蒸发损失，当水从上滴下至盖板上，盖板受重力作用开启。

所述第一储水单元2底部中央为一喇叭状凸起9，为渗灌单元1的溢流通道，凸起曲线平滑，中央为最高点，所述喇叭状凸起9设置在所述盖板下侧1～2cm位置；所述喇叭状凸起9顶端宽度为0.3～0.5cm，所述喇叭状凸起9底端与第一储水单元2底端为一体；所述第二储水单元7的高度为5cm，所述第二喇叭状凸起高度为4～4.5cm，所述第二喇叭状凸起10底端与第二储水单元7底端为一体。

第二储水单元7位于渗灌单元1和第一储水单元2下方，高度为5cm。系统底部中央为一喇叭状凸起，凸起部分曲线平滑，中央为最高点，高度约4～4.5cm，该凸起顶端有若干开孔，当第二储水单元7内水位上涨至开孔，则水由开孔留出至下层第二储水单元7。本发明可根据绿地降雨量和灌溉量需要，还可继续在下方设置更多第二储水单元7。除第一储水单元2外，其余下方第二储水单元7优选不超过4个。

所述第一输水管网包括围绕设置在所述第一储水单元2外周内壁垂直间隔排列的第一竖管以及呈放射状散布在所述渗灌单元1内侧分区的第一横管，所述第一竖管底部均与所述第一储水单元2内腔底部相连通，所述第一横管与第一竖管连通。

优选地，所述第一竖管包括间隔排列设置的第一输水管与第二输水管；所述第一输水管的管径为5～10mm，长度较第一储水单元2低1～2cm，此类输水管中的水位与储水系统持平，当水位较高时主要靠此水管进行输水。所述第二输水管的管径为1～3mm，内壁沿管伸长方向密集设有宽度和深度为0.1～0.3mm的凹槽，此类输水管可通过毛细作用向上输水。所述第一横管的管径为0.5～1mm，且每隔5～8mm沿垂直方向设置1～3根，长度为3～5mm；横管为水平方向，呈放射状散布于渗灌单元1内侧分区，所述第一横管为水平向外侧下方倾斜5～8度设置，第一横管数量随着高度增加而递增。

所述第二输水管网包括经纬交错相互连通的第二横管与第二竖管，所述第二横管为设置在所述第二储水单元7内的多层、多圈圆形管道，所述第二竖管垂直于第二横管排列设置且与所述第二横管内腔底部相连通，所述第二横管通过第二竖管与上部相邻的第一储水单元2或第二储水单元7相连通。

具体地，所述第二横管围绕所述第二喇叭状凸起10设置，所述第二横管的管径为3～5mm，每层中相邻的多圈圆形管道之间的间隔为3～5mm；所述第二横管从距离所述第二储水单元7底部5～8mm处开始，向上每隔6～10mm设置一层第二横管；所述第二竖管的管径为0.5～1mm，每圈第二横管间隔3～5mm设置一根第二竖管，每个第二竖管底部均与第二横管内腔底部相连通，第二竖管可联通上下相邻的两层第二横管，且不同层的第二竖管为交错排列设置。

每个第二储水单元7最上层的第二横管通过第二竖管与上面相邻的第二储水单元7相连通，将下层的水输向上层。

渗灌单元1的输水系统负责装置内外侧双向输水，当灌溉区即装置外侧水分含量降低且无外界灌溉时，由本装置向外侧输水，当外侧灌溉或降雨时，输水系统还可进行对内输水进行水分储备。具体地，所述第三输水管网包括由渗灌单元1内侧向外侧延伸至最外侧的第三横管，所述第三横管呈水平向外侧下方倾斜5～8度设置，以促进虹吸排水。所述第三横管为开口朝下的敞口管，为开放式通道，所述第三横管内壁沿管伸长方向密集设有宽度和深度为0.1～0.3mm的凹槽，所述第三横管中空隙直径为0.5～1.2mm，可从管下方吸水至管内并沿凹槽进行输送，第三横管的设置数量根据灌溉需要设置。

本发明的城市群绿地生态涵养节水装置通过对灌溉用水、降水等进行收集储存，在绿地需水时进行缓慢释放，显著缩短灌溉时间和频率，降低灌溉用水量，解决了常规绿地灌溉耗水量大、资源浪费、养护频率高、养护成本高等问题。

本发明的城市群绿地生态涵养节水装置在不对原有绿地地面及地下结构进行任何改造的情况下，通过在绿地中设置节水灌溉装置，即可达到高效利用雨水，节约水资源的目的，可在草坪初建时进行设置，也可以是直接应用于已成坪草坪，是值得推广的绿地节水改造方法。

本发明城市群绿地生态涵养节水装置产生上述技术效果的工作原理如下：

当进行绿地喷灌或降雨时，灌溉用水或雨水一方面通过储水单元顶端的导流柱或顺着渗灌单元的顶部盖板流入储水单元，另一方面，当外界土壤中水分饱和后，土壤孔隙中的水分将通过渗灌结构吸入渗灌单元内部。当第一储水单元中水位到达溢流口时，多余的水分将从溢流通道流入下一层第二储水单元，以此类推，直至外界供水停止。

当绿地需要灌溉时，首先由第一储水单元通过输水系统输水至渗灌单元，与此同时，渗灌单元的各分层区也逐层进行水分传输，直至辐射灌溉区。渗灌单元内部的输水横管也同时向外侧进行输水。

同时，下层第二储水单元不断通过各自输水网络系统借助毛细作用逐层向上输送水分，直至第一储水单元，以保证灌溉用水。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。