绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统、方法及控制器与流程

[0001]
本发明属于绿化屋顶技术领域，尤其涉及一种绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统、方法及控制器。


背景技术：

[0002]
目前，随着人类社会前进的步伐，城镇化与工业化社会迅速发展，虽然这为人类带来了巨大的经济效益，但一些负面影响也接踵而至。陆地上植被生长的空间被更多的混凝土建筑占据，造成城市生态的破坏与能源的快速消耗。在世界各地城市热岛效应不断地扩散与加剧，洪涝灾害发生得更加频繁。为改变所面临的严峻的趋势，绿化屋顶的提出受到世界各地的剧烈反响与欢迎。绿化屋顶已经在世界上很多地区得到了或多或少的应用，不同的地区因为技术、文化和政治等因素的差异，导致推动绿化屋顶技术发展的程度是不同的。这也说明，绿化屋顶的效益体现在多个方面，可以满足不同地区的需求。
[0003]
绿化屋顶有很多好处，这已经被世界各地的专家学者证实与肯定，特别是在节能和减少地表径流等方面表现尤为突出，所以绿化屋顶的推广已经成为必然趋势，也使得它变得更加商业化。与此同时，对服务于绿化屋顶的周边产品有了更高的要求。如今被关注较高的就包括屋顶绿化的种植盆、灌溉系统与监控自动化系统。
[0004]
现有技术存在的问题有：
[0005]
(1)种植盆
[0006]
现有种植盆技术已经出现了一些问题：主要是塑料材质的种植盆老化腐蚀的速度较快，使用寿命短；绿化屋顶在灌溉时，由于大量水喷溅或溢出到屋面上，破坏屋顶的防水层造成建筑漏水的危害或者是由于雨水滞留在屋顶造成屋面滴水或墙壁渗水从而破坏建筑等现象。另外，近几年发生洪涝灾害的地区越来越多，城市内排水系统不堪重负。一到汛期就变成海洋城市，造成无法估量的人员伤害和经济损失。
[0007]
(2)灌溉系统
[0008]
屋顶绿化受生长环境的限制较大，因此灌溉系统尤为重要。由于植物本身的属性，其对水的喜恶不同，所以对屋顶绿化的植物要做到精准浇灌。现在比较常用的灌溉系统有喷灌和滴灌。对于喷灌来说，如果没有比较精密的自控技术，那它将会投入使用大量人力，另一方面，喷灌的水量没有滴灌控制精密而且容易造成水的浪费。虽然滴灌更受欢迎，但是它也存在一些弊端。例如：滴灌系统造价较高，毛管滴头容易堵塞，对水质要求较高，管道容易破损漏水，需要平衡水压等。
[0009]
(3)监控系统
[0010]
垂直绿化在建筑上难以推广的原因在很大程度是由于人们担心绿色墙体长期的维护问题，要想解决这一问题，必须有一套完善的监控系统与之相匹配。一般需要监控的部分有植物的灌溉系统，植物的生长状态，墙体附近空气的温湿程度，土壤基质的干湿程度，以及对病虫害滋生的监控。由于整个建筑系统都是息息相关的，所以一体化监控尤为重要。但是，目前为止，还没有发现有非常完善的监控系统，当前面临要解决的问题有：如何将每
个环节连接起来，形成闭合环路；如何提高监控水平。
[0011]
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0012]
(1)现有的种植盆主要是塑料材质，使用寿命短，灌溉时容易大量水喷溅或溢出到屋面上，破坏屋顶的防水层造成建筑漏水的危害或者是由于雨水滞留在屋顶造成屋面滴水或墙壁渗水从而破坏建筑等现象。
[0013]
(2)现有的喷灌系统会投入使用大量人力，容易造成水的浪费，滴灌系统造价较高，毛管滴头容易堵塞，对水质要求较高，管道容易破损漏水，需要平衡水压等。
[0014]
(3)现有的垂直绿化墙体缺少完善的监控系统。
[0015]
解决以上问题及缺陷的难度为：
[0016]
一是种植盆需要寻求一种新的替代材料，要求成本较低且抗腐蚀性强，种植盆需要在水到达屋面之前进行截流，使有种植盆处的屋面做到全覆盖无裸露的地方，但现有的种植盆都是拼合在屋面上的，很难做到完全贴合不留缝隙。二是目前缺少对绿化屋顶灌溉系统的供回水装置完整地设计与研究，而对灌溉系统进行监测与控制各部分的关联性相当密切，更是需要各个部分都十分完善，并且要求设计人员对整个过程都非常了解，一旦设计不合理，不但造成高昂的费用，而且还增加系统的复杂性。
[0017]
解决以上问题及缺陷的意义为：
[0018]
设计一款合适的种植盆，不但解决了绿化屋顶自身的技术问题，还对防患城市洪涝灾害有重大意义；此外，设计一套完整的自控系统可以节省大量人力资源与能源资源，从而降低绿化屋顶的成本，推动绿化屋顶进一步应用与发展。最后增加一套雨水回收利用装置，不但对建设海绵城市做出贡献，还将雨水二次利用达到节能减排的效益。


技术实现要素：

[0019]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统、方法及控制器。
[0020]
本发明是这样实现的，一种绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统包括：
[0021]
雨水回收利用供回水模块，用于通过种植盆对雨水进行回收，通过种植盆蓄水箱和雨水回收池对雨水进行存储；
[0022]
自动监测控制模块，用于对种植盆内的土壤水分、蓄水水位和雨水回收池的水位进行实时监测，并通过控制器对各个管路内的电动阀进行控制；
[0023]
太阳能光伏板发电模块，用于通过光伏板进行光电转换，并通过蓄电池进行电能储存，为整体系统提供电力。
[0024]
进一步，所述雨水回收利用供回水模块包括：种植盆、雨水供水管、雨水回水管、雨水排水管、城市地下供水管、雨水回收池、y型过滤器、阀门、水泵和止回阀；
[0025]
所述种植盆通过雨水回水管与雨水回收池连接，所述雨水排水管和城市地下供水管与雨水回收池连通，所述雨水回收池依次通过y型过滤器、阀门、水泵、止回阀和雨水供水管连接。
[0026]
进一步，所述种植盆包括母盆和子盆；
[0027]
所述母盆和子盆中间均设置有过滤板，所述过滤板上端预留铺设有基质层，所述母盆和子盆在过滤板下侧设置有蓄水箱，所述蓄水箱侧面上端开设有溢流管；
[0028]
所述母盆上端设置有遮雨板，所述子盆上端设置有接水沿，所述母盆和子盆相互搭接摆放在屋顶，母盆的遮雨板位于子盆的接水沿上部。
[0029]
进一步，所述自动监测控制模块包括：种植盆水位监测计、土壤水分传感器、雨水供水管电动阀、雨水回水管电动阀、城市地下供水管电动阀、雨水回收池水位监测计和控制器；
[0030]
所述土壤水分传感器放置在种植盆内，用于监测土壤的干湿程度，所述种植盆水位监测计设置在种植盆的基质层上部，用于对种植盆的水位进行监测；
[0031]
所述控制器分别通过连接线路与种植盆水位监测计、土壤水分传感器、雨水供水管电动阀、雨水回水管电动阀、城市地下供水管电动阀和雨水回收池水位监测计连接。
[0032]
进一步，所述太阳能光伏板发电模块包括：太阳能光伏板、蓄电池和逆变器；
[0033]
所述太阳能光伏板通过连接线路与控制器连接，所述控制器通过连接线路依次与蓄电池和逆变器连接，所述逆变器与水泵连接。
[0034]
本发明的另一目的在于提供一种绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法，所述绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法包括：
[0035]
步骤一，母盆与子盆相互搭接摆放在屋顶，母盆的遮雨板位于子盆的接水沿上部，当雨水落下时，母盆的遮雨板遮挡住雨水，被挡住的雨水则沿着接水沿流入种植盆内可用于灌溉植物；
[0036]
步骤二，雨水回水管电动阀呈现常开状态，雨水供水管电动阀呈现常闭状态，当植物处于缺水状态时，土壤水分传感器将信号传送到控制器中，控制器将会控制水管电动阀，将常开的雨水回水管电动阀关闭，常闭的雨水供水管电动阀打开；
[0037]
步骤三，控制器发动蓄电池为水泵供电，水泵启动后由雨水回收池向屋顶种植盆供水，当种植盆中的水位达到最高设定水位时，水位传感器将信号传递给控制器，停止供水，水泵关闭，水管电动阀恢复常态；
[0038]
步骤四，若出现雨水回收池枯竭状况时，雨水回收池中的水位传感器发送信号给控制器，此时控制器将城市地下供水管电动阀打开为雨水回收池蓄水，雨水蓄水池达到最高水位后，停止蓄水。
[0039]
进一步，步骤一中，所述种植盆内的过量雨水一部分储存在种植盆蓄水箱内，剩余的则通过种植盆溢水管汇集到雨水回水管中排到雨水回收池，若雨水回收池也蓄满雨水，最后通过雨水排水管排入城市地下排水系统中。
[0040]
进一步，蓄电池通过太阳能光伏板发电模块供电，太阳能光伏板发电模块将部分电能储存在蓄电池中，多余电量接入电网中供日常用电。
[0041]
本发明的另一目的在于提供一种控制器，所述控制器实施所述的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法。
[0042]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法。
[0043]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0044]
本发明采用的组合容器式种植盆有很好的实用性，首先选用了不锈钢材料，即使是长期处于风吹日晒的环境中，仍具有较长的使用寿命，此外还增加了绿化屋顶的承风能
力，降低种植盆坠落的危险。其次，由于母盆添加了防水遮雨板，子盆有相应的接水沿，两者配合使用，可以达到布置有种植盆的屋面处全覆盖，不会造成屋顶水的渗漏现象，并且根据种植的植物特性对密度的要求，可以在定做该种植盆时，调节防水遮雨板的长度和种植盆的高度。
[0045]
本发明在灌溉过程中做到了不浪费、不过量，使屋顶雨水完全被利用，既减少灾害又节省了资源。
[0046]
本发明用太阳能发电，同时利用自控系统，做到精准预测，杜绝浪费。这是一套具有完整精密的监控系统，既可以节省人力，又能及时反馈植物生长状态。
[0047]
本发明还具有蓄水和排水功能，在雨天，降水量较小时，该种植盆的蓄水箱可以将雨水储存起来，当植物缺水时可以供给水分；降水量较大时，该种植盆的蓄水箱可以滞留一部分雨水，多余的雨水则通过溢流管排到雨水回收池或城市地下排水系统中，这种将雨水收集并统一处理的方式，可以很好地推迟城市排水系统流量达到峰值的时间，优化城市水系统排水能力，缓解城市内涝压力。
[0048]
本发明利用一套系统就解决了以上诸多问题，并且结构简单、成本低、效果佳，安装方便。
[0049]
相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：
[0050]
本发明实操性强，系统全面完善，利用现有的一些技术手段可以实现多方面的优化，将安全、防患、节能以及高度自动化的理念运用其中。在该发明中运用到的传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术、太阳能光伏发电技术等多种高新技术都已经发展比较成熟，应用广泛，因此整个系统在实现过程中没有技术困扰，系统运作的整个流程简洁明了，从而能使绿化屋顶的灌溉更加科学精准，走向智能化。更重要的是绿化屋顶灌溉系统为城市内雨水系统的管理提供了一种新的途径，其中雨水回收储存功能，能够大大降低城市的内涝灾害，当汛期来临时，能够削减屋顶雨水径流量和调控洪峰。此外，被储存的雨水还可以应用到浇灌，冲洗等多个方面。该发明将多个领域结合起来，综合考虑，一举多得，可实现效益最大化。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052]
图1是本发明实施例提供的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统连接原理图。
[0053]
图2是本发明实施例提供的雨水回收利用供回水模块连接原理图。
[0054]
图3是本发明实施例提供的太阳能光伏板发电模块连接原理图。
[0055]
图4是本发明实施例提供的自动监测控制模块连接原理图。
[0056]
图5是本发明实施例提供的种植盆母盆的结构示意图。
[0057]
图6是本发明实施例提供的种植盆子盆的结构示意图。
[0058]
图7是本发明实施例提供的母盆和子盆拼接的效果图。
[0059]
图中：1、遮雨板；2、基质层；3、蓄水箱；4、溢流管；5、过滤板；6、接水沿；7、水分传感器；8、种植盆水位传感器；9、逆变器；10、蓄电池；11、太阳能光伏板；12、控制器；13、雨水供水管电动阀；14、雨水回水管电动阀；15、城市地下供水管电动阀；16、雨水回水管；17、雨水供水管；18、雨水排水管；19、城市地下供水管；20、雨水回收池；21、雨水回收池水位传感器；22、y型过滤器；23、蝶阀；24、水泵；25、止回阀。
[0060]
图8是本发明实施例提供的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法流程图。
[0061]
图9是发明实施例提供的绿化屋顶雨水回收利用灌溉装置与传统绿化屋顶灌溉装置对比示意图
[0062]
图10是传统草坪式屋顶绿化种植盆
[0063]
图11是传统草坪式屋顶绿化示意图。
[0064]
图12是传统草坪式屋顶绿化海绵特性测量对比实验装置。
[0065]
图13是传统草坪式屋顶绿化实验实物图。
具体实施方式
[0066]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0067]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统、方法及控制器，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0068]
如图1所示，本发明实施例提供的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制系统包括雨水回收利用供回水模块、自动监测控制模块和太阳能光伏板发电模块。
[0069]
如图2所示，本发明实施例中的雨水回收利用供回水模块包括：种植盆、雨水供水管、雨水回水管、雨水供水管电动阀、雨水回水管电动阀、雨水排水管、城市地下供水管、城市地下供水管电动阀、雨水回收池、y型过滤器、阀门、水泵和止回阀。
[0070]
如图3所示，本发明实施例中的自动监测控制模块包括：种植盆水位监测计、土壤水分传感器、雨水供水管电动阀、雨水回水管电动阀、城市地供水管电动阀、雨水回收池水位监测计、太阳能蓄电池和控制器。
[0071]
如图4所示，太阳能光伏板发电模块包括：光伏板、控制器、蓄电池、逆变器
[0072]
如图5至图7所示，本发明实施例中的种植盆包括母盆和子盆；
[0073]
母盆和子盆中间均设置有过滤板，过滤板上端预留铺设有基质层，母盆、子盆在过滤板下侧均设置有蓄水箱，蓄水箱侧面上端均开设有溢流管；母盆上端设置有遮雨板，子盆上端设置有接水沿，母盆和子盆相互搭接摆放在屋顶，母盆的遮雨板位于子盆的接水沿上部。
[0074]
如图8所示，本发明实施例提供的绿化屋顶雨水回收利用及自动浇灌控制方法包括：
[0075]
s101，母盆与子盆相互搭接摆放在屋顶，母盆的遮雨板位于子盆的接水沿上部，当雨水落下时，母盆的遮雨板遮挡住雨水，被挡住的雨水则沿着接水沿流入种植盆内可用于灌溉植物以及雨水收集；
[0076]
s102，雨水回水管电动阀呈现常开状态，雨水供水管电动阀呈现常闭状态，常态下
用来回收雨水，当植物处于缺水状态时，土壤水分传感器将信号传送到控制器中，控制器将会控制水管电动阀，将常开的雨水回水管电动阀关闭，常闭的雨水供水电动阀打开；
[0077]
s103，控制器发动蓄电池为水泵供电，水泵启动后由雨水回收池向屋顶种植盆供水，当种植盆中的水位达到最高设定水位时，水位传感器将信号传递给控制器，停止供水，水泵关闭，水管电动阀恢复常态；
[0078]
s104，若出现雨水回收池枯竭状况时，雨水回收池中的水位传感器发送信号给控制器，此时控制器将城市地下供水管电动阀打开为雨水回收池补水，雨水蓄水池达到设定水位后，供水管电动阀关闭，停止补水。
[0079]
本发明在使用中，首先新型种植盆能够很好地将雨水收集，实现过程为母盆与子盆相互搭接摆放在屋顶，母盆的遮雨板位于子盆的接水沿上部，当雨水落下时，母盆的遮雨板遮挡住雨水，防止其落到屋面上，被挡住的雨水则沿着接水沿流入种植盆内，可用于灌溉植物，过剩的雨水一部分储存在种植盆蓄水箱内，剩余的则通过种植盆溢水管汇集到雨水回水管中，再进一步排放到雨水回收池，若雨水回收池也蓄满雨水，最后通过雨水排水管排入城市地下排水系统中。此时，雨水回水管电动阀呈现常开状态，雨水供水管电动阀呈现常闭状态。雨水补水的过程为：在种植盆中放置一个土壤水分传感器，用于监测土壤的干湿程度，当植物处于缺水状态时，传感器将信号传送到控制器中，控制器将会控制水管电动阀，将常开的雨水回水管电动阀关闭，常闭的雨水供水电动阀打开，此时，控制器发动蓄电池为水泵供电，中途需要经过逆变器将直流电转化成交流电。水泵启动后，由雨水回收池向屋顶种植盆供水，在种植盆内还放置了一个水位传感器，当种植盆中的水位达到最高设定水位时，水位传感器将信号传递给控制器，停止供水，水泵关闭，水管电动阀恢复常态。若出现雨水回收池枯竭状况时，雨水回收池中的水位传感器发送信号给控制器，此时控制器将城市地下供水管电动阀打开，为雨水回收池补水。雨水蓄水池达到设定水位后，停止补水。太阳能光伏板发电系统将部分电能储存在蓄电池中，多余电量可接入电网中供日常用电。
[0080]
接下来，考虑多种天气情况下，绿化屋顶雨水回收自动灌溉系统的工作过程，以及其它附加价值的应用过程。
[0081]
1.雨天，雨量较少时：
[0082]
在这种天气条件下，雨水全部被滞留在系统内，一开始雨水会被植物和基质吸收，当两者达到饱和状态时，雨水则通过过滤板流到蓄水箱中，若蓄水箱蓄水也达到饱和，则收集到的雨水通过溢流管汇集到雨水回水管中，再流入雨水回收池，最终储存在里面。
[0083]
2.雨天，雨量较大时：
[0084]
在这种天气条件下，雨水部分被滞留在种植盆内，大部分的雨水会被统一排放管理。一开始雨水会被植物和基质吸收，当两者达到饱和状态时，雨水则通过过滤板流到蓄水箱中，当蓄水箱满，水位超过溢流管，此时，雨水会顺着溢流管排出。引流管会将每个种植盆的溢流管连接起来，使溢流出来的水汇集到一起，流入到雨水回收池，待到雨水回收池满后，多余的雨水通过雨水回收池的排水管，自动排入城市地下排水系统中，进行统一排放。
[0085]
3.晴天
[0086]
当天气条件为晴天时，植物则需要更多的水分维持生命特征，这时，可以利用之前回收起来的雨水，为植物自行补充水分。开始时，使用的是蓄水箱中的水，当蓄水箱中的水位下降到最低水位时，无法满足植物的需求，土壤的干湿度反映了植物的需水状态。当植物
处于缺水状态时，水分传感器将信号传送到控制器中，控制器将会控制水管电动阀，将常开的雨水回水管电动阀关闭，常闭的雨水供水电动阀打开，此时，控制器发动蓄电池为水泵供电，中途需要经过逆变器将直流电转化成交流电。水泵启动后，由雨水回收池向屋顶种植盆供水，在种植盆内还放置了一个水位传感器，当种植盆中的水位达到最高设定水位时，水位传感器将信号传递给控制器，停止供水，水泵关闭，水管电动阀恢复常态。若长时间处于晴天，出现雨水回收池枯竭状况时，雨水回收池中的水位传感器发送信号给控制器，此时控制器将城市地下供水管电动阀打开，为雨水回收池补水。雨水蓄水池达到设定水位后，停止蓄水。该自控系统的一切用电均可来自于太阳能光伏板发电系统。
[0087]
4.雪天
[0088]
在北方寒冷地区的冬季经常会有雪天的情况，即使在夏热冬冷的南方地区，也可能出现极端天气下雪的情况。当雪花落到屋顶时，种植盆就相当于盛雪容器，它暂时将雪储存起来，等雪融化后，雪水就可以被回收利用，其过程和雨水回收过程一致。
[0089]
5.汛期
[0090]
绿化屋顶雨水回收自动灌溉系统的优势在防汛期间的效果非常显著，当有强降水或连续性降水时，城市内排水系统会在短时间内就达到饱和状态，雨水径流量超过城市排水能力致使发生城市内涝现象。此时，绿化屋顶雨水回收装置成为了一种良好的海绵体，起到调控洪峰的作用。第一次强降雨来临时，种植盆内的蓄水箱和雨水回收池可以储存一部分雨水，为城市排水系统减缓压力。当城市内排水系统恢复正常状态时，再将绿化屋顶雨水回收装置中储存的雨水排走，从而为迎接第二次洪峰的来临做准备，最终结果可以减少洪涝灾害的次数，所以可以利用此方式来支持海绵城市的建设。
[0091]
6.旱期
[0092]
当出现长期不下雨，太阳暴晒等情况时，雨水回收池可能出现枯竭的状态，此时，自动灌溉系统将利用城市供水水源为植物灌溉，具体过程同情况3描述基本一致。
[0093]
7.其他附加应用
[0094]
考虑到雨水长期滞留在雨水回收池中可能会使水质变得很差，造成水污染等有害影响，所以，如果雨水回收池修建得相对较大，当雨水储存量较多时，可以在本发明的基础上增加一些相应的装置，将雨水用作其他用途，这样既能充分利用雨水的价值，又能够使雨水回收池中的水得到置换，防止水质恶化。如上所述，在雨水回收池侧可以增加一条支路，将回收的雨水用于浇灌周边绿化或清洗路面等用途，甚至可用于卫生间冲洗。
[0095]
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0096]
根据相关学者对绿化屋顶雨水径流量的研究结果，对于传统绿化屋顶，其雨水径流量可以用下式计算：
[0097]
q＝r-v-s
1-e-s2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0098]
式中，q为一次降雨事件的径流量，mm；r为降雨量，mm；v为植被的雨水截留量，mm；s1为土壤的雨水截留量，mm；e为土壤的雨水蒸发量，mm；s2为排水层结构雨水截留量，mm；r通过翻斗式雨量仪测量，其余参数通过经验公式估算，其中植被截留雨量计算公式为：
[0099]
[0100]
式中，a为叶面上平均最大持水深度，mm，一般取值为0.2；veg为植被盖度，一般取值为1；lai为叶面积指数，根据前人测量的经验值范围，确定简易型绿化屋顶lai值为2.5。
[0101]
土壤截留雨量通过下式计算：
[0102]
s1＝δw1·
h
[0103]
式中，δw1为每次降雨结束后，土壤湿度增加值，m3/m3；h为土壤厚度，mm。
[0104]
蒸发量估算方法为：根据非降雨天土壤湿度日变化值，估算全年土壤日蒸发量，并统计春、夏、秋、冬四个季节平均每小时蒸发量，再根据降雨发生的季节及历时，推算土壤蒸发量，计算公式如下：
[0105][0106]
e1＝δw2·
h
[0107]
式中，e为一次降雨事件中，绿化屋顶的蒸发量，mm；e1为非降雨天的日蒸发量，mm；δw2为非降雨天每天土壤湿度减少量，m3/m3；h为土壤厚度，mm；t为降雨历时，h。
[0108]
排水层结构雨水截留量按下式计算：
[0109][0110]
式中，s
2max
为排水层结构最大雨水截留量，mm。其余符号意义与式(1)中相同。
[0111]
参考前人的研究成果，本发明的具有雨水回收利用自动控制浇灌系统的绿化屋顶的雨水径流量计算公式可修改为：
[0112]
q＝r-v-s
1-e-c-p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0113]
式中，c为种植盆内蓄水箱的蓄水量，mm；p为雨水池的蓄水量，mm。其余符号与式(1)中相同。
[0114]
其中种植盆蓄水箱蓄水公式为：
[0115][0116]
式中，f为种植盆内侧底部面积，m2；n为屋顶布置种植盆个数；a为屋顶总面积，m2；h为蓄水高度，mm；h
max
为蓄水箱内最大蓄水高度。
[0117]
雨水回收池的蓄水公式为：
[0118][0119]
式中，l、w分别为雨水池内侧的长与宽，mm；a为屋顶总面积，m2；h为蓄水高度，mm；h
max
为雨水回收池内最大蓄水高度。
[0120]
以下举例说明本发明在削减屋面雨水径流量方面的优势：
[0121]
如图9所示，图的左侧是传统绿化屋顶模式，右侧是本次发明的一种具有雨水回收利用装置的绿化屋顶模式。
[0122]
首先，以草坪式容器屋顶绿化为例，对于传统草坪式绿化屋顶种植盆的蓄水性进行了实验测量，如图10～图13所示。本次实验中采用的容器式屋顶绿化植物盆为尺寸规格500mm*500mm*65mm的黑色聚乙烯方形草坪式屋顶绿化种植盆容器。如图10，生长基质厚度为50～60mm。实验结果表明，第一阶段的实验中，当降雨强度为1.314kg/(h*m2)时，绿化屋顶植被和基质层蓄水量为降雨量的53％，第二阶段实验，当降雨强度为2.421kg/(h*m2)时，绿化屋顶植被和基质层蓄水量为降水量的38％。
[0123]
接下来假定有一个150m2面积的屋顶进行绿化改造，分别使用传统草坪式屋顶绿化种植盆和本发明给出的带有雨水回收装置的草坪式屋顶绿化种植盆。假定传统草坪式屋顶绿化所选种植盆与实验所用的种植盆的长宽尺寸相同，都为500mm*500mm，但传统种植盆的高度为65mm，材料为聚乙烯，而带有雨水回收装置的种植盆的高度为130mm，材料为不锈钢，其中生长基质厚度与传统的一致，都是50～60mm，蓄水箱的高度为60mm，蓄水箱底部到溢流口底部的距离为50mm。考虑到边缘与壁厚，假设每个种植盆占地面积为525mm*525mm，则150m2的屋顶需要种植盆544个。
[0124]
以下是两种方案(如图9)在实验条件下两种情境的雨水回收效率的计算：
[0125]
方案1，传统屋顶绿化：
[0126]
情景一，降雨量为1.314kg/h*m2，则日降雨量r1为31.536mm，属于中到大雨范畴。
[0127]
雨水径流量为：
[0128]
q1＝r
1-53％r
1-s2＝31.536-53％
×
31.536-4.3＝10.522mm
[0129]
式中，53％为传统绿化屋顶植被和基质层对雨水滞留能力的实验所得数据，参考其它文献，s2取经验值4.3mm。
[0130]
屋顶蓄水量为：m1＝150(r
1-q1)＝150
×
(31.536-10.522)＝3152.1kg
[0131]
情景二，降雨量为2.421kg/h*m2，则日降雨量r2为58.104mm，属于大到暴雨范畴。
[0132]
雨水径流量为：
[0133]
q2＝r
2-53％r
2-s2＝58.104-38％
×
58.104-4.3＝31.724mm
[0134]
式中，38％为传统绿化屋顶植被和基质层对雨水滞留能力的实验所得数据。
[0135]
屋顶蓄水量为：m2＝150(r
2-q2)＝150
×
(58.104-31.724)＝3957kg
[0136]
方案2，带有雨水回收装置的屋顶绿化：
[0137]
情景一，降雨量为1.314kg/h*m2，则日降雨量r1为31.536mm，属于中到大雨范畴。
[0138]
屋顶雨水最大径流量质量为：4730.4kg。
[0139]
屋顶最大蓄水质量：
[0140]
m3＝544
×
0.5
×
0.5
×
50+150
×
31.536
×
53％＝9307.112kg
[0141]
由于9307.112kg大于4730.4kg，所以屋顶雨水径流量为0。式中，53％为绿化屋顶植被和基质层对雨水滞留能力的实验所得数据。
[0142]
情景二，降雨量为2.421kg/h*m2，则日降雨量r2为58.104mm，属于大到暴雨范畴。
[0143]
屋顶雨水最大径流量质量为：8715.6kg。
[0144]
屋顶最大蓄水质量：
[0145]
m4＝544
×
0.5
×
0.5
×
50+150
×
58.104
×
38％＝10111.928kg
[0146]
式中，38％为绿化屋顶植被和基质层对雨水滞留能力的实验所得数据。由于10111.92kg大于8715.6kg，所以屋顶雨水径流量为0。
[0147]
以情景二为例，在带有雨水回收装置的绿化屋顶模式中，可能达到的最大蓄水量为：
[0148]
m＝m4+m5[0149]
式中，m4为情景二中绿化屋顶种植盆最大蓄水量，m5为雨水回收池最大蓄水量。
[0150]
关于雨水回收池的蓄水量的确定，由于雨水回收池的尺寸与可用场地的大小有关，所以假设雨水回收池所能容纳的最小水量为满足绿化屋顶一次灌溉的水量。即m5＝m4＝10111.92kg，所以m＝20223.84kg，可以承受的降雨强度为134.826mm，属于大暴雨的范畴。
[0151]
方案2与方案1比较，在情景一与情景二的情况下，传统绿化屋顶的蓄水率分别为66.63％和45.4％，而带有雨水回收装置的绿化屋顶蓄水率均为100％。
[0152]
当在极端天气下，降雨强度大于134.826mm达到特大暴雨时，带有雨水回收装置的绿化屋顶与传统绿化屋顶比可以增加蓄水量为：
[0153]
δm＝m-m2＝20223.84-3957＝16266.84kg
[0154]
可以使削减屋顶径流量增加108.446mm。
[0155]
综上所述，带有雨水回收装置的绿化屋顶的蓄水潜力非常显著，可到达到传统屋顶的5倍多，且降雨强度越大，该装置的优势越明显。除此之外，收集起来的雨水可以被二次利用，从而可节省城市自来水消耗量16吨/每次。
[0156]
在本发明中，图11是传统草坪式屋顶绿化示意图。图12是传统草坪式屋顶绿化海绵特性测量对比实验装置。图13是传统草坪式屋顶绿化实验实物图。
[0157]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0158]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。