一种紧急排水井盖及紧急排水方法与流程

本发明属于城市防洪防涝领域，涉及一种紧急排水井盖及紧急排水方法，更具体地，涉及一种增强城市水资源调运以及雨洪管理能力雨水井盖设计方案。

背景技术：

近些年来，每到夏季，全国各地的城市内涝现象屡见不鲜，“家中看海”也成为公众对内涝无可奈何的自嘲。城市内涝已经公众最为关心的问题之一。城市内涝的主要危害如下：

(1)城市内涝影响了人们的正常生活，妨碍了人们的户外活动，严重的内涝将威胁人们的生命财产安全。

(2)城市内涝限制了工业制造，面对城市内涝，工厂及工程项目大面积停工，使得工业生产停滞；

(3)城市内涝阻碍了交通，使得交通运输被迫以低速进行，浪费了大量运营的时间和燃料。内涝严重时，城市内的交通运输将陷入停滞；

(4)城市内涝严重破坏环境，城市内涝使得诸多生活垃圾及工业废料随水流进入城市其它区域，对环境造成极大的污染；

(5)内涝退去后，在潮湿环境下滋生的大量细菌能够引起各种疾病，将严重威胁人们的身体健康。

目前城市內涝的原因主要是因为城市在建设排水系统过程中，对于雨洪管理调节及水资源调运方面的投入和预备不足，遇到大量降雨天气，积水汇集于地势低洼处，而城市排水能力有限，短时降雨量远大于排水量，积水将不能及时排出，导致在较大区域内形成内涝。

解决城市内涝，可以从两方面入手：一是增加排水管道数量，改进城市排水系统，但花费太高，且所用时间过长；二是增加现有排水管道的输运能力，即加快排水管道的输运速度，但是现有方案是在排水管道内壁涂刷超疏水涂料，以减小水流阻力，此种方法可以大幅度地提高排水管道的输运能力，但涂料的制备、涂刷以及维护成本偏高，不适合用于大面积地推广使用，并且已经建成投入使用的排水管道也难以直接采用该方案。

因此，亟需更加简便易行的排水管道改造方案，以期提升排水能力，减少城市内涝。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种紧急排水井盖及紧急排水方法，其目的在于，利用表面活性剂将水改性成为粘弹性流体，从而抑制水流流经排水管道过程中湍流的产生，进而降低湍流强度，减小水流阻力，能够加强城市调水能力，实现雨水在城市中快速迁移。由于井盖易于生产、安装、维护及更换，能够解决现有内涝解决方案耗时长久、劳财劳力，不利于大面积推广使用的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种紧急排水井盖，包括：盖体、过滤装置以及表面活性剂，所述表面活性剂为可溶于水的高分子聚合物材料；

所述盖体设有排水孔，所述过滤装置安装于所述盖体下方；所述表面活性剂填充于所述过滤装置中，以在水流流经所述排水孔及所述过滤装置时溶解于水中，使水变为粘弹性流体进入排水管道。

进一步地，所述表面活性剂为高级脂肪酸的盐、硫酸化物、磺酸化物或聚氧乙烯型表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述表面活性剂为聚氧乙烯型表面活性剂。

进一步地，所述表面活性剂为十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠。

进一步地，所述表面活性剂为颗粒状，所述过滤装置为网状结构且网眼直径小于所述表面活性剂的颗粒直径。

进一步地，还包括井盖座，所述井盖座设有用于安装所述过滤装置的卡口结构，所述盖体设于所述井盖座上。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种紧急排水方法，通过在井盖内设置装填有表面活性剂的过滤装置，当水流经过所述过滤装置时与所述表面活性剂接触，所述表面活性剂溶解于水中，使水成为粘弹性流体，从而抑制水流流经排水管道过程中湍流的产生，降低湍流强度，从而减小水流阻力；所述表面活性剂为可溶于水的高分子聚合物材料。

进一步地，所述表面活性剂为高级脂肪酸的盐、硫酸化物、磺酸化物或聚氧乙烯型表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述表面活性剂为聚氧乙烯型表面活性剂。

进一步地，所述表面活性剂为十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过在井盖中放置可溶于水的高分子聚合物型表面活性剂，当水流通过排水孔及过滤装置进入井管，再流入排水管道的过程中，水流与过滤装置中的表面活性剂接触，表面活性剂溶解于水中，使水成为粘弹性流体，即使得水流同时具有牛顿流体的粘性效应和弹性固体的弹性效应，降低湍流强度，减少能量损失，从而起到减阻的作用。

由于本发明是通过改变水流的物理性质来加快雨水的输运，只需要改造井盖即可实现，易于生产、安装、维护及更换，无论是既有城市排水系统还是新建城市排水系统均可以直接采用，能够解决现有内涝解决方案耗时长久、劳财劳力，不利于大面积推广使用的技术问题，投资成本小，适用性广，维护简单，见效显著。

(2)采用高级脂肪酸的盐、硫酸化物、磺酸化物或聚氧乙烯型表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合构成的表面活性剂，只需微量活性剂物质即可以大幅抑制湍流边界层，降低湍流摩擦阻力。

(3)采用聚氧乙烯型表面活性剂，溶解于水中后能够在水流动时形成三维空间网状结构，抑制湍流涡的产生，只需要浓度为几十ppm的活性剂物质即可以降低高达80％的流动阻力，降低80％的阻力等价于在不增加额外泵站的情况下，使水流量增加2倍以上，从而大幅提升管道排水能力，减少内涝灾害。此外，形成的三维网状结构还能一定程度地吸附水中的杂质颗粒，达到净水的效果。

(4)采用颗粒状的表面活性剂，使表面活性剂充分溶入水流发挥作用，同时起到初步过滤水中杂质的作用。

(5)采用井盖座安装过滤装置和盖体，成为易于拆装的分体式构造，在水资源调运或雨洪管理结束后，清洁污物及补充表面清洁剂只需要直接打开盖体即可进行，更有利于日常维护。

附图说明

图1是本发明优选实施例的紧急排水井盖结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-井盖座，2-盖体，3-过滤装置，4-表面活性剂，5-路面构造，6-下水井。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明优选实施例的紧急排水井盖，包括：井盖座1、盖体2、过滤装置3以及表面活性剂4，所述表面活性剂4为可溶于水的高分子聚合物材料。

所述井盖座1设有用于安装所述过滤装置3的卡口结构，所述盖体2设于所述井盖座1上。所述盖体2设有排水孔，所述过滤装置3安装于所述盖体2下方；所述表面活性剂4填充于所述过滤装置3中，以在水流流经所述排水孔及所述过滤装置3时溶解于水中，使水变为粘弹性流体进入排水管道。

优选地，所述表面活性剂4为颗粒状，所述过滤装置3为网状结构且网眼直径小于所述表面活性剂4的颗粒直径。

优选地，所述表面活性剂4需具有无毒性、易生物降解和多功能性等特征。本实施例采用聚氧乙烯型表面活性剂，其特点在于溶解于水中后能够在水流动时形成三维空间网状结构，抑制湍流涡的产生。因此，只需要浓度为几十ppm的聚氧乙烯型表面活性剂即可以降低高达80％的流动阻力。降低80％的阻力等价于在不增加额外泵站的情况下，使水流量增加2倍以上，从而大幅提升管道排水能力，减少内涝灾害。此外，聚氧乙烯型表面活性剂溶解形成的三维网状结构还能一定程度地吸附水中的杂质颗粒，达到净水的效果。

安装时，将井盖座1嵌入下水井6周围的路面结构5内，将装有表面活性剂颗粒的过滤装置3安装在井盖座1的第一层台阶处，并通过卡口结构固定。

在其他实施例中(未图示)，也可以将所述过滤装置3直接安装固定于盖体2下部。

在其他实施例中(未图示)，所述表面活性剂4可以采用高级脂肪酸的盐、硫酸化物、磺酸化物或聚氧乙烯型表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

在其他实施例中(未图示)，所述表面活性剂4为十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠。

与现有技术需要改造排水管道或增加排水管道数量的方案不同的是，本发明的紧急排水方案，仅需要在井盖内设置装填有表面活性剂的过滤装置，即仅需要对井盖结构进行改造；所述表面活性剂为可溶于水的高分子聚合物材料。当水流经过所述过滤装置时与所述表面活性剂接触，所述表面活性剂溶解于水中，使水成为粘弹性流体，从而抑制水流流经排水管道过程中湍流的产生，降低湍流强度，减小水流阻力。

由于所述盖体2可以直接采用现有技术中的常规井盖，对于既有排水系统的改造而言，可以进一步降低改造费用。

由于紧急排水过程中水流阻力主要来自于湍流阻力，在采用本发明的紧急排水方案时，水流量越大，则溶解于水流中的表面活性物质越多，水体物理性质的改变越明显，湍流抑制效果越突出，水流在排水管中所受阻力越小。

此外，本发明的井盖维护非常方便，只需要适时清污和补充表面活性剂即可。在水资源调运或雨洪管理开始前，由政府或其职能部门对管道中水流量进行预测，对过滤装置中的表面活性物质进行确认，若不足，则进行填充。在水资源调运或雨洪管理结束后，需对过滤装置中表面活性物质进行补充。

本发明的嵌入表面活性剂的雨水井盖设计方案能有效降低雨水井盖中水流所受的阻力，提高城市的雨洪管理调节及水资源调运方面能力，杜绝城市内涝的发生，投资成本小，见效显著。

本发明可以用于水资源调运及雨洪管理调节能力较弱的城市和地区，技术上协助完成海绵工程。采用本发明的紧急排水井盖可以使城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，有效避免城市内涝，为构建“海绵城市”提供有力的依托。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。