專(zhuān)利名稱(chēng)：一種初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法，尤其是一種適用于工業(yè)、居住或辦公小區(qū)初期降雨徑流收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的自動(dòng)/生態(tài)聯(lián)合控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
初期雨水(初期降雨徑流)中含有徑流的大部分污染物，包括顆粒態(tài)污染物、溶解性污染物。初期徑流的排放到城市水體給水環(huán)境帶來(lái)污染。由于城市不透水面積大，暴雨時(shí)初期徑流來(lái)勢(shì)猛，徑流高峰對(duì)城市主干管沖擊大，有時(shí)會(huì)造成城市淹水。初期雨水棄流設(shè)施是有效的水質(zhì)控制技術(shù)，合理設(shè)計(jì)可控制徑流中大部分污染物。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)不同匯水面，如屋面和路面，已有一些定型的截污裝置和初期雨水棄流裝置。主要有(1)初期雨水棄流池。在雨落管或匯集口處按照所需棄流雨水量設(shè)計(jì)棄流池，一般用磚砌、混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制；( 雨落管棄流裝置。是一種安裝在屋面雨落管上的棄流裝置，它是利用小雨通常沿管壁下流的特點(diǎn)進(jìn)行棄流。這些棄流裝置在隨機(jī)降雨條件下，達(dá)到高效率分流初期徑流的目的。然而，這些初期分流裝置具有如下特點(diǎn)(1)典型區(qū)域屋面匯水面和路面匯水面的初期徑流控制量相對(duì)容易掌握，而收集來(lái)自于屋面、路面等不同匯水面混合的雨水管道的初期雨水控制量還沒(méi)有確定的方法，因此已有的初期雨水棄流設(shè)施都是針對(duì)某特定匯水面開(kāi)發(fā)的，多用于分流屋面雨水；( 在目前的市政排水分流制系統(tǒng)中，雨污管網(wǎng)混接、亂接和錯(cuò)接現(xiàn)象嚴(yán)重，也給雨水系統(tǒng)的初期降雨徑流分離和凈化帶來(lái)困難；C3)雨水初期分流設(shè)施，一般占地面積大，處理設(shè)施并沒(méi)有考慮與周?chē)h(huán)境相融合，并且自動(dòng)化程度不高。因此，需要開(kāi)發(fā)一種新的初期徑流控制方法，用于工業(yè)、居住或辦公小區(qū)分流制排水系統(tǒng)的初期降雨徑流收集、分流、削峰和生態(tài)凈化集成系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決小區(qū)排水系統(tǒng)雨水收集、分流、削峰和生態(tài)凈化的功能需求，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法，具體為小區(qū)雨水調(diào)蓄池和植草溝聯(lián)合運(yùn)行的自動(dòng)/生態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，目標(biāo)是蓄存、分流和凈化降雨初期徑流，并通過(guò)實(shí)際工程進(jìn)行了驗(yàn)證。本發(fā)明的目標(biāo)是這樣實(shí)現(xiàn)的(附

圖1)考慮小區(qū)匯水面的降雨特性，對(duì)市政檢查井實(shí)施改造，在市政檢查井后設(shè)置雨水調(diào)蓄池，在雨水調(diào)蓄設(shè)施中設(shè)置初期雨水控制泵， 通過(guò)其中液位和降雨歷時(shí)控制水泵的啟停，從而調(diào)控初期雨水的處理量。初期雨水控制泵將初期雨水輸送至連接于雨水調(diào)蓄池之后的植草溝進(jìn)行利用和凈化，初期雨水泵在水位降低到一定位置后關(guān)停，調(diào)節(jié)池中的水位上升達(dá)到溢流水位時(shí)，后期雨水排入市政雨水管網(wǎng)或河道(附圖i)。降雨停后，初期雨水泵處于自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)。其中，雨水滯留分流池初期徑流控制體積按下式估算V= ￥hFX10_3(l)
式中V——設(shè)計(jì)降雨徑流量，m3ψ——綜合徑流系統(tǒng)；F——7jC 面積，104m2;h——初期雨水控制降雨量，mm，一般屋面徑流為2_4mm，路面徑流為6_8mm，市政管道徑流為6-8mm ；植草溝的設(shè)計(jì)流程如下當(dāng)降雨徑流流經(jīng)植草溝時(shí)，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、滲透、持留及生物降解等共同作用，徑流中的污染物被去除。在降雨徑流污染控制和雨水利用系統(tǒng)中，植草溝的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能增加持留、滲透、傳輸、凈化雨水能力，設(shè)計(jì)主要涉及水力計(jì)算和滿(mǎn)足水質(zhì)凈化功能兩部分，同時(shí)考慮水文、土壤及植物類(lèi)型等因素。進(jìn)入植草溝系統(tǒng)的降雨徑流量Q1=FqFXlOD式中Gj1——設(shè)計(jì)降雨徑流量，m3/s ；ψ——綜合徑流系統(tǒng)；F——匯水面積，104m2 ；q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s · 104m2植草溝水力計(jì)算根據(jù)工程實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇植草溝形狀、確定植草溝坡度、粗糙度及斷面
尺寸，通過(guò)曼寧等式計(jì)算植草溝水流深度、流量及植草溝長(zhǎng)度，曼寧等式表示為
2 i込二FxJ = ^l(3)
ηR = —(4)
P式中％——植草溝計(jì)算徑流量，m3/s ；V——雨水在植草溝斷面的平均流速，m/s ；A——植草溝橫斷面面積，m2 ；R——橫斷面的水力半徑，m ；i——草溝縱向坡度，m/m ；η——曼寧系數(shù)；ρ——濕周，m植草溝的長(zhǎng)度為L(zhǎng) = 60Q2t/A = 60Vt (5)式中L——植草溝設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，m ；t——水力停留時(shí)間，min ；植草溝設(shè)計(jì)要素校核用公式(2)和公式(3)驗(yàn)算流量和流速，當(dāng)以1年1遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算得出的 Q2 — a時(shí)，或以5年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算得出的a—a時(shí)，返回步驟(3)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)， 直到滿(mǎn)足條件為止。當(dāng)以ι年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算得出的込— a時(shí)，植草溝有足夠處理暴雨的能力；且以5年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算得出的Q1 — a時(shí)，植草溝中徑流流速和深度不會(huì)引起侵蝕，此時(shí)計(jì)算完畢。在設(shè)計(jì)要素的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)植草溝進(jìn)行平面和高程布置，保證植草地溝的徑流水力臨界條件和污染物凈化效果。植草溝設(shè)計(jì)參數(shù)確定(1)曼寧系數(shù)η值曼寧系數(shù)η值在水流設(shè)計(jì)中是很重要的值，依賴(lài)于植草溝的許多物理特征，如溝底和溝邊坡的粗糙度、植物種植(類(lèi)型、高度、密度)及植物對(duì)雨水在植草溝中的水流方式的影響、植草溝曲折變化程度、植草溝縱向坡度、以及雨水在植草溝中的侵蝕和沉淀等因素，此變量直接影響植草溝中水流的排放、流速的估算。需要指出，決定曼寧系數(shù)η值的和參數(shù)相關(guān)性較強(qiáng)，需綜合分析確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，植草溝排水能力的計(jì)算應(yīng)采用較大的阻力系數(shù)，而植草溝的穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)采用較小的阻力系數(shù)。用下式計(jì)算曼寧系數(shù)η = (n0+n1+n2+n3+n4) Xm5(6)式中η—植草溝的曼寧粗糙系數(shù)；η0——與植草溝滲透材料有關(guān)的系數(shù)；H1——反映植草溝不規(guī)則程度的系數(shù)；η2——反映植草溝斷面變化的系數(shù)；η3——與植草溝控制堰或污染物攔截設(shè)置有關(guān)的系數(shù)；η4——與植草溝植物種植有關(guān)的系數(shù)；m5——反映植草溝曲折程度的系數(shù)。式中計(jì)算植草溝曼寧系數(shù)的各系數(shù)取值如表1所示。表1植草溝曼寧粗糙系數(shù)計(jì)算的各系數(shù)取值
權(quán)利要求
1.一種初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法，其特征是雨水通過(guò)區(qū)域市政管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，根據(jù)初期雨水在調(diào)蓄池中的水位決定雨水泵的啟?？刂?，從而進(jìn)行初期雨水分流，初期雨水輸送至植草溝進(jìn)行凈化后排放，后期雨水在調(diào)蓄池水位提升后或排入河道，或用于灌溉綠地，或排入市政雨水管網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法，其特征是雨水通過(guò)滯留分流設(shè)施進(jìn)行初期雨水量的控制，初期徑流控制量為V= VhFX 10_3，其中，Ψ為綜合徑流系統(tǒng)，F(xiàn)為匯水面積；h為初期雨水控制降雨量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法，其特征是通過(guò)植草溝對(duì)分流后的雨水進(jìn)行凈化，植草溝的水力計(jì)算、形狀設(shè)計(jì)、長(zhǎng)度設(shè)計(jì)、坡度設(shè)計(jì)、斷面設(shè)計(jì)、草的高度設(shè)計(jì)等。
全文摘要
一種初期雨水收集、分流、削峰及生態(tài)凈化的方法。雨水通過(guò)市政雨水管道進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，通過(guò)泵的自動(dòng)控制，將污染較為嚴(yán)重的初期暴雨徑流分離送入地表植草溝進(jìn)行生態(tài)凈化和就地灌溉利用。后期含污染物很低的大流量雨水可進(jìn)入市政管道或直接排入景觀河道進(jìn)行利用。本方法與周?chē)G化景觀相協(xié)調(diào)。本發(fā)明能收集、貯存暴雨徑流，削減洪峰，并將污染較為嚴(yán)重的初期暴雨有效分離凈化，占地面積小，能自動(dòng)控制。既能使排出的雨水徑流水質(zhì)提高，防止對(duì)受納水體的污染，又能夠提高對(duì)雨水資源的利用。
文檔編號(hào)E02B5/00GK102400494SQ20101027774
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者劉燕, 葉磊, 尹澄清, 趙洪濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心