CN104652527A - 城市雨水收集及地下补水桩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雨水处理收集系统，具体涉及一种城市雨水收集及地下补水桩。包括收集装置和位于收集装置下端的补水桩；收集装置包括收集箱，收集箱为框型，收集箱内放置有替换箱，替换箱底部为底部格栅，替换箱内设置有反滤层，替换箱上端设置有固定吊环。相对于现有技术，本发明在收集装置内设置替换箱，可以根据实际情况把替换箱换成新的，能够有效的过滤掉雨水中的杂质，防堵塞，同时兼具净化雨水的功能，在收集箱的下端设置补水桩，能够使更多的雨水渗入地下，补充地下水，并且本发明组合方便，能够根据雨情快速实施，操作简便，效果良好，使险情能尽快有效控制。

Description

城市雨水收集及地下补水桩

技术领域

本发明涉及雨水处理收集系统，具体涉及一种城市雨水收集及地下补水桩。 

背景技术

水是生命之源。随着经济发展和人口增长，水资源短缺日益成为人类面临的一种严峻的问题。《中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中指出：“中国目前人均水资源量只有2500cm³，约占世界人均水量的1/4。随着人口和经济的发展，更多的城市和地区出现了严重的缺水问题。”为了满足日益增长的供水需求，一些城市盲目超采地下水，导致区域性地下水位下降，随之可能产生地面沉降、地裂缝等地质灾害，在沿海地区地下水位的大幅度下降可能引发海水入侵；而在干旱半干旱地区地下水位的下降还可能导致树死草亡和土地荒漠化。据统计我国北方17个省市区的地下水开采量占全国的88%，由此产生的后果是西安大雁塔产生不均匀沉降，塔身倾斜了1m多，闻名中外的敦煌月牙泉的“月牙”也在逐步枯萎。地下水不能及时得到补充还使得地质结构发生了显著变化，由于北京市南郊的地下水位以1m/a的速度下降，自1966年以来北京市地面以10～20mm/a的速度下沉，而沈阳市地下水的超采漏斗已经达到285km²，并以13km²/a的速度向外扩展。

与此同时，随着城市建设的不断发展，不透水面积逐年增加，使得许多水资源严重缺乏的城市，城区的大量雨水没有得到充分的利用而白白流失，不仅是雨量的巨大浪费，同时直接造成城市的洪涝危害。雨水径流量的增大，流出时间的缩短，加大了排水系统的负担，许多城市雨季水涝现象严重，对城市的生产与生活造成极大的影响，并带来巨大的经济损失。

因此，若能利用城市汇集的雨水回灌地下水不仅可以补充日益匮乏的地下水资源，适当的提高地下水位，阻止或减缓地面下沉，还可以通过分流部分雨水减少城市雨水管道和泵站的投资以及运行费用，避免或减小暴雨时洪涝灾害的发生。

关于地下水人工补给的理论和技术方法，我国学者早在30年前就作了论述，并进行了一系列试验。雨水利用是水资源开发最早的方式，有几千年的历史。公元前2000多年的中东地区，许多家庭就有雨水收集系统，存贮雨水用于灌溉、生活、私人洗浴和公共卫生。公元前47年，埃及人使用集水槽供水，使用前加热杀菌和防止气味。公元8世纪，希腊人的房子备有储水槽、淋浴室和卫生间等，并且有陶土管建成的排水系统。作为四大文明古国的中国，也有着悠久的利用雨水的文明史，其中北方的窑水，南方的水塘和黄土地区的引洪淤灌都是十分成功的例证。

我国的真正意义上的城市雨水资源化利用研究和应用开始于20世纪80年代后期，它主要是随着城市化带来的水资源紧缺和环境与生态问题而引起人们的重视。当时，面对日益紧张的城市供水形势，国内个别城市开始考虑雨水资源的收集利用问题，尝试着在一些建筑物上安装雨水收集系统，但是，由于没有配套的雨水处理和回用系统，实际利用成效不大。20世纪90年代后期，相关的研究和应用进入一个新时期。

    1998年，北京市节水办推出了两个研究项目，一是与北京建筑工程学院联合开展的“北京市城区雨水利用技术研究及雨水渗透扩大试验”，二是与中国农业大学合作进行的“北京市城市建设中增加雨水蓄渗措施研究”。两项研究为北京市的城区雨水资源化利用提供了理论和技术支持。与此同时，其他一些城市也开展了一些类似的研究。

进入21世纪以来，我国城市雨水资源化利用的进程明显加快，技术水平也迅速提高。2001年国务院批准了包含有雨洪利用规划内容的“21世纪初期首都水资源可持续利用规划”，推动北京市的城市雨水资源化利用走在了全国前列。2008年，北京奥运会代表性建筑国家体育馆（鸟巢）和国家游泳中心（水立方）雨水回收利用系统的正式启用，标志着我国的城市雨水资源化利用在某些方面达到了国际先进水平。

在渗透机理的研究方面，根据Horton公式和Green、Ampt公式等提出了适合地方特征的模型；在径流雨水污染控制方面提出雨水人工渗蓄利用系统中实行雨水污染控制措施是很有必要的。实际上雨水渗透早在我国一些古城的建筑中已有体现，利用渗透井、渗透沟使雨水就地入渗，如曲阜孔府宅内和后花园均设有渗透井。

    2001年汪慧贞、李宪法提出了适合北京市雨水渗透设施的计算方法与关键参数的确定方法，何岩在三江平原前进农场进行了以放射性同位素为示踪剂的人工回灌试验。

2003年吴兴波，牛景涛等人做了玉符河人工回灌，确定了河道渗漏水能力、渗漏水区域、地下水影响程度与范围，验证了济南泉域水文地质模型。

2001年朱桂娥，薛禹群以上海浦西地区为例，对回灌条件下的承压含水层进行水位和水温的综合分析，为上海地区建立地下水水流模型和地面沉降模型提供了参考依据。

综上所述，在已有的研究文献中，这些国内利用城市雨水渗透利用及人工回灌补给地下水的技术发展和实践积累，都为开展城市雨水回灌项目提供了必要的指导原则和可借鉴经验。另外，我国气象数据采集，地表水和地下水勘察领域科研实力的不断增强，先进实验仪器和模拟分析方法的应用，可为城市雨水回灌项目提供更加准确的科学数据，为工程设计和施工技术人员提供技术指导。随着我国经济实力的提升，城市雨水回灌技术已经日益成熟。在城区大面积推广应用是可行的。

现有的技术方案之一是城市雨水渗透利用技术，城市雨水渗透利用的优点是能补充涵养地下水、缓解地面沉降、减少水涝和海水倒灌、减少地表径流、减少雨污管道负荷等，具有良好的经济、环境和社会效益，应用较为广泛，成为一种有前景的雨水间接利用方式。雨水渗透设施通常是挖掘土壤后，填上特殊渗滤介质（如碎石、砂砾等），有时用土工布包裹防止侵蚀周边土壤。主要包括透水性路面、渗透井、渗透池、渗透渠和下凹式绿地等。雨水渗透利用早在我国一些古城的建筑中已有体现，利用渗坑、渗井、渗沟使雨水就地下渗。如南方老城区在庭院中间设天井沟和矩形渗坑；缺水地区用天井储蓄雨水；河北一带村镇的雨水渗入坑洼地及池塘；苏州园林宅内和后花园均有雨水渗井。其缺点是雨水渗透利用效益投资比相对较高，运行中存在一些问题，如雨水径流中的悬浮污染物对渗透利用设施以及土壤层的堵塞、下渗雨水中的重金属和难降解有机物对土壤及地下水的潜在威胁等。由于我国雨水径流污染严重，这些问题尤为突出，而目前各种人工渗透设施未能根据其适用条件进行科学优化组合，也未针对场地特点对雨水利用的目的进行详尽分析并选择对应的雨水人工渗透设施规模确定方法。

  现有的技术方案之二是加压式人工回灌，加压式人工回灌井通常用于补给深层地下水，通过抽水机将回灌水打入深层含水层。加压回灌井占地面积小，回灌速度较通常井快，既可回灌又能用于抽水，实现水量的季节调节，适用于城市中地价昂贵或空地少的地区。加压式人工回灌井缺点也十分明显，需要专人管理运行。回灌过程中，若引入空气会形成空气阻塞，并降低回灌速度。长期运行过程中，回灌水中的固体物质会阻塞透水层，降低渗透系数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中的雨水处理系统都是固定的，不能有效的过滤掉雨水携带的杂质及雨水中的污染物，采用回灌的方式一方面需要专人的管理，另一方面长期使用渗透效率会变差，为解决上述问题，提供一种城市雨水收集及地下补水桩。

本发明的目的是以下述方式实现的：

城市雨水收集及地下补水桩，包括收集装置和位于收集装置下端的补水桩；收集装置包括收集箱，收集箱为框型，收集箱内放置有替换箱，替换箱底部为底部格栅，替换箱内设置有反滤层，替换箱上端设置有固定吊环。

所述的收集箱内设置有格栅，格栅位于替换箱上端。

所述的反滤层从上到下依次为粗砂层、碎石层和块石层，粗砂层的厚度为5~15cm，碎石层的厚度为15~25cm，块石层的厚度为25~35cm。

所述的收集箱的一侧上部设置有溢水口，替换箱的相应位置设置有溢水口格栅。

所述的补水桩从上到下依次为实管段、花管段和沉砂段，花管段设置有补水孔。

所述的补水桩的数量为正偶数个。

相对于现有技术，本发明在收集装置内设置替换箱，可以根据实际情况把替换箱换成新的，能够有效的过滤掉雨水中的杂质，防堵塞，同时兼具净化雨水的功能，在收集箱的下端设置补水桩，能够使更多的雨水渗入地下，补充地下水，并且本发明组合方便，能够根据雨情快速实施，操作简便，效果良好，使险情能尽快有效控制。

附图说明

    图1是本发明结构示意图。

图2是本发明俯视图。

图3是替换箱结构示意图。

图4是设置有反滤层的替换箱的剖视图。

图5是替换箱替换时使用状态参考图。

图6是图5侧视图。

其中，1是替换箱；2是固定吊环；3是底部格栅；4是溢水口格栅；5是收集箱；6是溢水口；7是格栅；8是补水桩；9是实管段；10是花管段；11是沉砂段；12是补水孔；13是粗砂；14是碎石；15是块石。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明为一种利用城市雨水快速补给地下水的装置，可埋置在城市楼房集水管下部土体中或城市路面下水道的集雨点位置土体中，其具体技术方案如下：

本装置由两部分组成：收集箱5和地下补水桩8。

1.收集箱：收集箱5由替换箱1、收集箱顶部格栅7、溢水口6组成，其中替换箱1由固定吊环2、替换箱底部格栅3、溢水口格栅4、粗砂13、碎石14、块石15组成。

收集箱顶部格栅7为活动装置，可以方便的打开和关闭。当替换箱1需要更换时，打开格栅7。平时，收集雨水并进行地下补水时格栅7关闭。

替换箱1是一种可替换的内箱，当一次较大降雨量过后，替换箱1的底部设置的反滤层可能会被杂物，如树叶、泥沙等堵塞，从而影响下一次降雨时补充地下水的效果。因此，可利用降雨的间隔时间，将替换箱取出，更新一个新的替换箱或滤料，从而保证补充地下水的效果。替换箱1的底部设置有反滤层，其自上而下分别有三层不同粒径和厚度的粗砂、碎石、块石等构成，也可以铺设土工织物代替。反滤层的三层分别为：厚度5~15cm的粗砂13，使用时厚度可选5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或者15cm；厚度15~25cm的碎石14，使用时厚度可选15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm、21cm、22cm、23cm、24cm或者25cm；厚度25~35cm的块石15，使用时厚度可选25cm、26cm、27cm、28cm、29cm、30cm、31cm、32cm、33cm、34cm或者35cm；是为了保证如果雨水夹杂有落叶，树枝等杂质时，起到过滤杂质的作用，同时反滤层也具有净化雨水的功能，保证更多的雨水渗入地下。替换箱2的上侧设有4个固定吊环2，用于替换时方便固定，如图4所示。

利用收集箱5收集雨水，能及时补充地下水，减缓地下水资源短缺、地面沉降、地裂缝等问题的进一步发展。

2.补水桩8由实管段9、花管段10、沉砂段11、补水孔12四部分组成。

补水桩8呈偶数出现，根据城市的降雨量和地下水情况，可以分别设置4、6、8或10根，均匀的布置在收集箱5的底部。为了防止渗透水流对建筑物基础的浸泡，实管段9的长度应不低于建筑物建基底面高程，渗透水流通过花管段10上的补水孔12流出补给地下水，渗透水流中携带的泥沙等杂质沉入沉砂段11。

3.为了实现能够满足快速收集雨水和方便操作的要求，达到减轻城市内涝,减轻城市雨水管道系统和泵站的负荷，在收集箱5一侧设有溢水口6，是为了保证如果在汛期雨水量较大超过了收集箱5的贮水能力时，多余的雨水可通过溢水口6排入城市排水系统中。

溢水口6设置在收集箱的一侧顶部，溢水口格栅4设置在替换箱1的一侧顶部，溢水口6和溢水口格栅4位置相同，设置的一侧为外侧，方便与市政管网连接。主要作用是为了保证如果降雨量过大时，或当降雨量不大但持续时间较长，水量超过了地下补水能力，可以将超出的多余的水量及时地排到市政管网。

4.为了解决雨水渗透装置在长期渗水条件下引起的堵塞问题，实现雨水渗透装置快速拆装，结构稳定，使用方便的功能，雨水收集箱5中所有的组成构件，包括替换箱1、收集箱5顶部格栅7等，都可以灵活拆装，当在某处的雨水收集箱5被水流携带的杂质堵塞时，可用替换箱1替代。

Claims (6)

1. 城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：包括收集装置和位于收集装置下端的补水桩；收集装置包括收集箱，收集箱为框型，收集箱内放置有替换箱，替换箱底部为底部格栅，替换箱内设置有反滤层，替换箱上端设置有固定吊环。

2. 根据权利要求1所述的城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：所述的收集箱内设置有格栅，格栅位于替换箱上端。

3. 根据权利要求1所述的城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：所述的反滤层从上到下依次为粗砂层、碎石层和块石层，粗砂层的厚度为5~15cm，碎石层的厚度为15~25cm，块石层的厚度为25~35cm。

4. 根据权利要求1所述的城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：所述的收集箱的一侧上部设置有溢水口，替换箱的相应位置设置有溢水口格栅。

5. 根据权利要求1所述的城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：所述的补水桩从上到下依次为实管段、花管段和沉砂段，花管段设置有补水孔。

6. 根据权利要求1所述的城市雨水收集及地下补水桩，其特征在于：所述的补水桩的数量为正偶数个。