CN104692588B

CN104692588B - 用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统

Info

Publication number: CN104692588B
Application number: CN201510050294.3A
Authority: CN
Inventors: 孙井梅; 高超; 张志钢; 汤茵琪
Original assignee: Water Utilities Technology Popularization Center Jinnan District Tianjin; Tianjin University
Current assignee: Cheng Bang ecological environment Limited by Share Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: CN104692588A

Abstract

本发明公开了一种用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，沿河堤迎河一侧、顺岸边坡度依次设置有一级生态缓冲带、一层级生态滞留系统、二层级生态滞留系统、三层级生态滞留系统和二级生态缓冲带；三个层级的生态滞留系统呈同心半环形辐射状，为沟渠式结构，每个生态滞留系统设置有种植土层、填料层和砾石层，其上种植有抗逆性好、植物根系发达植物；2个生态缓冲带种植草本植物；本发明利用滞留空间来减缓雨水径流直接排入受纳水体的污染负荷，通过滤料截流、吸附，植物根系净化雨水径流污染，可去除部分重金属离子、病原体等，本发明适用任何雨水水量和水质，具有良好景观效果。

Description

用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统

技术领域

本发明是关于城市河道雨水排水的处理设施，具体涉及一种对城市雨水管网末端排水具有污染控制和净化作用的生态多维滞留系统。

背景技术

近年来，随着城市化进程的加快，城市规模不断扩张，高强度人类活动使土地利用方式发生改变，相当比例的软性透水性下垫面被不透水表面所覆盖，雨水径流量增加。传统的城市排水系统设计是以雨水的尽快排除为根本出发点，这种设计方式存在诸多弊端。我国大部分城市的雨水径流污染较为严重，地表径流经城市河道岸边排水口直接排入受纳水体，已成为城市河道水质恶化的重要因素。城市河道水体，作为城市的重要组成部分，对城市居民生活生产都有巨大的影响。当今的城市河道水体，多数都受到了不同程度的污染，使城市的生态环境建设更加艰巨。探求如何满足环境、生态、经济等多重效益的城市雨水径流管理措施，是当前城市管理所面临的挑战之一。

逐步从较单纯的工程排水向生态排水方向发展，不仅在污水处理中要贯彻生态理念，在雨水排水方面也应该提倡生态理念，两者并驾齐驱是一种理想的发展趋势。

改善雨水径流水质是城市雨洪管理的基本目标之一，也是生物滞留池的重要功能之一。生物滞留池主要通过填料的过滤与吸附作用，以及植物根系的吸收作用来净化雨水，由于其能将雨水暂时储存而后慢慢渗入周围土壤，因此可以削减地表雨水的洪峰流量。生物滞留池一般下凹10～30cm，表面种植植物，其填料自上而下通常依次为覆盖物、土壤、粗砂和砾石，底部一般设有排水系统。另外，该系统通常还包括进水和溢流等附属设施。生物滞留池具有对建设、管理技术要求较低、运行能耗小等优点，其作为一种效果良好、成本低廉的城市径流污染源头分散控制措施正得到越来越多的应用。

综合运用生态学原理，结合生物滞留池的应用对城市河道岸边进行生态规划，从河道岸边工程建设、植被重建、景观构建、生态管理等方面着手，构建符合地域排水及流域生态特征的生态多维滞留系统，形成结构合理、功能健全的河道生态系统。

处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统内涵：在满足行洪排涝要求的基础上，保证河道岸边稳定，防止水土流失；它是一个开放式的平衡系统，不断与周围生态系统进行物质交换；它是一个动力式的系统，水流对岸边有冲刷作用，岸边对水流有滞留作用，岸边生态系统是地表水与地下水交换的媒介；生态多维滞留系统是整个河道生态系统的一个子系统，与其他生态系统之间是互相协调、协同发展的，其生态功能好坏直接影响其他生态子系统功能的发挥。

现有滞留系统多来源于LID及BMPs，应用于公路边及花园等地，但是布设形式过于传统单一，过水效果差，处理能力不足，若未设计合理，长时间应用后无人打理，造成填料易堵塞板结，植物荒废，未能达到开发LID和BMPs时所想要达到的效果，且很少见到滞留系统应用于河道岸边治理雨水排水、汇集道边雨水及自然降雨。

发明内容

本发明的目的，在于综合运用生态学原理、结合生物滞留池的应用，针对城市雨水管网末端河道岸边雨水排水现状，提供一种具有良好的净化效果和景观效果的生态多维滞留系统，以直接减少径流入河的风险。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，包括生态缓冲带和生态滞留系统，其特征在于，所述的生态多维滞留系统是沿河堤路面迎河一侧进行修建，在河堤路面沿岸坡向下的垂直宽度0.5～0.8m处设置有一级生态缓冲带1，其坡度与原有岸边坡度保持一致，其上种植草本植物；沿一级生态缓冲带1向下依次设置有一层级生态滞留系统17、二层级生态滞留系统18、三层级生态滞留系统19及二级生态缓冲带6；三个层级的生态滞留系统呈同心半环形辐射状，为沟渠式结构，每个生态滞留系统的垂直宽度为0.6～0.9m，深度为0.7～1.1m；第二级生态缓冲带6与第一级生态缓冲带1的配置及作用相同；

在一级生态缓冲带1与一层级生态滞留系统17的邻界处设置有池壁A2，池壁A2为一层级生态滞留系统17的前池壁；在一层级生态滞留系统17与二层级生态滞留系统18的邻界处设置有池壁B3，池壁B3为一层级生态滞留系统17的后池壁，也是二层级生态滞留系统18的前池壁；在二层级生态滞留系统18与三层级生态滞留系统19的邻界处设置有池壁C4，池壁C4为二层级生态滞留系统18的后池壁，也是三层级生态滞留系统19的前池壁；在三层级生态滞留系统19与二级生态缓冲带6的邻界处设置有池壁D5，池壁D5为三层级生态滞留系统19后池壁；二级生态缓冲带6的另一端与河道原有砌石挡墙7相连接；在池壁A2、池壁B3、池壁C4、池壁D5的顶部设置有溢流口15；

所述三个层级的生态滞留系统内由上至下均设置有种植土层9、填料层10和砾石层11；该种植土层9为颗粒态的球形椰壳有机基质，厚度为0.3～0.4m，其上种植有抗逆性好、管理粗放、植物根系发达植物；填料层10为渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料，厚度为0.3～0.4m；砾石层11的砾石直径为0.06～0.08m，砾石层的厚度为0.25～0.35m；

在一层级生态滞留系统17的底部与池壁B3下部相邻的区域内设置有堤岸雨水口12，堤岸雨水口12与系统外的河道、岸边的雨水排水系统相连通；在堤岸雨水口12的末端、一层级生态滞留系统17的底部设置有简易助沉砂斜板13，以减少来水中的悬浮态颗粒物；助沉砂斜板13由池壁A2的底端起始，沿河堤坡面向下倾斜15～20°，其长度是一层级生态滞留系统17底边的一半；在一层级生态滞留系统17的底部及池壁B3的下部分别设置有多维渗水口A14和多维渗水口B16；所述的堤岸雨水口12、助沉砂斜板13、多维渗水口A14和多维渗水口B16组成进水系统；

多维渗水口A14和多维渗水口B16共同组成多维渗水系统；

助沉砂斜板13，坡度与底边相同，沿坡面向下倾斜15～20°，长度是底边的一半，在第一层级生态滞留系统底部半环形设置。

所述的一级生态缓冲带1上种植的草本植物为茶花、葱兰、麦冬、石楠球、狼尾草、珍珠绣线菊或者倭竹。

所述的三个层级的生态滞留系统上种植的抗逆性好、管理粗放、植物根系发达植物为水葱、千屈菜、慈姑或者旱伞草。

所述的填料层10的渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料为炉渣、火山岩或者陶粒。

所述池壁B、池壁C或者池壁D的溢流口15为3～5个，所述的多维渗水口B16为8～16个。

本发明有益效果如下：

(1)在原有河道岸边上构建本发明的生态多维滞留系统，既能满足排水净化要求，又能利用滞留空间对雨水提供暂时的储存来减缓雨水径流直接排入受纳水体的污染负荷。

(2)河道岸边排水口直接进水方式适应于正常情况的任何雨水水量和水质，水质净化效果稳定可靠。其中进水系统可以起到缓冲消能、沉砂作用，减小排水对生态滞留系统的冲击负荷，延长了使用寿命。

(3)通过滤料截流、吸附，植物根系净化雨水径流污染，改善了入河径流水质。其中，雨水径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物能到有效去除，亦可去除部分重金属离子、病原体等。

(4)该系统汇集路面径流雨水、岸边雨水口排水和直接降雨，采用同心半环形多层级辐射状设计方案尽可能延长雨水在系统内水力停留时间，真正实现了多层级滞留、多维布水的概念。

(5)充分与河道岸边结合，具有良好的景观效果，充分体现了生态建设理念。

附图说明

图1为本发明生态多维滞留系统的正视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视断面结构示意图；

图4为池壁B、池壁C、池壁D的结构示意图。

本发明附图标记如下：

1———一级生态缓冲带 2———池壁A

3———池壁B 4———池壁C、

5———池壁D 6———二级生态缓冲带、

7———河道原有砌石挡墙 9———种植土层

10———填料层 11———砾石层

12———堤岸雨水口 13———助沉砂斜板

14———多维渗水口A 15———溢流口

16———多维渗水口B 17———一层级生态滞留系统

18———二层级生态滞留系统 19———三层级生态滞留系统

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，本发明采用常规的技术手段和常规原材料进行实施。

参见图1、图2，本发明的生态多维滞留系统是沿河堤路面迎河一侧进行修建，在河堤路面沿岸坡向下的垂直宽度0.5～0.8m处设置有一级生态缓冲带1，其坡度与原有岸边坡度保持一致，其上种植草本植物，如茶花、葱兰、麦冬、石楠球、狼尾草、珍珠绣线菊、倭竹等。

参见图3，沿一级生态缓冲带1向下依次设置有一层级生态滞留系统17、二层级生态滞留系统18、三层级生态滞留系统19及二级生态缓冲带6；三个层级的生态滞留系统呈同心半环形辐射状，为沟渠式结构，每个生态滞留系统的垂直宽度为0.6～0.9m，深度为0.7～1.1m；第二级生态缓冲带6与第一级生态缓冲带1的配置及作用相同；

在一级生态缓冲带1与一层级生态滞留系统17的邻界处设置有池壁A2，池壁A2为一层级生态滞留系统17的前池壁；在一层级生态滞留系统17与二层级生态滞留系统18的邻界处设置有池壁B3，池壁B3为一层级生态滞留系统17的后池壁，也是二层级生态滞留系统18的前池壁；在二层级生态滞留系统18与三层级生态滞留系统19的邻界处设置有池壁C4，池壁C4为二层级生态滞留系统18的后池壁，也是三层级生态滞留系统19的前池壁；在三层级生态滞留系统19与二级生态缓冲带6的邻界处设置有池壁D5，池壁D5为三层级生态滞留系统19后池壁；二级生态缓冲带6的另一端与河道原有砌石挡墙7相连接；在池壁B3、池壁C4、池壁D5的顶部设置有溢流口15，其下部设置有池壁出水孔16，参见图4；

所述三个层级的生态滞留系统内由上至下均设置有种植土层9、填料层10和砾石层11；该种植土层9为颗粒态的球形椰壳有机基质，厚度为0.3～0.4m，其上种植有抗逆性好、管理粗放、植物根系发达植物，如水葱、千屈菜、慈姑或者旱伞草等；填料层10为渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料，如炉渣、火山岩、陶粒等材料，其厚度为0.3～0.4m；砾石层11的砾石直径为0.06～0.08m，砾石层的厚度为0.25～0.35m；

在一层级生态滞留系统17的底部与池壁B3下部相邻的区域内设置有堤岸雨水口12，堤岸雨水口12与系统外的河道、岸边的雨水排水系统相连通；在堤岸雨水口12的末端、一层级生态滞留系统17的底部设置有助沉砂斜板13，以减少来水中的悬浮态颗粒物，减少后续生态多维滞留系统的堵塞；助沉砂斜板13是采用简易的斜板斜管沉砂池的原理所制造的，由池壁A2的底端起始，沿河堤坡面向下倾斜15～20°，其长度是一层级生态滞留系统17底边的一半；助沉砂斜板的大小根据系统外的排水口直径设定，与排水口直接对应相连接；在一层级生态滞留系统17的底部及池壁B3的下部分别设置有多维渗水口A14和多维渗水口B16；所述的堤岸雨水口12、助沉砂斜板13、多维渗水口A14和多维渗水口B16组成生态多维滞留系统的进水系统。助沉砂斜板13，坡度与底边相同，沿坡面向下倾斜15～20°，长度是底边的一半，在第一层级生态滞留系统底部半环形设置。进水系统与池壁A、池壁B、池壁C、池壁D均为无砂混凝土结构。

本发明的工作原理如下：

当雨季降雨时，堤岸雨水口12汇集河堤路面雨水及附近雨水管网中雨水产生径流，径流流入生态多维滞留系统的进水系统，流经助沉砂斜板13，去除径流部分悬浮态颗粒物，径流雨水通过池壁B的多维渗水口B16流入二层级生态滞留系统，沿水平方向流动，直至充满第二层级生态滞留系统；当径流水量较大时，可通过溢流口15流至三层级生态滞留系统，径流在第三层级内水平流动，填满三层级生态滞留系统，最大化延长了水力停留时间，提高了处理效果。

本实施例的一、二、三级生态滞留系统的半径依次为3m、4m、5m。每层级生态滞留系统宽1m，深为1.2m，设置溢流口3～5个，每个溢流口宽10cm、深10cm；同心沿河道岸边按坡度叠放，俯视如图2，为同心半圆环状，主视如图1，为层级阶梯状。,

每个生态滞留系统由上向下依次设置有种植土层9、填料层10和砾石层11；其中种植土层厚度0.35m，填充颗粒态的球形椰壳有机基质，混合种植水葱、千屈菜；填料层厚度0.35m，填充炉渣；砾石层厚度0.3m，填充粒径为0.08m左右的砾石。

由于第二层级滞留系统内填料级配的分布存在阻力，岸边排水口雨水会在进水系统中壅水，水位提升，通过多维渗水口A14升至第一层级滞留系统中，径流首先沿水平方向流动，填满一层级滞留系统，然后溢流至二层级滞留系统，依次在二、三层级滞留系统内水平流动直至填满、溢流，最后流经二级生态缓冲带，进入受纳水体——河道。

本发明的生态多维滞留系统收集河道堤岸的雨水、岸边排水口的排水和自然降雨的雨水，三层级的生态滞留系统以同心半环形沿岸边按坡度叠放，真正实现了雨水的多层级滞留、多维布水的效果，充分利用了河道岸边的空间，延长水力停留时间，结合生态景观，对雨水中污染物的去除达到最大化。

Claims

1.一种用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，包括生态缓冲带和生态滞留系统，其特征在于，所述的生态多维滞留系统是沿河堤路面迎河一侧进行修建，在河堤路面沿岸坡向下的垂直宽度0.5～0.8m处设置有一级生态缓冲带(1)，其坡度与原有岸边坡度保持一致，其上种植草本植物；沿一级生态缓冲带(1)向下依次设置有一层级生态滞留系统(17)、二层级生态滞留系统(18)、三层级生态滞留系统(19)及二级生态缓冲带(6)；三个层级的生态滞留系统呈同心半环形辐射状，为沟渠式结构，每个生态滞留系统的垂直宽度为0.6～0.9m，深度为0.7～1.1m；第二级生态缓冲带(6)与第一级生态缓冲带(1)的配置及作用相同；

在一级生态缓冲带(1)与一层级生态滞留系统(17)的邻界处设置有池壁A(2)，池壁A(2)为一层级生态滞留系统(17)的前池壁；在一层级生态滞留系统(17)与二层级生态滞留系统(18)的邻界处设置有池壁B(3)，池壁B(3)为一层级生态滞留系统(17)的后池壁，也是二层级生态滞留系统(18)的前池壁；在二层级生态滞留系统(18)与三层级生态滞留系统(19)的邻界处设置有池壁C(4)，池壁C(4)为二层级生态滞留系统(18)的后池壁，也是三层级生态滞留系统(19)的前池壁；在三层级生态滞留系统(19)与二级生态缓冲带(6)的邻界处设置有池壁D(5)，池壁D(5)为三层级生态滞留系统(19)后池壁；二级生态缓冲带(6)的另一端与河道原有砌石挡墙(7)相连接；在池壁A(2)、池壁B(3)、池壁C(4)、池壁D(5)的顶部设置有溢流口(15)；

所述三个层级的生态滞留系统内由上至下均设置有种植土层(9)、填料层(10)和砾石层(11)；该种植土层(9)为颗粒态的球形椰壳有机基质，厚度为0.3～0.4m，其上种植有抗逆性好、管理粗放、植物根系发达植物；填料层(10)为渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料，厚度为0.3～0.4m；砾石层(11)的砾石直径为0.06～0.08m，砾石层的厚度为0.25～0.35m；

在一层级生态滞留系统(17)的底部与池壁B(3)下部相邻的区域内设置有堤岸雨水口(12)，堤岸雨水口(12)与系统外的河道、岸边的雨水排水系统相连通；在堤岸雨水口(12)的末端、一层级生态滞留系统(17)的底部设置有简易助沉砂斜板(13)，以减少来水中的悬浮态颗粒物；助沉砂斜板(13)由池壁A(2)的底端起始，沿河堤坡面向下倾斜15～20°，其长度是一层级生态滞留系统(17)底边的一半；在一层级生态滞留系统(17)的底部及池壁B(3)的下部分别设置有多维渗水口A(14)和多维渗水口B(16)；所述的堤岸雨水口(12)、助沉砂斜板(13)、多维渗水口A(14)和多维渗水口B(16)组成进水系统；

多维渗水口A(14)和多维渗水口B(16)共同组成多维渗水系统；

助沉砂斜板(13)，坡度与底边相同，沿坡面向下倾斜15～20°，长度是底边的一半，在第一层级生态滞留系统底部半环形设置。

2.根据权利要求1所述的用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，其特征在于，所述的一级生态缓冲带(1)上种植的草本植物为茶花、葱兰、麦冬、石楠球、狼尾草、珍珠绣线菊或者倭竹。

3.根据权利要求1所述的用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，其特征在于，所述的三个层级的生态滞留系统上种植的抗逆性好、管理粗放、植物根系发达植物为水葱、千屈菜、慈姑或者旱伞草。

4.根据权利要求1所述的用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，其特征在于，所述的填料层(10)的渗透性较强、渗透系数不低于10^-5m/s的材料为炉渣、火山岩或者陶粒。

5.根据权利要求1所述的用于处理河道岸边雨水排水的生态多维滞留系统，其特征在于，所述池壁B、池壁C或者池壁D的溢流口(15)为3～5个，所述的多维渗水口B(16)为8～16个。