CN105839582A - 基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，该系统设置在河道堤岸的迎河一侧，沿堤岸坡度向下设置有植被缓冲带，再向下设置有集水导流带，再向下、垂直、对应地设置有可控蓄水模块，可控蓄水模块是由聚丙烯材质的单元长方体砌合成的箱体结构，其长宽深分别为100～120m、1～1.2m、0.5～0.6m，长度和数量与集水导流带相一致；在可控蓄水模块临近河道一侧垂直向下设置有缓流微型湿地系统，该系统自上而下依次设置有种植土层、填料层和承托层。本发明体现了一种雨季径流污染截控与旱季景观水体水质保持的方法，为城市面源污染控制、景观水体水质保持、新建市政雨水排放口的设计以及“海绵城市”的建设提供了借鉴和指导作用。
Description
技术领域
本系统属于环保工程与景观水环境治理的，特别涉及一种基于海绵城市建设的雨季雨水径流污染截控设施与旱季景观水体水质保持的可控缓流循环模块系统。
背景技术
在城镇化快速发展的过程中，雨水径流污染、洪涝灾害、水资源匮乏等突出共性问题日益严重。根据海绵城市建设要求，对于雨水管理由传统的“快排式”转变成“渗、滞、蓄、净、用、排”，达到节约水资源，改善水环境的目的，这与当前提倡的生态文明、资源节约型社会理念一脉相承。
随着经济社会发展进步，因城市降雨径流污染而导致城市周边水体水质恶化的现象日趋突出，降雨径流污染已成为仅次于农业非点源污染的第二大非点源污染。雨水处理与污水处理相比，最大的不同便在于处理时间的长短，汇入泵站的雨水在短时间内迅速排放进周边受纳水体当中，而其中有相当一部分是系统内残留雨水和初期雨水。分析天津市分流制排水系统中雨水泵站的排水特点，降雨径流初期雨水污染负荷高、水质差，径流污染直接全部入河会形成污染冲击负荷，造成汛期城市景观河道突发性水质恶化，严重影响受纳水体水质，破坏水系生态和环境功能。因此急需采用一定的控源减排与水质修复措施，使景观水体满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中V类水体的标准。同时北京市《雨水控制与利用工程设计规范》提出“新建市政雨水排放口处应设置径流污染控制设施，以去除雨水中的污染物。”并且天津市目前在积极出台类似的地方规范。
考虑径流处理受降雨事件驱动的非稳态水质、水量和水文学特征，探求基于海绵城市建设的用于径流污染截控与景观水体保持的多层次集成设计技术在工程应用中还不多见。
发明内容
本发明旨在不影响行洪的前提下，通过对城市河湖水系岸线等进行雨水调蓄、削减径流及控制污染负荷，进行生态岸线修复，恢复其生态功能。提供一种在城市河道岸坡设置雨季快速处理外排雨水、削减污染负荷、延缓洪峰流量，旱季维持河道景观水体水质、养护岸坡植物的可控缓流循环模块系统，对于城市雨水径流污染的控制、黑臭河道治理(或河道水体水质的改善)以及海绵城市的建设具有一定的指导意义。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，包括河道堤岸、植被缓冲带、微型湿地、排水管道及河道；其特征在于，该系统设置在河道堤岸的迎河一侧，沿堤岸坡度向下且与堤岸坡度一致设置有植被缓冲带1，植被缓冲带1上种植铺地柏、马唐草或藤蔓植物；沿植被缓冲带1坡度向下、按植被缓冲带1的长度每800～1000m设置有4～5个集水导流带2；沿集水导流带2坡度向下、垂直、对应地设置有可控蓄水模块3，可控蓄水模块3由可循环使用的聚丙烯材质的单元长方体通过砌合成为一个稳定的箱体结构，其长宽深分别为100～120m、1～1.2m、0.5～0.6m，长度和数量与集水导流带2相一致；
可控蓄水模块3临近河道一侧垂直向下设置有缓流微型湿地系统4；
组成可控蓄水模块3的聚丙烯材质的单元长方体为矩形箱式结构，其中每个单元长方体的长、宽、深分别为2m、1m、0.5m，每个单元长方体的上沿和下沿及相邻侧壁分别设置有相对应的凸起和凹槽；临近缓流微型湿地系统4一侧的每个单元长方体上部设置有出水口，该出水口为圆形，孔径为0.02m，每间隔0.1m设置一个，雨水从出水口慢慢流出进入缓流微型湿地系统4；
缓流微型湿地系统4的长度为50～60m，宽度为0.9～1.1m，深度为1.0～1.2m，其底部高程高于河道洪水水位或常水位，沿横向河堤每千米设置为2个；缓流微型湿地系统4采用聚丙烯底座和侧壁拼装而成，缓流微型湿地系统4沿河堤向河道方向设置有第一组单元体5和第二组单元体6，两单元体之间的侧壁底部设置有小孔；第一组单元体5内部的雨水从侧壁底部的小孔流向第二组单元体6，即第一组单元体5的雨水呈下降流，第二组单元体6的雨水呈上升流，以实现水流的曲折性，增加雨水与湿地系统的接触，提高湿地系统的利用率；其中，第二单元体6临近河道的侧壁高度低于两单元体之间的侧壁高度5-7cm；
缓流微型湿地系统4自上而下依次设置有种植土层8、填料层9和承托层11；种植土层8为改良土壤基肥，厚度为0.1～0.15m，种植耐污能力强、根系发达、去污效果好、具有抗冻及抗病虫害能力、有一定经济价值、容易管理的耐水淹的本土植物7，所述植物7为黄花鸢尾、美人蕉、香蒲或者千屈菜；填料层9中设置有表面积较大、渗透性较强的改性复合基质，为改性沸石、改性陶粒、改性炉渣或者改性火山岩，厚度为0.20～0.30m；承托层11中设置有砾石，厚度为0.25～0.35m，砾石直径为0.04～0.06m；
填料层9与承托层11之间设置有土工布10，用于防止上层土壤类颗粒物进入承托层11；
可控蓄水模块3内设置便携式潜水泵16，携式潜水泵16与缓流微型湿地系统4以及河道水体之间设置有输水软管17；
缓流微型湿地系统4中的第二组单元体6临近河道的侧壁上部设置有上部出水孔13，雨水由上部出水孔13经过原有堤岸14和堤岸砌石挡墙5排入河道。
所述植被缓冲带1沿岸坡向下的宽度为0.8～1.0m，沿堤岸长度为800～1000m。
所述集水导流带2沿植被缓冲带1坡度向下的宽度为0.3～0.4m。
该系统设置的4～5个可控蓄水模块3的总储存容积为200-250m3。
第一组单元体5和第二组单元体6之间的侧壁底部设置的小孔为每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m；
上部出水孔13为每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m。
本发明的有益效果如下：
(1)长期性效果：本系统为设置在河道岸坡的径流污染控制措施，其运行和控制具有一定的灵活性，满足系统不同时期发展的需要，充分利用现有资源，与河道岸坡相协调。既能满足城市排水要求，又能通过“渗、滞、蓄、净、用、排”来达到对雨水的智慧化综合管理，为“海绵城市”的建设提供重要的保障。
(2)生态性效果：本系统总体设计以保护城市河湖岸线生态环境为原则，在达到国家规定的控制要求下，力争恢复其生态功能。同时，通过对雨水提供暂时的储存空间来减缓雨水径流对河岸的冲刷，起到保护河道边坡的目的。
(3)主题性效果：本系统以净化雨水、河水为主，兼具一定的景观功能。经过合理的设计以及妥善的维护，可以提升区域水质和滨水景观水平。当有较大的服务面积时，可以缓解区域热岛效应，改善周边微气候环境。
(4)在设计雨量条件下，可控制年径流总量，同时水质净化效果稳定可靠。其中，植被缓冲带可以起到缓冲消能作用，降低雨水径流的流速，主要体现雨水的“滞”；可控蓄水模块可以储存并沉淀部分雨水，对雨水进行调蓄，削减径流峰值和径流总量，主要体现雨水的“渗、滞、蓄”；缓流微型湿地系统可以净化雨水，控制污染负荷，减小雨水对河道水体的冲击负荷，延缓洪峰流量，减轻湿地系统堵塞，延长了缓流微型湿地系统的使用寿命，主要体现雨水的“渗、滞、净”。雨水排放入河，体现雨水的“排”。
(5)缓流微型湿地系统水流呈现折流状态，增大了雨水的水力停留时间，充分利用基质的级配，大部分污染物(SS、重金属、多环芳烃等)在下降流中得以去除，在上升流中，污染物更进一步去除，提高了系统的利用率。系统内的基质和植物根系构成了过滤层，使系统保持了较高的SS去除率，对SS也有较强的抗冲击能力。同时，进水中会有部分有机物及氮、磷黏附在SS表面，且随SS被过滤、拦截等作用而被截留于系统中，最终被微生物或植物等所利用而去。
(6)本发明系统净化后的雨水排入景观水体，减少了景观水体的环境污染程度，因减少污染而产生的经济效益也是很大的，同时运行费用低廉，直接、间接经济效益显著。通过净化雨水补给城市湖泊与本发明系统改善湖水，也使城市湖泊生态环境得到改善，为人们提供了环境良好的休闲娱乐场所，其社会效益显著。同时，充分利用径流雨量，补充涵养地下水，也可对处理后的雨水加以收集利用，缓解水资源的短缺，充分体现可持续发展理论。
(7)旱季，可控蓄水模块储存的雨水以及河水既是河道岸坡绿地植被的灌溉水来源，节约了绿地植被的养护成本，同时又可以循环净化景观水体，主要体现雨水的“用”。
(8)可控蓄水模块较一般的蓄水池相比，结构稳定，具有较强的荷载，使用寿命长，并且有成品，运输、安装方便，施工时可最大程度的减少开挖和回填土方。同时属于地埋式，安全可靠。此外湿地系统选用聚丙烯材质，较一般湿地的池体结构相比，承压能力更强，性能更加稳定，便于组装，施工更加方便，防腐蚀，抗酸碱，使用年限长。
(9)本发明系统体现了一种雨季径流污染截控与旱季景观水体水质保持的方法以及相关雨水管理方面的措施，为城市面源污染控制、景观水体水质保持、新建市政雨水排放口的设计以及“海绵城市”的建设提供一定的借鉴和指导作用。
附图说明
图1为本发明用于径流污染截控与景观水体保持的可控缓流循环模块系统的断面布置示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为聚丙烯材质的单元长方体的结构示意图。
本发明附图标记如下：
1———植被缓冲带 2———集水导流带
3———可控蓄水模块 4———缓流微型湿地系统
5———第一组单元体 6———第二组单元体
7———植物 8———种植土层
9———填料层 10———土工布
11———承托层 12———底部出水孔
13———上部出水孔 14———原有堤岸
15———堤岸砌石挡墙 16———便携式潜水泵
17———输水软管
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例以1000m河堤长度为例进行实施，在河堤迎河一侧设置本系统，顺堤岸坡度向下呈阶梯状布置。
参见图1与图2，该系统设置在河道堤岸的迎河一侧，沿堤岸坡度向下且与堤岸坡度一致设置有植被缓冲带1，该植被缓冲带1沿岸坡向下的宽度为1.0m，长度1000m，植被缓冲带1上种植铺地柏、马唐草或藤蔓植物；沿植被缓冲带1坡度向下、按植被缓冲带11000米的长度设置有4个集水导流带2，集水导流带2沿植被缓冲带1向下的宽度为0.4m；沿集水导流带2坡度向下、垂直、对应地设置有可控蓄水模块3，可控蓄水模块3由可循环使用的聚丙烯材质的单元长方体通过交叉砌合成为一个稳定的箱体结构，其长宽深分别为100m、1m、0.5m，长度和数量与集水导流带2相一致；
河堤路面雨水径流和部分管网末端雨水流经植被缓冲带1，经集水导流带2将雨水引入可控蓄水模块3；
可控蓄水模块3临近河道一侧垂直向下设置有缓流微型湿地系统4；
组成可控蓄水模块3的聚丙烯材质的单元长方体为矩形箱式结构，其中每个单元长方体的长、宽、深分别为2m、1m、0.5m，每个单元长方体的上沿和下沿及相邻侧壁分别设置有相对应的凸起和凹槽；临近缓流微型湿地系统4一侧的每个单元长方体上部设置有出水口，该出水口为圆形，孔径为0.02m，每间隔0.1m设置一个，雨水从出水口慢慢流出进入缓流微型湿地系统4；所述可控蓄水模块3主要用于临时储存雨水。这种轻型雨水模块，在快速收集储存雨水的同时，可优化雨水径流效果，达到“滞、蓄”雨水的作用。每个小单元长方体，底部及侧壁均有缝隙，可达到“渗”的作用。该系统设置的4个可控蓄水模块3的总储存容积为200m3。
缓流微型湿地系统4的长度为60m，宽度为1.1m，深度为1.2m，其底部高程高于河道洪水水位或常水位，沿横向河堤每千米设置为2个；缓流微型湿地系统4采用聚丙烯底座和侧壁拼装而成，缓流微型湿地系统4沿河堤向河道方向设置有第一组单元体5和第二组单元体6，两单元体之间的侧壁底部设置有小孔，每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m；第一组单元体5内部的雨水从侧壁底部的小孔流向第二组单元体6，即第一组单元体5的雨水呈下降流，第二组单元体6的雨水呈上升流，以实现水流的曲折性，增加雨水与湿地系统的接触，提高湿地系统的利用率；其中，第二单元体6临近河道的侧壁高度低于两单元体之间的侧壁高度5-7cm；第二组单元体6临近河道的侧壁上部设置有上部出水孔，每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m，雨水由上部出水孔13经过原有堤岸14和堤岸砌石挡墙5排入河道，削减了污染负荷。
缓流微型湿地系统4自上而下依次设置有种植土层8、填料层9和承托层11；种植土层8为改良土壤基肥，有利于植物的生长，厚度为0.15m，种植耐污能力强、根系发达、去污效果好、具有抗冻及抗病虫害能力、有一定经济价值、容易管理的耐水淹的本土植物，为黄花鸢尾、美人蕉、香蒲或者千屈菜；填料层9中设置有表面积较大、渗透性较强的改性复合基质，为改性沸石、改性陶粒、改性炉渣或者改性火山岩，厚度为0.25m；承托层11中设置有砾石，厚度为0.30m，砾石直径为0.05m，主要体现雨水的“渗、滞、净”。
填料层9与承托层11之间设置有土工布10，用于防止上层土壤类颗粒物进入承托层11；
可控蓄水模块3内设置便携式潜水泵16，携式潜水泵16与缓流微型湿地系统4以及河道水体之间设置有输水软管17；在旱季，将可控蓄水模块3中储存的水输出维持河道岸边植物生长需要，同时用潜水泵将河道水体经输水软管提升至缓流微型湿地系统，经过系统生态净化处理后第二单元体6上部的小孔自流至河道水体，使河道水体循环起来，达到改善河水水质的目的。
雨水利用不仅是开源节流的一条途径，也有利于生态环境的改善和水污染的控制。本发明的径流污染截控与景观水体保持的可控缓流循环模块系统通过将城市雨水系统原有的单一的快速疏排为主，向排渍与利用并重，将雨水作为一种宝贵的资源，在城市区域水循环系统和流域水环境系统中将起着十分重要的作用。
Claims (6)
1.一种基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，包括河道堤岸、植被缓冲带、微型湿地、排水管道及河道；其特征在于，该系统设置在河道堤岸的迎河一侧，沿堤岸坡度向下且与堤岸坡度一致设置有植被缓冲带(1)，植被缓冲带(1)上种植铺地柏、马唐草或藤蔓植物；沿植被缓冲带(1)坡度向下、按植被缓冲带(1)的长度每800～1000m设置有4～5个集水导流带(2)；沿集水导流带(2)坡度向下、垂直、对应地设置有可控蓄水模块(3)，可控蓄水模块(3)由可循环使用的聚丙烯材质的单元长方体通过砌合成为一个稳定的箱体结构，其长宽深分别为100～120m、1～1.2m、0.5～0.6m，长度和数量与集水导流带(2)相一致。
可控蓄水模块(3)临近河道一侧垂直向下设置有缓流微型湿地系统(4)；
组成可控蓄水模块(3)的聚丙烯材质的单元长方体为矩形箱式结构，其中每个单元长方体的长、宽、深分别为2m、1m、0.5m，每个单元长方体的上沿和下沿及相邻侧壁分别设置有相对应的凸起和凹槽；临近缓流微型湿地系统(4)一侧的每个单元长方体上部设置有出水口，该出水口为圆形，孔径为0.02m，每间隔0.1m设置一个，雨水从出水口慢慢流出进入缓流微型湿地系统(4)；
缓流微型湿地系统(4)的长度为50～60m，宽度为0.9～1.1m，深度为1.0～1.2m，其底部高程高于河道洪水水位或常水位，沿横向河堤每千米设置为2个；缓流微型湿地系统(4)采用聚丙烯底座和侧壁拼装而成，缓流微型湿地系统(4)沿河堤向河道方向设置有第一组单元体(5)和第二组单元体(6)，两单元体之间的侧壁底部设置有小孔；第一组单元体(5)内部的雨水从侧壁底部的小孔流向第二组单元体(6)，即第一组单元体(5)的雨水呈下降流，第二组单元体(6)的雨水呈上升流，以实现水流的曲折性，增加雨水与湿地系统的接触，提高湿地系统的利用率；其中，第二单元体(6)临近河道的侧壁高度低于两单元体之间的侧壁高度5-7cm；
缓流微型湿地系统(4)自上而下依次设置有种植土层(8)、填料层(9)和承托层(11)；种植土层(8)为改良土壤基肥，厚度为0.1～0.15m，种植耐污能力强、根系发达、去污效果好、具有抗冻及抗病虫害能力、有一定经济价值、容易管理的耐水淹的本土植物(7)，所述植物(7)为黄花鸢尾、美人蕉、香蒲或者千屈菜；填料层(9)中设置有表面积较大、渗透性较强的改性复合基质，为改性沸石、改性陶粒、改性炉渣或者改性火山岩，厚度为0.20～0.30m；承托层(11)中设置有砾石，厚度为0.25～0.35m，砾石直径为0.04～0.06m；
填料层(9)与承托层(11)之间设置有土工布(10)，用于防止上层土壤类颗粒物进入承托层(11)；
可控蓄水模块(3)内设置便携式潜水泵(16)，携式潜水泵(16)与缓流微型湿地系统(4)以及河道水体之间设置有输水软管(17)；
缓流微型湿地系统(4)中的第二组单元体(6)临近河道的侧壁上部设置有上部出水 孔(13)，雨水由上部出水孔(13)经过原有堤岸(14)和堤岸砌石挡墙(5)排入河道。
2.根据权利要求1所述的基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，其特征在于，所述植被缓冲带(1)沿岸坡向下的宽度为0.8～1.0m，沿堤岸长度为800～1000m。
3.根据权利要求1所述的基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，其特征在于，所述集水导流带(2)沿植被缓冲带(1)坡度向下的宽度为0.3～0.4m。
4.根据权利要求1所述的基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，其特征在于，该系统设置的4～5个可控蓄水模块(3)的总储存容积为200-250m3。
5.根据权利要求1所述的基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，其特征在于，第一组单元体(5)和第二组单元体(6)之间的侧壁底部设置的小孔为每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m。
6.根据权利要求1所述的基于海绵城市建设的可控缓流截污循环模块系统，其特征在于，上部出水孔(13)为每间隔0.1m设置一个，直径为0.20m。
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