CN105863038A - 一种初期雨水弃流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初期雨水弃流装置，它括有井筒（9），井筒（9）内设有水平的隔板（6），在隔板（6）与井筒底面之间的井壁上安装弃流管(7)，在隔板(6)之上井壁的适合高度位置安装进水管(1)和与进水管正对的收集管(2)，在收集管(2)下方的井壁上开有溢流槽(8)，隔板(6)中心处开有弃流口(5)，弃流口(5)上方有用弹簧(4)支撑的盖板(3)，与地面结合的井筒(9)顶口盖有防护井盖(10)。本发明的优点是：由雨水流量的变化自动完成雨水弃流和雨水收集两种工作状态的切换，无需电源和自动控制设备，易于检修和维护，且实现了两场时间较短的阵雨之间保持雨水收集。

Description

一种初期雨水弃流装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种在建筑小区内实现雨水回收利用、对雨水分流的初期雨水弃流装置。

背景技术

我国是水资源贫乏的国家。为解决水资源短缺的问题，雨水利用受到了越来越多的关注和重视。近年来，政府积极推动海绵城市建设。为了实现海绵城市建设的综合性目标，LID理念已从狭义的源头分散措施的概念拓展为广义LID理念，涉及源头、中途及末端全过程及多尺度。其中对雨水资源进行收集和综合利用，不仅可以增加城市水源，在一定程度上缓解水资源的供需矛盾，同时还可以有效地减小城市径流量，延滞汇流时间，减轻城市排洪设施的压力，减少防洪投资和洪灾损失。

要实现雨水的收集和利用，首先要做到雨水分流。因为在降雨过程中，受下垫面的影响，初期径流雨水中含有大量的污染物，其污染程度甚至可以超过普通城市污水的污染程度；而中、后期的雨水径流污染程度低。为了收集到水质良好的雨水，减少雨水处理的成本，对初期的雨水弃之不用，只收集中、后期的雨水。能够实现这一功能的设备称之为雨水初期弃流装置。现有的雨水初期弃流装置可以分为容积型、半容积、流量型、雨量型、跳跃堰型等多种类型。容积型和半容积型弃流装置的主要缺点是与一般的检查井相比体积较大，所需的阀门较多。流量型和雨量型弃流装置增加了许多自动控制装置，对径流量和降雨量的反应更加灵敏，但也增加了使用成本，阻碍产品的广泛使用。跳跃堰型弃流装置的主要缺点是只适用于坡度较大的山地城市。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种初期雨水弃流装置，它能实现初期弃流和中后期雨水的自动收集，并在两场时间较短的阵雨之间保持雨水收集。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有井筒，井筒内设有水平的隔板，在隔板与井筒底面之间的井壁上安装弃流管，在隔板之上井壁的适合高度位置安装进水管和与进水管正对的收集管，在收集管下方的井壁上开有溢流 槽，隔板中心处开有弃流口，弃流口上方有用弹簧支撑的盖板，与地面结合的井筒顶口盖有防护井盖。

本发明的工作原理是：隔板将井筒分为两部分：隔板上部用于雨水收集，隔板下部用于雨水弃流。初期雨水从弃流口排走，在进水流量大于弃流口的最大排放能力时，水位上升，弹簧逐渐压缩，弃流口被关闭，雨水从收集管排出。

当降雨开始时，径流量较小，雨水通过弃流口直接排入到与弃流管相接的市政污水管道。随着降雨的进行，径流量大于弃流口的排放能力，雨水会在隔板上方累积，弹簧逐渐被压缩，当井内水位大于设计水位时，弹簧被最大限度压缩，盖板底部与隔板相接触将弃流口关闭，装置进入雨水收集工作状态。当降雨末期或结束时，无法从收集管排出的雨水再通过溢流槽渗入到地下，使水位下降到设计高度之下，控制弹簧逐渐反弹，弃流口重新打开。在两场时间较短的阵雨之间，弃流口还未能打开，此时仍保持雨水收集。

本发明的技术效果是：由雨水流量的变化自动完成雨水弃流和雨水收集两种工作状态的切换，无需电源和自动控制设备，易于检修和维护，且实现了两场时间较短的阵雨之间保持雨水收集。由于初期雨水直接排入市政污水管，整个装置体积小，安装方便，能应用在建筑小区的雨水汇水干管上或雨水收集池前的收集管上。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的平面图；

图2为图1中1-1剖面图；

图3为图1中2-2剖面图；

图4为进水管的流量随时间变化的函数图。

图中：1.进水管；2.收集管；3.盖板；4.弹簧；5.弃流口；6隔板.；7.弃流管；8.溢流槽；9.井筒；10.防护井盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明包括有井筒9，井筒9内设有水平的隔板6，在隔板6与井筒底面之间的井壁上安装弃流管7，在隔板6之上井壁的适合高度位置安装进水管1和与进水管正对的收集管2，在收集管2下方的井壁上开有溢流槽8，隔板6中心处开有弃流口5，弃流口5上方有用弹簧4支撑的盖板3，与地面结合的井筒9顶 口盖有防护井盖10。

如图2和图3所示，隔板6上方累积的雨水量刚好能使弹簧4最大限度压缩并将弃流口5关闭，该水位称为设计水位。进水管1和收集管2的管底标高相同，并高于设计水位至少50mm。在设计水位下方，设置有一个溢流槽8，槽内填8充有渗透系数为(1～5)×10^-3cm/s的滤料。弃流管7按非满流设计，其管径比弃流口5大一级。井筒9内部嵌入不锈钢滤网，将较大的污染物会被截留，方便后期清理维护。

实施例

进水管的管径根据小区内全部汇水面积参与径流时，产生的最大径流量来计算，计算公式为：Q＝ΨFq，式中Ψ为小区综合径流系数，F为小区汇水面积，q为设计暴雨强度，式中P为设计重现期，t为降雨历时，A₁,c,b,n为地方参数。收集管的管径与进水管的相同。

本实施例采用塑料检查井的构造，具体可参照建筑小区塑料排水检查井设计图集08SS523，井筒9的直径D宜根据进水管、出水管的管径确定。

雨水初期弃流量按下式计算：W＝10^-3×δ×F，式中W为初期雨水弃流量；δ是初期雨水径流厚度(mm)；F为汇水面积(m²)；10^-3为折算系数。无资料时，屋面雨水初期弃流的径流厚度采用2～3mm，地面弃流采用2～5mm。

雨水初期弃流时间根据不同地区的气候情况以及不同小区的下垫面而定，以重庆地区为例，重庆是山地城市，地面坡度较大，弃流时间可取5～10min(以雨水进入弃流装置开始计时)

设计水位标高比隔板高600～1000mm。此时隔板上方水的体积式中D为井筒直径，h₀设计储水高度。水的自重G＝ρVg，式中ρ为水的密度，ρ＝1000kg/m³，g为重力加速度，g＝9.8m²/s。盖板为不锈钢，盖板通过弹簧固定在弃流口上方80～100mm处，即弹簧从平衡状态向下压缩的最大压缩量为80～100mm。在弹性限度内，根据胡克定律F＝-k·x，可计算出弃流口被关闭时所需施加的外力F，式中k是劲度系数，x是弹 簧形变量，x由盖板的安装高度决定。当隔板上方雨水的自重大于F时，弃流口被彻底关闭，由此可计算出所需弹簧的劲度系数k，式中n为弹簧并联的数量，n一般为2～4。盖板为柱形凹陷盖，柱形凹陷空间用于容纳压缩后的弹簧。

弃流口直径根据《建筑给水排水设计规范》中4.9.22条规范的塑料雨水立管的最大泄流量并结合进水管管径大小进行选取。例DN300的进水管对应的弃流口径是200mm。

假设在雨水进入井筒后的10分钟，进水管达到满流状态，进水管的流量随时间变化的情况如图4所示，图4中，进水管流量Q为纵坐标、时间t为横坐标，α为变化系数。

在图4中，弃流过程可以分为两个阶段。第一个阶段，进水管的流量小于弃流口的最大泄流流量时，在0-t1时间内，弃流的雨水量其中t₁是指进水管的流量刚好等于弃流口的最大泄流量的时刻。

第二阶段，进水管的量大于弃流口的最大泄流流量，隔板上方水位h开始上升，h是随时间变化的函数：通过对时间t积分得式中A为井内的过水面积，q_max是弃流口的最大泄流量，边界条件为h(t₁)＝0，代入可求出c。

将设计水位h₀代入上述公式，可求出第二阶段井内水位上升到设计水位的时刻t2，弃流的雨水量V₂＝q_max(t₂-t₁)。通过比较V₁+V₂与W的关系，复核弃流口直径。

盖板的直径比弃流口的大50mm，为弹簧的安装预留出足够的空间。为保证降雨结束后一段时间内(如2小时)，井筒内水位能下降到设计水位以下使弹簧重新开启，在设计水位下方开设有4cm×4cm的溢流槽。溢流槽内填充满渗透系数为(1～5)×10^-3cm/s的滤料。

弃流管管径按非满流设计，一般比弃流口径大1～2级。隔板与井筒底面之间预留400～500mm的距离，便于弃流管的接入。井筒高度根据地形及汇水干管接入点确定。

本发明适用于较多情况，相关产品的设计计算参照上述过程。

Claims (4)

1.一种初期雨水弃流装置，包括有井筒（9），其特征是：井筒（9）内设有水平的隔板（6），在隔板（6）与井筒底面之间的井壁上安装弃流管(7)，在隔板(6)之上井壁的适合高度位置安装进水管(1)和与进水管正对的收集管(2)，在收集管(2)下方的井壁上开有溢流槽(8)，隔板(6)中心处开有弃流口(5)，弃流口(5)上方有用弹簧(4)支撑的盖板(3)，与地面结合的井筒(9)顶口盖有防护井盖(10)。

2.根据权利要求1所述的初期雨水弃流装置，其特征是：进水管（1）和收集管（2）的管底标高相同，并高于设计水位至少50mm，所述设计水位是指隔板（6）上方累积的雨水量刚好能使弹簧（4）最大限度压缩并将弃流口（5）关闭时的储水高度。

3.根据权利要求2所述的初期雨水弃流装置，其特征是：所述溢流槽（8）在设计水位下方。

4.根据权利要求3所述的初期雨水弃流装置，其特征是：井筒（9）内部嵌有不锈钢滤网。