CN106284588B - 一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其设置的排水沟顶部设有过滤格栅，其下端与一人工湿地区连通；人工湿地区包括雨水滞留区和设置在雨水滞留区边缘的湿地围墙，雨水滞留区的底面外表面设置有透水型土工布；缓存池通过导流管与粗过滤池连通，导流管上连接有一与雨水滞留区连通的排液管；蓄水池上端设置有与市政雨水管网连接的溢流管，蓄水池包括内侧壁和外侧壁，内侧壁和外侧壁之间形成一与蓄水池的蓄水空腔连通的夹层；外侧壁上均匀地开设有若干与夹层导通的排水孔，并在外侧壁上包裹有透水型土工布；控制系统包括控制单元、电磁阀、浊度传感器、液位传感器和湿度传感器，湿度传感器、液位传感器和电磁阀均与控制单元连接。

Description

一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统

技术领域

本发明涉及雨水回收利用技术领域，具体涉及一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统。

背景技术

随着我国城市化进程的显著加快，城市规模的不断扩张，城市地面硬化加剧，导致雨水径流系数增大，汇流加速，如遇暴雨天气，路面易积水，严重时，易造成城市道路交通瘫痪和人员伤亡。

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，降雨时“渗水、蓄水、净水”，需要时将蓄积的水“释放”并加以利用。近年来，随着极端天气多发频发，我国许多城市遭遇强降雨后普遍存在内涝现象。“海绵城市”的理念在解决城市内涝方面越来越多地受到关注，陆续被写入建设规划。

以往我国治理城市内涝的方法和思路相对简单，多侧重于追求大面积硬质化路面、增设和扩大下渗设施和地下排水管道等，但这些只是以简单的方式对雨水进行空间转移，仍然属于对雨水的强排；雨水冲刷产生的面源污染，加大了城市污水治理的难度，同时也给城市管网行洪排泄带来一定的压力，而暴雨过后却又陷入干燥缺水的窘境，热岛效应显著。

近年来下沉式绿地、渗透塘、湿塘等开始受到关注并迅速建设，但由于填料相对单一，尽管一定程度上加速了雨水的下渗，但难以有效蓄存雨水，并对雨水进行净化和加以利用。因此，研究和开发能够高效、持续保障雨水下渗、蓄存、净化、回用的多功能装置和系统对海绵城市的建设显得尤为必要。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统解决了城市雨水不易被蓄积、以及蓄积过程中造成的二次污染的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其包括控制系统，依次导通的排水沟、缓存池、粗过滤池、精过滤池和蓄水池，排水沟顶部挂设有一对雨水篦子汇集的雨水进行过滤的框形过滤格栅，其下端侧壁通过排水管与一人工湿地区连通，排水沟下端侧壁通过导水管与缓存池导通；

人工湿地区包括下凹的雨水滞留区和设置在雨水滞留区边缘、且顶端高出地面用于扩大雨水滞留区储水量的湿地围墙，雨水滞留区的底面外表面设置有用于雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；缓存池通过导流管与粗过滤池连通，导流管上连接有一与雨水滞留区连通的排液管；

蓄水池上端设置有与市政雨水管网连接的溢流管，蓄水池包括采用树脂混泥土制成的内侧壁和外侧壁，内侧壁和外侧壁之间形成一夹层，蓄水池的蓄水空腔通过出水管与夹层导通；外侧壁上均匀地开设有若干与夹层导通的排水孔，并在外侧壁上包裹有用使夹层内的雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；

控制系统包括控制单元，分别设置在排水管、导水管、出水管、排液管和溢流管上的电磁阀，设置在排水管内的浊度传感器，设置在缓存池顶盖下表面和溢流管位于蓄水池内所在段的上表面的液位传感器及该系统所在区域土壤内设置的多个湿度传感器，湿度传感器、液位传感器和电磁阀均与控制单元连接。

与现有技术中的雨水处理与储存系统相比，本发明的有益效果为：

(1)粗过滤池、精过滤池和蓄水池都具有较大容水量，当遇到强降雨时，这些部件能够容纳大量的雨水，可以配合市政管网提高雨水泄洪能力，减小城市路面的地表径流量，起到削峰调蓄的作用。

(2)设置的人工湿地区能够对浊度较大雨水进行储存，雨水中携带的泥沙沉积后能够给人工湿地区内种植的植物提供生长所必须的土壤，另外人工湿地区内植物还能够对雨水携带过来的泥沙进行固化。

当排水管内的浊度传感器检测到雨水的浊度低于设定值时，其能够将信息传递个控制单元，控制单元便开导水管上的电磁阀，关闭排水管上的电磁阀，使雨水进入正常的处理路径。

(3)设置缓存池能够在粗过滤池和精过滤池不能及时对雨水进行净化处理时，对多余的雨水进行存储，避免了雨水不能快速经过粗过滤池、精过滤池净化进入蓄水池而出现内涝问题。

另外，当出现特大暴雨时，缓存池仍不能满足待净化雨水的储存时，本方案可以在控制单元接收到缓存池顶盖下表面液位传感器的信息后，开启排液管上的电磁阀，使多余的雨水进入存储量较大的人工湿地区，以缓解地面可能出现内涝问题。

(4)本发明提供的雨水处理与储存系统突破了传统的“以排为主”的城市雨水管理理念，在雨水多发期时，通过蓄水池和人工湿地区对雨水进行储存，雨水期之后，人工湿地区能够将其储存的雨水缓慢地渗透至土壤中，实现对雨水处理与储存系统所在区域的植被的浇灌。

当湿度传感器采集的土壤含水量低于设定值时，控制单元开启出水管上的电磁阀，将蓄水池内的雨水通过夹层、排水孔和透水型土工布排放至土壤中，达到对雨水处理与储存系统所在区域的植被的浇灌，进一步达到涵养地层，“弹性适应”自然环境的目标，对“海绵城市”建设具有重要参考意义。

(5)本发明通过控制单元调节各电磁阀的开合，实现了雨水处理与储存系统的自动化操作，当蓄水池中水位达到液位传感器所在高度时，控制单元打开溢流管上的电磁阀通过市政雨水管网排出，以避免暴雨时，雨水淹没公路。

(6)本方案除了人工湿地区外，其他各部分设施均处于地下，对周围环境影响小，其基本不占用地面空间，能够提高土地资源利用率；其适用于各类城市主干道、小区道路，大型广场等，可根据不同的使用场所设置相应的蓄水池尺寸，适应性强。

(7)由于城市植被较少，暴雨时雨水会携带大量的泥沙，粗过滤池和精过滤池能够对雨水中携带的泥沙和泥浆进行沉淀，从而达到对雨水净化的目的，避免了雨水在后续管道流淌过程中出现泥沙及泥浆沉淀堵塞管道的问题，同时还提高了进入蓄水池内雨水的洁净度。

附图说明

图1为可用于海绵城市的雨水处理与储存系统的结构简图。

图2为排水沟、缓存池、粗过滤池、精过滤池和部分反冲洗装置组装在一起后的放大图。

图3为渗水井和海绵蓄水层安装在一起后的放大图。

其中，1、排水沟；11、排水管；12、导水管；13、雨水篦子；14、过滤格栅；2、缓存池；21、液位传感器；22、导流管；23、排液管；3、粗过滤池；31、过滤网；32、泥沙汇集凸台；33、排污管；34、排泥管；4、精过滤池；41、泥浆汇集凸台；

5、蓄水池；51、出水管；6、渗水井；61、过滤结构；611、井盖；612、滤网层；613、粗砂砾过滤层；614、细砂砾过滤层；615、截污挂篮；7、反冲洗装置；71、进水管；72、电机；73、反冲洗管；8、人工湿地区；82、湿地围墙；9、海绵蓄水层；92、混疑土基座；91、海绵体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，该可用于海绵城市的雨水处理与储存系统包括控制系统，依次导通的排水沟1、缓存池2、粗过滤池3、精过滤池4和蓄水池5，排水沟1设置在公路两侧，其可以对目前公路两侧的排水沟1进行简单的改进就可以实现粗过滤作用。

排水沟1要实现过滤作用，可以采用以下方式对其结构进行改进，具体地为排水沟1包括采用树脂混泥土制成的壁体和顶部等间距安装的多个将公路上的雨水汇集至排水沟1内的雨水篦子13，在排水沟1的顶部挂设有一对雨水篦子13汇集的雨水进行过滤的框形过滤格栅14，其下端侧壁通过排水管11与一人工湿地区8连通，排水沟1下端侧壁通过导水管12与缓存池2导通。

排水沟1是直接对公路两侧现有的排水沟1的改进得到的，不需要另外在地下花费大量成本挖设过滤装置，节约了大量调蓄系统构建成本；再者，由于过滤格栅14呈框形，其是直接挂设在排水沟1上的，取出雨水篦子13，就能够非常方便地对其内拦截的树叶和城市垃圾进行快速清理。

由于排水沟1的壁体采用树脂混泥土制成，其强度远高于普通混凝土，树脂混泥土制造的构件重量较轻，方便排水沟1组成部件的运输，另外采用树脂混泥土制备的构件表面较光滑，具有较强的抗腐蚀性能，且不渗水，避免了排水沟1中未被净化的雨水渗入土壤中。

如图1所示，人工湿地区8包括下凹的雨水滞留区和设置在雨水滞留区边缘、且顶端高出地面用于扩大雨水滞留区储水量的湿地围墙82，雨水滞留区的底面外表面设置有用于雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；缓存池2通过导流管22与粗过滤池3连通，导流管22上连接有一与雨水滞留区连通的排液管23。

湿地围墙82的设置可以进一步提高人工湿地区8的雨水缓存量，避免了出现大暴雨或强降水量的季节时，雨水量增长过快，雨水不能快速经粗过滤池3、精过滤池4净化进入蓄水池5，造成雨水在地面到处流淌而出现内涝现象。

雨水滞留区的底面设置的透水型土工布能够在雨水期之后，将人工湿地区8储存的雨水缓慢地渗透至土壤中，实现对雨水处理与储存系统所在区域的植被的浇灌。

蓄水池5上端设置有与市政雨水管网连接的溢流管，蓄水池5包括采用树脂混泥土制成的内侧壁和外侧壁，内侧壁和外侧壁之间形成一夹层，蓄水池5的蓄水空腔通过出水管51与夹层导通；外侧壁上均匀地开设有若干与夹层导通的排水孔，并在外侧壁上包裹有用使夹层内的雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布。

蓄水池5内侧壁和外侧壁材质的选取与排水沟1材质的选取目的一致，此处就不再一一赘述。

控制系统包括控制单元，分别设置在排水管11、导水管12、排液管23和溢流管上的电磁阀，设置在排水管11内的浊度传感器，设置在缓存池2顶盖下表面和溢流管位于蓄水池5内所在段的上表面的液位传感器21及该系统所在区域土壤内设置的多个湿度传感器，湿度传感器、液位传感器21和电磁阀均与控制单元连接。

控制单元、多个电磁阀和液位传感器21的设置，能够确保该调蓄系统在雨水收集和涵养绿地时的全自动化调整。

当湿度传感器采集的土壤含水量低于设定值时，控制单元开启出水管51上的电磁阀，将蓄水池5内的雨水通过夹层、排水孔和透水型土工布排放至土壤中，达到对雨水处理与储存系统所在区域的植被的浇灌，进一步达到涵养地层，“弹性适应”自然环境的目标，对“海绵城市”建设具有重要参考意义。

实施时，为了便于管理人员直观的了解控制系统内各个部件的工作状态，本方案优选将控制单元设置在地面上。在对湿度传感器和液位传感器21的控制时，若是在土壤的化学性能适合导线的布设，湿度传感器和液位传感器21可以采用有线的方式与控制单元连接；

若是土壤呈酸性或碱性，容易腐蚀导线，湿度传感器和液位传感器21也可以采用无线的方式与控制单元进行通信；另外，湿度传感器和液位传感器21也可以采用有线和无线相结合的方式与控制单元进行通信。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上对雨水处理与储存系统做出的进一步改进，具体参考图1和图2，该可用于海绵城市的雨水处理与储存系统还包括用于对粗过滤池3、精过滤池4进行清洗的反冲洗装置7。

实施时，本实施例优选反冲洗装置7包括延伸至蓄水池5底部的进水管71，安装在蓄水池5顶部、且分别与控制单元和进水管71连接的水泵72，分别与粗过滤池3、精过滤池4和水泵72连接的反冲洗管73及粗过滤池3底端安装的将清洗粗过滤池3和精过滤池4的污水排入土壤中的排污管33，粗过滤池3和精过滤池4底端通过排泥管34导通；排污管33和排泥管34均设置有与控制单元连接的电磁阀。

在枯水季节时，本方案可以通过设置的反冲洗装置7调用蓄水池5内的雨水对粗过滤池3和精过滤池4中的泥沙及泥浆进行清洗，精过滤池4清洗后的污水进入粗过滤池3中，并与清洗粗过滤池3的污水一起通过排污管33排入土壤中，排入污水能够使泥沙及泥浆回归到土壤中，另外排出的水还能对土壤起到一定的涵养作用，避免了雨水的浪费。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上对粗过滤池3和精过滤池4做出的进一步改进，具体参考图2，粗过滤池3的底部设置有泥沙汇集凸台32和泥沙汇集槽，精过滤池4的底部设置有泥浆汇集凸台41和泥浆汇集槽；排污管33安装于泥沙汇集槽所在处，排泥管34将泥浆汇集槽与泥沙汇集槽导通。

泥沙汇集凸台32和泥浆汇集凸台41的顶面为一倾斜的斜面，且二者的倾斜方向均朝向各自的泥沙汇集槽和泥浆汇集槽，这样设置后，可以对泥沙和泥浆起到一定的导流作用，使泥沙汇集在泥沙汇集槽内，泥浆汇集在泥浆汇集槽内，方便后续泥浆和泥沙的清理。

其中的排污管33可以由一根与泥沙汇集槽连通的主管和多根与主管连接的支管构成，多根支管呈星射形安装在土壤内，这样设置后，能够将清洗泥沙汇集槽和泥浆汇集槽的的污水均匀地分散至土壤中，实现土壤的均匀浇灌。

实施例4

本实施例是在实施例3的基础上对粗过滤池3与精过滤池4内泥沙汇集凸台32和泥浆汇集凸台41做出的进一步改进，具体参考图2，泥沙汇集凸台32的倾斜面朝向精过滤池4，泥浆汇集凸台41的倾斜面朝向粗过滤池3。

泥浆汇集凸台41和泥沙汇集凸台32的顶面朝向的独特设置，其主要目的是使泥浆汇集槽与泥沙汇集槽彼此靠近，便于将清洗粗过滤池3和精过滤池4的污水汇聚在一起，统一排入土壤中。从图2可以看出，本实施例采用这种方式设置后，泥浆汇集槽与泥沙汇集槽仅一墙之隔，方便了排泥管34的安装。

实施例5

本实施例是在实施例1至实施例4的基础上，对可用于海绵城市的雨水处理与储存系统做出的进一步改进，具体参考图1和图3，该可用于海绵城市的雨水处理与储存系统还包括多个设置在该系统所在区域绿化带内的渗水井6，渗水井6通过连接管与蓄水池5导通，渗水井6顶端设置有对雨水进行过滤的过滤结构61，其底部安装于一海绵蓄水层9内。

由于绿化带能够对泥沙等起到一定的固化作用，通过渗水井6进入的雨水通过过滤结构61过滤之后，直接送入蓄水池5内进行存储，不在送入粗过滤池3和精过滤池4净化，以提高暴雨时雨水的转移。

渗水井6下端的海绵蓄水层9能够对部分雨水进行储存，该部分雨水能够在土壤湿度小于其内部含水量时，将其储存的雨水缓慢渗透至土壤中，实现对绿化带的浇灌，省去了城市绿地管理人员对绿化带浇灌过程，降低了城市绿地的管理成本。

实施例6

本实施是在实施例5的基础上，对渗水井6的过滤结构61做出的进一步改进，具体参考图3，过滤结构61包括挂设在渗水井6顶部的截污挂篮615，截污挂篮615内由下至上分别铺设有细砂砾过滤层614、粗砂砾过滤层613和滤网层612；在截污挂篮615顶部安装有具有多个水流过孔的井盖611。

过滤结构61的设置能够对从井盖611的多个水流过孔中进入的雨水中携带的树叶等大颗粒杂质进行拦截，确保了进入渗水井6内雨水的洁净度。截污挂篮615采用挂设的方式安装在渗水井6顶部，方便过滤结构61的取出，以及对截污挂篮615内的细砂砾过滤层614、粗砂砾过滤层613和滤网层612的清洗和更换。

实施例7

本实施是在实施例5或实施例6的基础上，对渗水井6的下端的海绵蓄水层9做出的进一步改进，具体参考图3，海绵蓄水层9包括具有一内部空腔的混泥土基座92和设置在空腔内具有吸水能力的海绵体91；混泥土基座92的所有侧壁上开设有若干与其内部的空腔连通的渗水孔，混泥土基座92的所有侧壁上包裹有用于使海绵体91内的雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；渗水井6底端与混泥土基座内部的空腔连通。

海绵蓄水层9中混泥土基座92的设置保证了渗水井6安装在土壤中的稳定性，另外还可以确保海绵体91被较重的土壤和渗水井6的挤压达不到储水的目的。海绵体91能够在雨水期时将大量的雨水储存起来，在雨水期之后，当土壤中的含水量低于海绵体91内的含水量时，海绵体91内的雨水能够通过渗透作用通过渗水孔和透水型土工布缓慢地渗透至绿化带所在区域内的土壤中，以达到涵养绿地的目的。

实施例8

本实施例是在实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或实施例6的基础上做出的进一步小改进，具体地为粗过滤池3和精过滤池4的上端相互连通，且在连通处安装有过滤网31；精过滤池4的上端通过导管与蓄水池5的上端连通。

排水沟1、缓存池2、粗过滤池3和精过滤池4导通处的位置的独特设置，可以使雨水快速通过缓存池2、粗过滤池3和精过滤池4，以提高雨水的净化，降低城市内涝出现的可能性。

综上所述，该可用于海绵城市的雨水处理与储存系统解决了城市雨水不易被蓄积、以及蓄积过程中造成的二次污染的问题，同时该雨水处理与储存系统能够有效地调节城市道路雨水径流与滞洪，消减径流污染，实现雨水收集、净化、存储、分流和利用功能。

Claims (8)

1.一种可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，包括控制系统，依次导通的排水沟、缓存池、粗过滤池、精过滤池和蓄水池，所述排水沟顶部挂设有一对雨水篦子汇集的雨水进行过滤的框形过滤格栅，其下端侧壁通过排水管与一人工湿地区连通，排水沟下端侧壁通过导水管与缓存池导通；

所述人工湿地区包括下凹的雨水滞留区和设置在雨水滞留区边缘、且顶端高出地面用于扩大雨水滞留区储水量的湿地围墙，所述雨水滞留区的底面外表面设置有用于雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；所述缓存池通过导流管与所述粗过滤池连通，所述导流管上连接有一与所述雨水滞留区连通的排液管；

所述蓄水池上端设置有与市政雨水管网连接的溢流管，蓄水池包括采用树脂混泥土制成的内侧壁和外侧壁，所述内侧壁和外侧壁之间形成一夹层，蓄水池的蓄水空腔通过出水管与夹层导通；所述外侧壁上均匀地开设有若干与夹层导通的排水孔，并在所述外侧壁上包裹有用使夹层内的雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；

所述控制系统包括控制单元，分别设置在排水管、导水管、出水管、排液管和溢流管上的电磁阀，设置在所述排水管内的浊度传感器，设置在所述缓存池顶盖下表面和溢流管位于蓄水池内所在段的上表面的液位传感器及该系统所在区域土壤内设置的多个湿度传感器，所述湿度传感器、液位传感器和电磁阀均与控制单元连接；

当排水管内的浊度传感器检测到雨水的浊度低于设定值时，其能够将信息传递个控制单元，控制单元便开启导水管上的电磁阀，关闭排水管上的电磁阀。

2.根据权利要求1所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，还包括用于对粗过滤池、精过滤池进行清洗的反冲洗装置；所述反冲洗装置包括延伸至蓄水池底部的进水管，安装在蓄水池顶部、且分别与控制单元和进水管连接的水泵，分别与粗过滤池、精过滤池和水泵连接的反冲洗管及粗过滤池底端安装的将清洗粗过滤池和精过滤池的污水排入土壤中的排污管；所述粗过滤池和精过滤池底端通过排泥管导通；所述排污管和排泥管上均设置有与控制单元连接的电磁阀。

3.根据权利要求2所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，所述粗过滤池的底部设置有泥沙汇集凸台和泥沙汇集槽，所述精过滤池的底部设置有泥浆汇集凸台和泥浆汇集槽；所述排污管安装于泥沙汇集槽所在处，所述排泥管将所述泥浆汇集槽与泥沙汇集槽导通。

4.根据权利要求3所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，所述泥沙汇集凸台的倾斜面朝向精过滤池，泥浆汇集凸台的倾斜面朝向粗过滤池。

5.根据权利要求1-4任一所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，还包括多个设置在该系统所在区域绿化带内的渗水井，所述渗水井通过连接管与蓄水池导通，所述渗水井顶端设置有对雨水进行过滤的过滤结构，其底部安装于一海绵蓄水层内。

6.根据权利要求5所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，所述过滤结构包括挂设在渗水井顶部的截污挂篮，所述截污挂篮内由下至上分别铺设有细砂砾过滤层、粗砂砾过滤层和滤网层；在所述截污挂篮顶部安装有具有多个水流过孔的井盖。

7.根据权利要求5或6所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，所述海绵蓄水层包括具有一内部空腔的混泥土基座和设置在所述空腔内具有吸水能力的海绵体；所述混泥土基座的所有侧壁上开设有若干与其内部的空腔连通的渗水孔，所述混泥土基座的所有侧壁上包裹有用于使海绵体内的雨水缓慢渗透至土壤中的透水型土工布；所述渗水井底端与混泥土基座内部的空腔连通。

8.根据权利要求1、2、3、4或6所述的可用于海绵城市的雨水处理与储存系统，其特征在于，所述粗过滤池和精过滤池的上端相互连通，且在连通处安装有过滤网；所述精过滤池的上端通过导管与蓄水池的上端连通。