CN106381914B - 一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，属于雨水污染控制领域。主要包括螺旋式下凹式绿地和倒圆台形挡水过滤墙，螺旋式下凹式绿地由螺旋式植物带和下凹式绿地底部植物带组成，挡水过滤墙由外而内由2～3层不同材质的石粒层组成，本发明中的倒圆台形挡水过滤墙能对四周渗流而来的径流污染物进行初步的拦截与过滤，结合螺旋式植物带的形状与坡度设计，在重力作用下，进入该下凹式绿地的雨水和上游地表径流来水均将螺旋式进行过流与下渗，能极大的延长来水渗流时间与渗流路径，提高下凹式绿地对上游径流污染物的削减能力。本发明能有效的缓解初期雨水径流污染所造成的水力负荷，减缓下游排水压力，具有突出的社会、环境、经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及雨水污染控制领域，更具体地说，涉及一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地。
背景技术
降雨径流污染是目前最重要的非点源污染，其污染发生的随机性及污染物排放量的不确定性，越来越引起世界各国政府的重视，全球环保工作者已投入大量的人力物力对径流污染开展了多种途径的研究。根据污染物来源的不同，降雨径流污染可分为城市径流污染、农业生产污染、农村牲畜粪便污染、林区地表径流污染、矿区和建筑工地地表径流污染以及其他污染。
随着我国城市化进程的显著加快、城市规模的不断扩张，城市降雨径流已经成为城市河流与湖泊等受纳水体的第三大污染源；在农业生产活动中，农田中的各类污染物，在降雨或灌溉的作用下，随着地表径流、农田排水，土壤渗透进入各类水体中。根据美国环保署调查，地表中47％的总磷与52％的总氮都是来自农业径流。
近年来利用人工湿地系统、快速渗滤系统以及土壤含水层处理系统等处理方式，削减地表水污染及城乡降雨径流污染的研究备受关注。下凹式绿地是一种高程低于周围路面的公共绿地，其理念是利用开放的空间承接和贮存雨水，达到减少径流和外排的作用，总体来说下凹式绿地有补充地下水、调节径流、滞洪及削减径流污染物的作用。随着海绵城市的发展下凹式绿地受到越来越多的关注与研究，例如专利申请号为：201310240688.6，名称为《一种适用于山地城市冲刷径流处理的下凹式绿地》的中国发明专利公开了通过在分流混凝土壁前端设挡板转轴和挡板弹簧，在挡板转轴上安装隔水折板，隔水折板在挡板转轴处形成弯折，隔水折板的一面位于雨水泄洪边沟，另一面位于下凹式绿地进水口，来对实现对即将进入下凹式绿地的初中期雨水进行分流，以保护下凹式绿地不受强雨破坏；申请号为：201610078156.0，名称为《削减城市初期雨水径流污染的凹式绿地》的中国发明专利公开了通过利用多块挡水隔墙及每块挡水墙左右交叉设计开口的形式来增强下凹式绿地对地表径流污染物的削减能力。
尽管现在对下凹式绿地的研究越来越多，现有的各类下凹式绿地在某种程度上能满足对降雨径流污染物的处理，但仍存在着明显的缺陷与不足，上述技术方案的污染元素吸收不全面、水量调节不完善且污染过滤吸收不充分。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的污染元素吸收不全面、水量调节不完善且污染过滤吸收不充分的问题，本发明提供了一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地。它可以实现污染吸收种类多、水量调节合理、过滤吸收充分的效果。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，包括螺旋式下凹式绿地和挡水过滤墙。
更进一步的，所述的螺旋式下凹式绿地包括螺旋式植物带和底部植物带。
更进一步的，所述的挡水过滤墙为倒圆台形，挡水过滤墙为由沿半径方向外侧到内侧依次设置的砾石层、和/或陶粒层、沸石层组成的2～3层的石粒层滤墙，通过三种材料粒径与孔隙率均不同的石料层，对污染径流进行层层过滤，先拦截大粒径固体污染物，防止滤墙被污染物堵塞，再逐步过滤小粒径污染物，最终污染径流流入下凹式绿地植物带对污染物进行进一步的拦截与过滤。
更进一步的，所述的螺旋式植物带和底部植物带上种植有水生植物，水生植物选用氮、磷吸收能力强，水质净化能力高种类植物。
更进一步的，螺旋式植物带每半圈的垂直坡度为8°～10°，在重力作用下雨水和上游地表径流来水均将以螺旋式植物带为运动轨迹进行过流与下渗，螺旋式植物带能极大的延长来水渗流时间与渗流路径，从而提高下凹式绿地对上游径流污染物的削减能力。
更进一步的，底部植物带的填充材料从上至下依次为：人工回填土壤层、无纺土工布垫层、砂粒层、无纺土工布垫层、石料层，其中石料层从上至下依次由2～3类不同材质的石粒组成。
更进一步的，石料层从上至下依次由沸石层、和/或陶粒层、砾石层组成。
更进一步的，无纺土工布垫层为针刺无纺布与PE膜复合而成的土工布构成。
更进一步的，挡水过滤墙在沿水流入渗方向均匀分布有排水管，当天然来水过大导致下凹式绿地中水流不能及时下渗时，可通过排水管将积水及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性。
更进一步的，排水管选用HDPE透水波纹管，与软式弹簧排水管相比，HDPE透水波纹管耐腐蚀更高，同时双波纹结构有效的提高了排水管的抗压强度，排水系统不会受外界压力变形而影响排水。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明通过设计带有坡度的螺旋式绿化带，来延长地表污染径流和天然来水在下凹式绿地里的下渗路径与水力停留时间，由此能充分发挥下凹式绿地植物带的吸附与拦截作用，提高污染物的削减率，缓解城乡初中期雨水径流污染的水力负荷；
(2)螺旋式绿化植物带在延长水力停留时间的同时，能增加下凹式绿地的水流下渗量，提高下凹式绿地的水贮存量，有利于减缓下游排水压力，削减下游洪峰流量；
(3)本发明中所设计的倒圆台形挡水过滤墙由2～3层不同粒径的不同材质组成，孔隙率大的石粒位于最外侧，能优先拦截大粒径固体污染物，防止滤墙被污染物堵塞，再逐步过滤小粒径污染物，最终污染径流流入下凹式绿地植物带对污染物进行进一步的拦截与过滤；过滤层次化、过滤效果好；
(4)本发明中螺旋式植物带和底部植物带上种植有水生植物，水生植物选用氮、磷吸收能力强，水质净化能力高种类植物，如水生美人蕉和水芹，过滤净化效果好；
(5)螺旋式植物带每半圈的垂直坡度为8°～10°，在重力作用下雨水和上游地表径流来水均将以螺旋式植物带为运动轨迹进行过流与下渗，螺旋式植物带能极大的延长来水渗流时间与渗流路径，从而提高下凹式绿地对上游径流污染物的削减能力；
(6)无纺土工布垫层为针刺无纺布与PE膜复合而成的土工布构成，PE膜复合土工布使水流经过，针刺土无纺布具有杰出的导水功用，它能够土体内部构成排水通道，将土体布局内剩余液体和气体外排；
(7)挡水过滤墙在沿水流入渗方向均匀分布有排水管，当天然来水过大导致下凹式绿地中水流不能及时下渗时，可通过排水管将积水及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性；
(8)排水管选用HDPE透水波纹管，与软式弹簧排水管相比，HDPE透水波纹管耐腐蚀更高，同时双波纹结构有效的提高了排水管的抗压强度，排水系统不会受外界压力变形而影响排水。
附图说明
图1是本发明所述的螺旋式下凹式绿地剖面结构示意图；
图2是本发明所述的螺旋式下凹式绿地立体结构示意图；
图3是本发明所述的螺旋式下凹式绿地俯视图；
图4是本发明所述的砂砾层局部结构示意图。
图中标号说明：
1、螺旋式下凹式绿地；2、挡水过滤墙；3、螺旋式植物带；4、底部植物带；5、砾石层；6、陶粒层；7、沸石层；8、排水管；9、无纺土工布垫层；10、人工回填土壤层；11、砂粒层；12、石料层。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
尽管现在对下凹式绿地的研究越来越多，现有的各类下凹式绿地在某种程度上能满足对降雨径流污染物的处理，但仍存在着明显的缺陷与不足，(1)当前下凹式绿地在植物的选择上并没有针对性的选择对水质净化作用大的某些水生植物，不利于发挥植被对某些污染元素的吸收利用功能。(2)当前下凹式绿地的水力停留时间较短，不利于植物及土壤填料对污染物的充分吸收与过滤；同时较短的水力停留时间也不利于下凹式绿地对雨水的蓄集及对下游洪峰流量的调节。
本发明提供了一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，它可以实现污染吸收种类多、水量调节合理、过滤吸收充分的效果。
如图1-4所示，一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，包括螺旋式下凹式绿地1和挡水过滤墙2，挡水过滤墙2为倒圆台形，螺旋式下凹式绿地1包括螺旋式植物带3和底部植物带4。螺旋式下凹式绿地1设计标高低于周边路面250mm，螺旋式植物带3与下凹式绿地底部植物带4上种植有水生植物，所选用的水生植物为氮、磷吸收能力强，水质净化能力高的水生美人蕉和水芹。
设计螺旋式植物带3每半圈的垂直坡度为8°～10°。此处螺旋式植物带3每半圈的垂直坡度设计为10°，由于重力作用，当上游地表径流与雨水流经该螺旋式下凹式绿地时，均将以螺旋式植物带为运动轨迹进行螺旋式的过流与下渗，螺旋式植物带3能通过延长来水渗流路径与渗流时间，来提高下凹式绿地对上游径流污染物的削减能力；
下凹式绿地底部植物带4下回填高300mm的具有良好渗透性的人工回填土壤层10，在人工回填土壤层10下，回填高度为30mm的砂粒层11，砂粒层11下面为石料层12，石料层12从上至下依次为沸石层7、陶粒层6、砾石层5的3层，每层石料厚度均为40mm，不同材质的填料之间铺设无纺土工布垫层9或者在砂粒层11和石料层12之间铺设无纺土工布垫层9，针刺无纺布与PE膜复合土工布，规格有一布一膜，二布一膜，主要原材料是要用涤纶短纤维针刺无纺布，PE膜通过复合而成，主要用途是防渗，PE膜复合土工布使水流经过，针刺土无纺布具有杰出的导水功用，它能够土体内部构成排水通道，将土体布局内剩余液体和气体外排。同时使两种不同材料间不流失。在石料层12底部布置两根垂直向排水管8，当天然来水过大，下凹式绿地积水无法及时下渗时，可通过排水管8及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性。
挡水过滤墙2为由沿半径方向外侧到内侧依次设置的砾石层5、和/或陶粒层6、沸石层7组成的2～3层的石粒层滤墙。本方案使用从外而内依次由砾石层5、陶粒层6、沸石层7组成，每层厚度均为20mm，孔隙率最大的砾石层5位于最外侧，孔隙率最小的沸石层7位于最内侧，陶粒层6居于两者之中，当上游污染径流进入下凹式绿地时先经过倒圆台形挡水过滤墙2，通过三种材料粒径与孔隙率均不同的石料层，对污染径流进行层层过滤，先拦截大粒径固体污染物，防止滤墙被污染物堵塞，再逐步过滤小粒径污染物，最终污染径流流入下凹式绿地植物带对污染物进行进一步的拦截与过滤。沿半径方向在沿水流入渗方向的下游侧的半倒圆台形挡水过滤墙上沿母线和直径方向均匀分布有9个排水管8，当天然来水过大导致下凹式绿地中积水不能及时下渗时，可通过排水管将积水及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性。
挡水过滤墙2在沿水流入渗方向均匀分布有排水管8。排水管8选用HDPE透水波纹管。所述的排水管8选用直径为50mm的HDPE透水波纹管，管口设有滤网，用于拦截大型污染物防止排水管堵塞，与软式弹簧排水管相比，HDPE透水波纹管耐腐蚀更高，同时双波纹结构有效的提高了排水管的抗压强度，排水系统不会受外界压力变形而影响排水。
在该螺旋式下凹式绿地削减径流污染的过程中，倒圆台形挡水过滤墙2对径流污染物进行初步拦截，在砾石层5、陶粒层6、沸石层7的三层作用下，倒圆台形挡水过滤墙2对氨氮去除率达70％左右，同时能吸附55％左右的氮磷；螺旋式植物带通过延长渗流路径来提高该下凹式绿地的贮存水量与水生植物美人蕉和水芹对径流污染物的削减率，经该螺旋式植物带的地表径流氮磷去除率达65％左右。
实施例2
如图1-4所示，一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，包括螺旋式下凹式绿地1和挡水过滤墙2，挡水过滤墙2为倒圆台形，螺旋式下凹式绿地1包括螺旋式植物带3和底部植物带4。螺旋式下凹式绿地1设计标高低于周边路面250mm，螺旋式植物带3与下凹式绿地底部植物带4上种植有水生植物，所选用的水生植物为氮、磷吸收能力强，水质净化能力高的水生美人蕉和鸢尾。
设计螺旋式植物带3每半圈的垂直坡度为8°～10°。此处螺旋式植物带3每半圈的垂直坡度设计为8°，由于重力作用，当上游地表径流与雨水流经该螺旋式下凹式绿地时，均将以螺旋式植物带为运动轨迹进行螺旋式的过流与下渗，螺旋式植物带3能通过延长来水渗流路径与渗流时间，来提高下凹式绿地对上游径流污染物的削减能力；
下凹式绿地底部植物带4下回填高200mm的具有良好渗透性的人工回填土壤层10，在人工回填土壤层10下，回填高度为30mm的砂粒层11，砂粒层11下面为石料层12，石料层12从上至下依次为沸石层7、砾石层5的2层，每层石料厚度均为40mm，不同材质的填料之间铺设无纺土工布垫层9或者在砂粒层11和石料层12之间铺设无纺土工布垫层9，针刺无纺布与PE膜复合土工布，规格有一布一膜，二布一膜，主要原材料是要用涤纶短纤维针刺无纺布，PE膜通过复合而成，主要用途是防渗，PE膜复合土工布使水流经过，针刺土无纺布具有杰出的导水功用，它能够土体内部构成排水通道，将土体布局内剩余液体和气体外排。同时使两种不同材料间不流失。在石料层12底部布置两根垂直向排水管8，当天然来水过大，下凹式绿地积水无法及时下渗时，可通过排水管8及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性。
挡水过滤墙2为由沿半径方向外侧到内侧依次设置的砾石层5、和/或陶粒层6、沸石层7组成的2～3层的石粒层滤墙。本方案使用从外而内依次由砾石层5、沸石层7组成，每层厚度均为22mm，孔隙率最大的砾石层5位于最外侧，孔隙率最小的沸石层7位于最内侧，当上游污染径流进入下凹式绿地时先经过倒圆台形挡水过滤墙2，通过三种材料粒径与孔隙率均不同的石料层，对污染径流进行层层过滤，先拦截大粒径固体污染物，防止滤墙被污染物堵塞，再逐步过滤小粒径污染物，最终污染径流流入下凹式绿地植物带对污染物进行进一步的拦截与过滤。沿半径方向在沿水流入渗方向的下游侧的半倒圆台形挡水过滤墙上沿母线和直径方向均匀分布有6个排水管8，当天然来水过大导致下凹式绿地中积水不能及时下渗时，可通过排水管将积水及时排除，提高了下凹式绿地的使用期限及环境适应性。
挡水过滤墙2在沿水流入渗方向均匀分布有排水管8。排水管8选用HDPE透水波纹管。所述的排水管8选用直径为60mm的HDPE透水波纹管，管口设有滤网，用于拦截大型污染物防止排水管堵塞，与软式弹簧排水管相比，HDPE透水波纹管耐腐蚀更高，同时双波纹结构有效的提高了排水管的抗压强度，排水系统不会受外界压力变形而影响排水。
在该螺旋式下凹式绿地削减径流污染的过程中，倒圆台形挡水过滤墙2对径流污染物进行初步拦截，在砾石层5、沸石层7的作用下，倒圆台形挡水过滤墙2对氨氮去除率达60％左右，同时能吸附50％左右的氮磷；螺旋式植物带通过延长渗流路径来提高该下凹式绿地的贮存水量与水生植物美人蕉和鸢尾对径流污染物的削减率，经该螺旋式植物带的地表径流氮磷去除率达60％左右。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (8)
1.一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：包括螺旋式下凹式绿地(1)和挡水过滤墙(2)；
所述的螺旋式下凹式绿地(1)包括螺旋式植物带(3)和底部植物带(4)；螺旋式植物带(3)每半圈的垂直坡度为8°～10°。
2.根据权利要求1所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：所述的挡水过滤墙(2)为倒圆台形，挡水过滤墙(2)为由沿半径方向外侧到内侧依次设置的砾石层(5)、和/或陶粒层(6)、沸石层(7)组成的2～3层的石粒层滤墙。
3.根据权利要求2所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：所述的螺旋式植物带(3)和底部植物带(4)上种植有水生植物。
4.根据权利要求1所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：底部植物带(4)的填充材料从上至下依次为：人工回填土壤层(10)、无纺土工布垫层(9)、砂粒层(11)、无纺土工布垫层(9)、石料层(12)，其中石料层(12)从上至下依次由2～3类不同材质的石粒组成。
5.根据权利要求4所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：石料层(12)从上至下依次由沸石层(7)、和/或陶粒层(6)、砾石层(5)组成。
6.根据权利要求5所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：无纺土工布垫层(9)为针刺无纺布与PE膜复合而成的土工布构成。
7.根据权利要求1所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：挡水过滤墙(2)在沿水流入渗方向均匀分布有排水管(8)。
8.根据权利要求7所述的一种高效削减径流污染物的螺旋式下凹式绿地，其特征在于：排水管(8)选用HDPE透水波纹管。
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