CN107761907A - 一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法与系统，通过收集输送单元对城市小区雨水进行收集后汇入净化处理单元，雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理后流入储存调蓄单元，储存调蓄单元根据自身的水量和使用的需要将储存调蓄单元的雨水排出、输送至各用水单元或者进行储存。本发明利用小区现有的绿化单元，对雨水进行收集净化后调蓄利用，既缓解暴雨时对市政管道的压力，提高小区的抵抗内涝的能力，又能降低小区的运维成本。

Description

一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统

技术领域

本发明涉及一种雨水的收集净化调蓄利用方法及系统，尤其是一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统，属于海绵城市建设技术领域。

背景技术

海绵城市是国家为了解决城市内涝、面源污染、城市水循环系统被严重破坏等问题而提出的全新的城市建设理念，海绵城市要求城市对雨水具有渗、滞、蓄、净、用、排的功能。

降雨是自然水循环系统中非常重要的环节，是江河、湖泊、池塘、人工景观水体等的天然补给来源，具有明显的随机性、季节性和不均性。在城市居民生活小区中，除屋顶和小区道路等硬化表面外，由于地下停车场和杂物间的建设，小区中实际透水表面大幅减少，极大地增加了不透水表面面积，导致小区雨量、流量径流系数大幅上升，雨水径流量的峰现时间大幅提前，大量雨水直接排入了小区的雨水管道中，若小区雨水管道设计重现期偏低，管径偏小，将导致小区全部或局部区域的出现积水，甚至内涝。此外，小区雨水通过小区外的市政雨水管网，最终排入城市地表水体中，从而白白浪费了大量宝贵的水资源。然而，城市小区的日常维护，需要大量的绿化用水、道路喷洒用水和景观水体补水。

无雨期间，大气沉降、机动车零件磨损、尾气排放、燃料泄露等，小区路面、屋顶累积了大量的污染物，降雨期间由于雨水冲刷，导致道路、屋面雨水初期径流中携带悬浮物、有机质、营养物、重金属及病原体等污染物质，若不经处理直接进入城市地表水体，将严重污染城市地表水体，破坏城市水环境。

当前，海绵城市建设理念融入城市小区的建造、设计和开发中，还需要一段时间。目前城市小区内的绿化覆盖率均超过了30%，但是绝大部分的小区绿化仅具单一景观功能，并未实现对小区绿化面积的滞留、净化功能的充分利用,多为单纯的造景绿化；而小区内的景观水体，也只有单一的水景功能，为了维持景观水体的景观效果，无雨或干旱季节还需额外补充自来水，极大地增加了小区的运维成本。

因此需要一种技术将当前城市的绿化地面和景观水体充分利用起来，在对雨水进行净化的同时进行收集调蓄利用，既减轻下雨时市政雨水管网的负荷，也降低城市小区日常维护时的补水需求。

如申请号CN201611044292.4，名称为“一种雨水收集回用处理装置”的发明专利申请公开了一种雨水收集回用处理装置，包括雨水收集净化装置和雨水调蓄池，雨水收集净化装置和雨水调蓄池通过管道连接，雨水收集净化装置设置有多层净化层，雨水调蓄池将收集净化的雨水进行输送回用。本发明的一种雨水收集回用处理装置，本发明的目的是提供一种雨水收集回用处理装置，能够对雨水进行收集净化回用。本发明的一种雨水收集回用处理装置，通过设置多层雨水净化层，能够对雨水进行收集净化，并通过设置雨水调蓄池，能够将收集净化的雨水用来冲洗绿地、洗车、浇洒路面和冲洗马桶。既能在水资源短缺的大环境下实现对雨水的资源化利用，又能缓解暴雨时对市政雨水管网的压力。

又如申请号CN201611099699.7，名称为“海绵城市中洪水调蓄雨水回用系统”的发明专利申请公开了一种海绵城市中洪水调蓄雨水回用系统，包括雨水回用系统及洪水调蓄系统，针对现有技术的缺陷，设计了一套既能够调蓄洪水，又能够回收利用雨水的系统的综合雨水处理系统；洪水调蓄系统中能够根据降水量适时启动该系统，泄洪效果明显，消除逢雨必涝，旱涝急转的问题。雨水回用系统与海绵城市的建筑物相互结合，在建筑物上建造收集雨水的装置，通过简单的净化流程后用于各种用途，比如冲厕、拖地、绿化、人工喷泉、工业用水等，实现合理利用雨水资源，缓解城市用水压力。

上述申请虽然都涉及到雨水的净化和调蓄利用，但其对雨水进行利用的功能有限，还是需要改进。

发明内容

本发明针对当前雨水的收集净化利用中存在的问题，提出了一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统，实现对小区内雨水的收集、净化、调蓄、利用，降低小区的雨量、流量径流系数，提高小区的抵抗内涝的能力；大幅减少小区面源污染物的排量总量，改善小区的生态环境。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，通过收集输送单元对城市小区雨水进行收集后汇入净化处理单元，雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理后流入储存调蓄单元，储存调蓄单元根据自身的水量和使用的需要将储存调蓄单元的雨水排出、输送至各用水单元或者进行储存。

进一步地，储存调蓄单元根据自身的水量将储存调蓄单元的水排出、输送至各用水单元或者进行储存即将储存调蓄单元的水位分为最低水位和溢流水位，利用最低水位和溢流水位之间的蓄水空间为净化后雨水的进行调蓄，当储存调蓄单元的水位高于溢流水位时，净化后的雨水沿设置在储存调蓄单元内的溢流井进入溢流管流入与溢流管连通的市政管道；当储存调蓄单元的水位位于最低水位和溢流水位之间时，根据小区绿化和道路用水的需要将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元；当储存调蓄单元的水位低于最低水位时，净化后的雨水储存于储存调蓄单元内。

进一步地，将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元即在储存调蓄单元内设置水泵、水位探头和水位驱动控制器，水位驱动控制器根据水位探头探测出的水位以及小区绿化和道路用水的需要，控制水泵的开启和关闭。

进一步地，雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理即雨水经碎石浅沟过滤后漫流进入植被过滤带或雨水花园，经过拦截、过滤、吸附、分解、沉淀后进入浅水湿地，再次沉降雨水径流中的颗粒物后使雨水平缓进入储存调蓄单元。

进一步地，屋面雨水利用设在各建筑物的雨落管通过周边散水进入净化处理单元，而路面雨水则以地面漫流的形式汇入净化处理单元。

一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，包括对小区雨水进行收集的收集输送单元、对收集后的雨水进行沉淀分解净化的净化处理单元、对净化后的雨水进行储存利用的储存调蓄单元，储存调蓄单元设有与用水单元连通的控制装置。

进一步地，控制装置包括水位控制驱动器、水位探头、水泵，水位探头探测水位并反馈至水位控制驱动器，水位控制驱动器根据水位探头探测的水位和用水单元的需求控制水泵的开启与关闭。

进一步地，储存调蓄单元的水位分为最低水位和溢流水位，水泵的入水口不高于最低水位。

进一步地，最低水位为0.3-0.5m，溢流水位为1.0-1.2m。

进一步地，储存调蓄单元内设有溢流井，溢流井通过溢流管与市政管道相连通，溢流井的井口不低于溢流水位。

进一步地，净化处理单元包括碎石浅沟、植被过滤带或雨水花园、浅水湿地，碎石浅沟位于收集输送单元处，植被过滤带或雨水花园位于碎石浅沟与浅水湿地之间，浅水湿地位于储存调蓄单元处。

进一步地，碎石浅沟表面宽度为0.5-1.0m,深度为0.3-0.5m，沟内填充碎石，碎石粒径范围15-40mm。

进一步地，碎石浅沟横断面为椭圆、三角形、矩形或梯形。

进一步地，植被过滤带坡度为2-4%，宽度为2-4m。

进一步地，植被过滤带种植草本植物。

进一步地，雨水花园填料厚度不低于700mm，分为覆盖层、种植层、过渡层、砾石层。

进一步地，雨水花园覆盖层填料为树皮或腐熟纤维质材料，粒径为40-60mm，厚度为50-100mm；种植土层填料组分为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，粒径范围分别为0.5-2.5mm、0.5-1.5mm、4-10mm，混合比例（质量比）分别为40-60%、30-40%和10-20%，厚度为400-600mm；过渡层为中砂，粒径为0.3-1.5mm,厚度为50-100mm；砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合而成，砾石和木屑或碎纸片的粒径范围分别为5-20mm、5-10mm,厚度为200-300mm。

进一步地，浅水湿地坡度为1-2%，宽度为3-5m。

进一步地，浅水湿地种植挺水湿地植物。

进一步地，储存调蓄单元为景观水体，在北方少雨地区，景观水体面积不高于1%的小区面积，在南方雨水丰沛地区，景观水体面积占小区面积的2-4%。

进一步地，收集输送单元包括设在各建筑物的雨落管和雨水径流。

进一步地，用水单元包括小区杂用给水、绿化灌溉和道路洒水。

本发明的有益效果是：

1. 本发明利用小区现有的绿化单元，对雨水进行收集净化后调蓄利用，既缓解暴雨时对市政管道的压力，提高小区的抵抗内涝的能力，又能降低小区的运维成本。

2. 本发明能够降低小区的雨量、流量径流系数，大幅减少小区面源污染物的排量总量，改善小区的生态环境。

3. 本发明小区不透水面上雨水径流经过净化单元处理后，SS、氨氮、总磷、总氮、重金属去除率范围为80-95%之间，出水各项指标达到地表水准Ⅵ相关指标要求，各污染物的年负荷去除率超过85%。储存调蓄单元及净化单元的共同作用下，建有地下车库或地下杂物间等隐性不透水面的城市小区的雨水利用率高达65-80%，城市小区内的雨水水量径流系数范围达0.2-0.4。

附图说明

图1为本发明实施例一道路雨水收集净化调蓄利用原理图；

图2为本发明实施例一平面示意图；

图3为本发明实施例一断面示意图；

图4为本发明实施例二屋面雨水收集净化调蓄利用原理图；

图5为本发明实施例二平面示意图；

图6为本发明实施例二断面示意图；

图中：1.路面，2.碎石浅沟，3.雨水花园，31.穿孔排流管，4.植被过滤带，5.浅水湿地，6.储存调蓄单元，61.水泵，62.溢流井，63.水位探头，64.水位控制驱动器，7.屋面，8.雨落管，9.用水单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，包括对小区雨水进行收集的收集输送单元、对收集后的雨水进行沉淀分解净化的净化处理单元、对净化后的雨水进行储存利用的储存调蓄单元6，储存调蓄单元6设有与用水单元9连通的控制装置。储存调蓄单元6为景观水体，在北方少雨地区，景观水体面积不高于1%的小区面积，在南方雨水丰沛地区，景观水体面积占小区面积的2-4%。

控制装置包括水位控制驱动器64、水位探头63、水泵61，水位探头63探测水位并反馈至水位控制驱动器64，水位控制驱动器64根据水位探头63探测的水位和用水单元9的需求控制水泵61的开启与关闭。水位探头63为超声波水位探头，水泵61为潜水泵。

储存调蓄单元6的水位分为最低水位和溢流水位，水泵61的入水口不高于最低水位。当超声波水位探头63探测到储存调蓄单元6的水位高于最低水位时，水位控制驱动器64根据用水单元9的需求，打开潜水泵61，将储存调蓄单元6内的雨水送至用水单元9；当超声波水位探头63探测到储存调蓄单元6的水位低于最低水位时，水位控制驱动器6控制潜水泵61始终处于关闭状态。

最低水位为0.3-0.5m，溢流水位为1.0-1.2m。

储存调蓄单元6内设有溢流井62，溢流井62通过溢流管与市政管道相连通，溢流井62的井口不低于溢流水位。

当雨量较大、储存调蓄单元6的水位高于溢流水位时，储存调蓄单元6内的雨水从溢流井62通过溢流管流入市政管道，避免储存调蓄单元6内水位过高，利用最低水位和溢流水位之间的空间作为调蓄空间。

净化处理单元包括碎石浅沟2、植被过滤带4、浅水湿地5，碎石浅沟2位于收集输送单元处，植被过滤带4位于碎石浅沟2与浅水湿地5之间，浅水湿地5位于储存调蓄单元6处。毗邻景观水体的路面雨水一般通过自然漫流进入碎石浅沟2、植被过滤带4和浅水湿地5三级处理后流入景观水体。

如图2-图3所示，本实施例中小区道路上的路面雨水形成的地表径流以漫流的形式汇入临近的雨水净化单元的碎石浅沟2。

碎石浅沟2表面宽度为0.5-1.0m,深度为0.3-0.5m，沟内填充白玉碎石，碎石粒径范围15-40mm。碎石浅沟2横断面为椭圆、三角形、矩形或梯形。

碎石浅沟2可消除雨水径流对净化设施的冲刷，起到均匀布水的作用，同时还能过滤雨水径流中大颗粒悬浮物。

植被过滤带4坡度为2-4%，宽度为2-4m，种植的植物优选为草本植物。植被过滤带4对雨水径流有进一步迟滞作用，植物地上部分可拦截、过滤雨水径流中中小粒径的颗粒物，植物根系、土壤能吸收或吸附雨水径流中营养物譬如氮、磷和重金属，无雨期间，微生物也能降解吸附在土壤中有机物、氮素污染物，少量雨水径流也在漫流过程中渗入土壤中，得到了削减。

浅水湿地5坡度为1-2%，宽度为3-5m，浅水湿地5种植挺水湿地植物。

浅水湿地5是雨水径流流入景观水体前最后一道净化措施，起到平缓进入景观水体雨水径流，使径流中携带的颗粒物缓慢沉降下来，通过湿地植物的吸收、底泥中微生物的降解等作用，去除雨水径流溶解性污染物譬如氮、磷、有机物、重金属，

用水单元9包括小区杂用给水、绿化灌溉和道路洒水。

实施例二

如图4所示，本实施例与上述实施例的不同之处在于：净化处理单元包括碎石浅沟2、雨水花园3、浅水湿地5，碎石浅沟2位于收集输送单元处，雨水花园3位于碎石浅沟2与浅水湿地5之间，浅水湿地5位于储存调蓄单元6处。

如图5-图6所示，屋面7雨水通过布设在各建筑物外墙的雨落管8进入雨水净化单元的碎石浅沟2中。

雨水花园3填料厚度不低于700mm，分为覆盖层、种植层、过渡层、砾石层。

雨水花园3覆盖层填料为树皮或腐熟纤维质材料，粒径为40-60mm，厚度为50-100mm；种植土层填料组分为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，粒径范围分别为0.5-2.5mm、0.5-1.5mm、4-10mm，混合比例（质量比）分别为40-60%、30-40%和10-20%，厚度为400-600mm；过渡层为中砂，粒径为0.3-1.5mm,厚度为50-100mm；砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合而成，砾石和木屑或碎纸片的粒径范围分别为5-20mm、5-10mm,厚度为200-300mm。

毗邻雨水花园3的路面1雨水通过自然漫流进入碎石浅沟2、雨水花园3和浅水湿地5三级处理后流入景观水体。雨水花园3是雨水径流主要净化设施，通过植物吸收、填料过滤、吸附、化学沉淀及微生物降解作用，去除雨水径流中的颗粒物、有机物、重金属、氮、磷和其他污染物。

雨水花园3砾石层中铺设与浅水湿地5连通的穿孔排流管，穿孔排流管的管径为75-150mm，在穿孔排流管上开有排流通孔，排流通孔的孔径为5-10mm，且排流通孔所在处的穿孔排流管的外侧包裹有透水土工布。从碎石浅沟2漫流进入雨水花园3处理后的雨水从排流通孔流入穿孔排流管，然后进入浅水湿地5进行最后的净化处理后流入景观水体，包裹在排流通孔外侧的透水土工布能够避免雨水花园的中的泥土与水一起进入穿孔排流管。

通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，通过收集输送单元对城市小区雨水进行收集后汇入净化处理单元，雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理后流入储存调蓄单元6，储存调蓄单元6根据自身的水量和使用的需要将储存调蓄单元6的雨水排出、输送至各用水单元9或者进行储存。

储存调蓄单元6根据自身的水量将储存调蓄单元6的水排出、输送至各用水单元9或者进行储存即将储存调蓄单元6的水位分为最低水位和溢流水位，利用最低水位和溢流水位之间的蓄水空间为净化后雨水的进行调蓄，当储存调蓄单元6的水位高于溢流水位时，净化后的雨水沿设置在储存调蓄单元6内的溢流井62进入溢流管流入与溢流管连通的市政管道；当储存调蓄单元6的水位位于最低水位和溢流水位之间时，根据小区绿化和道路用水的需要将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元；当储存调蓄单元6的水位低于最低水位时，净化后的雨水储存于储存调蓄单元6内。

将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元即在储存调蓄单元6内设置水泵61、水位探头63和水位驱动控制器64，水位驱动控制器64根据水位探头63探测出的水位以及小区绿化和道路用水的需要，控制水泵的开启和关闭。

雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理即雨水经碎石浅沟2过滤后漫流进入植被过滤带4或雨水花园3，经过拦截、过滤、吸附、分解、沉淀后进入浅水湿地5，再次沉降雨水径流中的颗粒物后使雨水平缓进入储存调蓄单元6。

屋面7雨水利用设在各建筑物的雨落管8通过周边散水进入净化处理单元，而路面1雨水则以地面漫流的形式汇入净化处理单元。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，其特征在于：通过收集输送单元对城市小区雨水进行收集后汇入净化处理单元，雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理后流入储存调蓄单元（6），储存调蓄单元（6）根据自身的水量和使用的需要将储存调蓄单元（6）的雨水排出、输送至各用水单元（9）或者进行储存。

2.如权利要求1所示的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，其特征在于：所述储存调蓄单元（6）根据自身的水量将储存调蓄单元（6）的水排出、输送至各用水单元（9）或者进行储存即将储存调蓄单元（6）的水位分为最低水位和溢流水位，利用最低水位和溢流水位之间的蓄水空间为净化后雨水的进行调蓄，当储存调蓄单元（6）的水位高于溢流水位时，净化后的雨水沿设置在储存调蓄单元（6）内的溢流井（62）进入溢流管流入与溢流管连通的市政管道；当储存调蓄单元（6）的水位位于最低水位和溢流水位之间时，根据小区绿化和道路用水的需要将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元（9）；当储存调蓄单元（6）的水位低于最低水位时，净化后的雨水储存于储存调蓄单元（6）内。

3.如权利要求2所示的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，其特征在于：所述将净化后的雨水输送至绿化、道路各用水单元（9）即在储存调蓄单元（6）内设置水泵（61）、水位探头（63）和水位驱动控制器，水位驱动控制器根据水位探头（63）探测出的水位以及小区绿化和道路用水的需要，控制水泵（61）的开启和关闭。

4.如权利要求1所示的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用方法，其特征在于：所述雨水在净化处理单元经过沉淀分解净化处理即雨水经碎石浅沟（2）过滤后漫流进入植被过滤带（4）或雨水花园（3），经过拦截、过滤、吸附、分解、沉淀后进入浅水湿地（5），再次沉降雨水径流中的颗粒物后使雨水平缓进入储存调蓄单元（6）。

5.一种海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：包括对小区雨水进行收集的收集输送单元、对收集后的雨水进行沉淀分解净化的净化处理单元、对净化后的雨水进行储存利用的储存调蓄单元（6），储存调蓄单元（6）设有与用水单元（9）连通的控制装置。

6.如权利要求5所述的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：所述控制装置包括水位控制驱动器（64）、水位探头（63）、水泵（61），水位探头（63）探测水位并反馈至水位控制驱动器（64），水位控制驱动器（64）根据水位探头（63）探测的水位和用水单元（9）的需求控制水泵（61）的开启与关闭；

储存调蓄单元（6）的水位分为最低水位和溢流水位，水泵（61）的入水口不高于最低水位；

储存调蓄单元（6）内设有溢流井（62），溢流井（62）通过溢流管与市政管道相连通，溢流井（62）的井口不低于溢流水位。

7.如权利要求5所述的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：所述净化处理单元包括碎石浅沟（2）、植被过滤带（4）或雨水花园（3）、浅水湿地（5），碎石浅沟（2）位于收集输送单元处，植被过滤带（4）或雨水花园（3）位于碎石浅沟（2）与浅水湿地（5）之间，浅水湿地（5）位于储存调蓄单元（6）处。

8.如权利要求7所述的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：所述碎石浅沟（2）表面宽度为0.5-1.0m,深度为0.3-0.5m，沟内填充碎石，碎石粒径范围15-40mm。

9.如权利要求7所述的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：所述植被过滤带（4）坡度为2-4%，宽度为2-4m；

或者雨水花园（3）填料厚度不低于700mm，分为覆盖层、种植层、过渡层、砾石层；

雨水花园（3）覆盖层填料为树皮或腐熟纤维质材料，粒径为40-60mm，厚度为50-100mm；种植土层填料组分为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，粒径范围分别为0.5-2.5mm、0.5-1.5mm、4-10mm，混合比例（质量比）分别为40-60%、30-40%和10-20%，厚度为400-600mm；过渡层为中砂，粒径为0.3-1.5mm,厚度为50-100mm；砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合而成，砾石和木屑或碎纸片的粒径范围分别为5-20mm、5-10mm,厚度为200-300mm。

10.如权利要求7所述的海绵城市小区雨水收集净化调蓄生态利用系统，其特征在于：所述浅水湿地（5）坡度为1-2%，宽度为3-5m；

储存调蓄单元（6）为景观水体，在北方少雨地区，景观水体面积不高于1%的小区面积，在南方雨水丰沛地区，景观水体面积占小区面积的2-4%。