CN107938806A - 一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置，包括海绵型雨水管、底座、排水管、滤网、连通弯管、连通直管以及渗透管；其中，海绵型雨水管设置在底座之上，海绵型雨水管的两侧设置有排水管，排水管靠近海绵型雨水管的一端设置有滤网，其另一端与连通弯管的上端连接，连通弯管的下端与连通直管相连，连通直管与渗透管连接。降雨时，该装置收集地表水，经过海绵型雨水管对雨水进行初期弃流和二次过滤后，通过回灌井补给深部地下水，既解决了污染物含量较高的初期雨水径流回灌污染地下水的问题，也防止了含有固体颗粒的雨水径流流入渗透装置，堵塞渗透材料的问题，并且将雨水直接引入透水层，提高了雨水的回灌效果，更加环保、高效。

Description

一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置及方法

技术领域

本发明属于城市排水工程技术领域，具体涉及一种海绵道路排水设施，尤其涉及一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置及方法，可用于初期雨水弃流、城市雨洪调节、利用雨水下渗补充地下水的构筑物及施工方法。

背景技术

传统市政道路排水设计思路主要是雨水沿路面的横纵坡度产生径流，雨水口收集后通过雨水管排至水体。这种“以排为主，利用滞后”的排水思想随着城市化的发展将会导致道路排洪压力大、雨水资源流失严重、生态环境遭到破坏等一系列的问题。近年来，在绿色发展理念引领下，能够吸水、蓄水、渗水、净水的海绵道路应运而生，透水路面、生物滞留带、海绵型雨水管等LID设施逐渐应用于市政道路。

关于海绵型雨水管系统，在现有技术中主要有两类。一类将传统封闭雨水管改造成底部渗水，使雨水管渗透补给地下水，如发明专利ZL201310194205.3，其特征是，支撑架是一个中空的长方体，支撑架上是排水管道，支撑架的底部的承重板上有渗水孔；雨水管道的底部有排水孔，排水孔的外侧左右方向各有一排排气孔，排水孔与排气孔正对中空长方体支撑架的中空部分。雨水管道的雨水先填充支撑架下面的中空长方体，滞留在长方体的水分再向下渗透成为地下水。该技术可实现城市雨水回渗补偿地下水，但初期雨水污染严重，该装置底部渗水结构将初期雨水回灌地下有可能污染地下水。同时，由于管道径流底部会沉淀大量固体颗粒，极易堵塞排水孔及渗透材料，降低下渗的速率，甚至导致下渗装置失效。

另一类将传统用于管道连接的集水井改造成底部有向下延伸的渗水管，使集水井渗透补给地下水，如发明专利ZL201611065504.7，其特征是，设置于原有雨水管道的雨水集水井内，包括有依次设置的过滤器及渗透器。该装置的过滤器及渗透器设置于集水井底部，雨水径流中的沉淀物极易造成过滤器及渗透器的堵塞，后期使用过程中需要经常检修，大大增加了后期养护费用。另外，由于城市中集水井所能覆盖的面积有限，在有限的时间内所能下渗的雨水量不多，地下水回灌效果不明显。

综上，现有的海绵型雨水管补给地下水的方法和结构还存在初期雨水回灌地下污染地下水、固体颗粒易堵塞渗透装置、回灌效率低等问题，影响雨水回灌质量和效果。

发明内容

针对上述现有技术所存在的技术问题，本发明的目的之一是在于提供了一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置，该装置结构简单实用、雨水回灌率高、防堵塞效果好，经济环保，适用性广，可在道路、公园、广场等雨水管道上安装，对环境无影响，可有效降低雨水径流系数，缓解雨季城市内涝以及河道泛滥现象，恢复城市地下水水位，改善城市水循环机能。

本发明的目的之二是在于提供了一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的方法，其主要优点是实现了雨水回灌补充地下水，降低雨水排放量，并通过初期雨水弃流和二次过滤有效净化雨水，避免初期雨水污染地下水源，方法简单，易于实施，达到了绿色环保，经济高效的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置，包括海绵型雨水管(1)、底座(2)、排水管(3)、滤网(4)、连通弯管(5)、连通直管(6)以及渗透管(7)；其中，海绵型雨水管(1)设置在底座(2)之上，海绵型雨水管(1)的两侧设置有排水管(3)，排水管(3)靠近海绵型雨水管(1)的一端设置有滤网(4)，其另一端与连通弯管(5)的上端连接，连通弯管(5)的下端与连通直管(6)相连，连通直管(6)与渗透管(7)继续连接。

其中，所述装置的组成部件位于雨水管基坑(8)内部或下部，所述连通直管(6)穿过相对隔水层(9)与渗透管(7)连接，渗透管(7)位于透水层(10)中。

所述海绵型雨水管(1)为预制配筋混凝土圆管，其内径为800mm-1800mm，海绵型雨水管(1)设置在底座(2)之上，其中心位置与底座(2)的中心线对齐。

所述底座(2)为预制的混凝土构件，其上部形状与海绵型雨水管(1)的外部形状匹配，横向尺寸与海绵型雨水管(1)的直径同宽，纵向尺寸为500mm-800mm，底座(2)同渗透管(7)的间距为2.0m-4.0m，底座设置于雨水管基坑(8)垫层上。

所述的排水管(3)为圆形金属短管，与海绵型雨水管(1)一起预制，其孔径为140mm-280mm，长度为0.2m-0.4m；排水管(3)设置于海绵型雨水管(1)两侧，且两侧排水管(3)的位置在水平面上相互错开，单侧排水管(3)的间距为2.0m-4.0m；排水管(3)设置在海绵型雨水管(1)下部1/4-1/3的位置。

所述的滤网(4)是孔径为15mm-20mm的金属滤网；所述连通弯管(5)为球墨铸铁双承90度弯头，其直径为170mm-330mm；连通弯管(5)与排水管(3)以及连通直管(5)之间均采用带密封圈的承插短管连接，连接处的间隙采用橡胶密封圈密封；连通弯管(5)的内径比排水管(3)、连通直管(6)的外径粗30mm-50mm。

所述连通直管(6)采用HDPE管，其直径与排水管(3)的直径相同，为140mm-280mm，连通直管(6)的长度等于或者略大于相对隔水层(9)的厚度；连通直管(6)与渗透管(7)采用热熔焊接连接。

所述的渗透管(7)采用HDPE管，其直径与连通直管(6)相同，为140mm-280mm；渗透管(7)底部高于地下水位1m左右；渗透管(7)的管壁上有渗水孔，渗水孔的直径为2mm-8mm，相邻渗水孔的中心间隔为50mm-100mm；渗透管(7)外填充粒径为5mm-10mm的级配碎石反滤层。

另外，本发明还提供了所述装置进行深部地下水补给的方法，具体包括如下步骤：

(1)施工准备：根据城市降雨特点、地下水深度、土壤类别确定海绵型雨水管、连通管、渗透管、滤网的材料、尺寸及数量，预制海绵型雨水管，准备配套的渗透管、连通管、滤网；

(2)施工放样、基坑开挖：在基坑底部回灌井放样部位，采用《水利水电工程钻探规程》(SL291-2003)规定的螺旋钻进、钢筒护壁方法形成深度为10m-30m回灌井井孔；

(3)逐孔安装回灌井：将已接好渗透管的连通管放入回灌井井孔内，再缓慢抽出不锈钢钢筒，并在抽出的过程中以砂石填充不锈钢钢筒与渗透管、连接管之间的间隙，再往回灌井底部铺设深度为0.5m-2.0m的砂石反滤层；

(4)逐段安装海绵型雨水管：在基坑内铺设垫层，然后在垫层上安装预制好的混凝土底座，再将海绵型雨水管道安装在底座上；

(5)连通回灌井与海绵型雨水管：将连通弯管分别与连通直管、雨水管排水管连接，连通弯管与连通直管之间、连通弯管与排水管之间均采用带密封圈的承插短管连接，间隙用橡胶密封圈密封；用砂石填充基坑底部的间隙，然后回填基坑成型；

(6)海绵雨水管道系统补充地下水：雨水管收集的地表雨水，经过海绵型雨水管道对收集的雨水进行初期弃流和二次过滤，通过回灌井补给深部地下水。

一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的方法，能达到两方面的效果：一方面可以有效补偿地下水，涵养地下水资源，另一方面提高了市政雨水管的输水能力，缓解了城市内涝的发生。

本发明装置进行深部地下水补给的原理如下：在降雨时，地表雨水径流首先经雨水篦子拦截杂物后流入雨水口，再由雨水连接管输送至地下雨水检查井中，随后进入海绵型雨水管(1)，初期雨水径流因污染严重且流量较小，不能达到排水管(3)的高度，通过海绵型雨水管(1)送至污水处理厂进行处理后排至天然水域，实现初期雨水弃流。随着降雨历时的延长，雨水径流量随之增加，海绵型雨水管(1)收集的雨水逐渐增多，达到甚至淹没排水管(3)，此时雨水管上部径流经滤网(4)二次过滤后，通过连通弯管(5)及连通直管(6)流到透水层(10)中的渗透回灌井中。而后经过渗透管(7)管壁上所设的渗透孔进入透水层(10)，最终回灌到地下含水层，达到补给深部地下水的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)与传统的雨水管相比，本装置在雨水管道两侧设置透水管，实现了雨水回灌补充城市地下水，减轻了排水管道的排水压力，实现了雨水资源的有效利用，保护了城市生态环境；

(2)本方法及装置将排水管设置于雨水管两侧1/4-1/3的位置，既解决了污染物含量较高的初期雨水径流回灌可能污染地下水的问题，也有效的防止了含有大量固体颗粒的雨水管道下部径流流入渗透装置，堵塞渗透材料的问题，另外，本装置将雨水直接引入透水能力强的透水层，大大提高了雨水的回灌效果，更加环保、高效、耐用；

(3)本方法和装置采用在雨水管道设置回灌井回灌地下水，与在集水井的位置设置回灌井相比，在城市内所能够利用的范围要大的多，单位时间内下渗的雨水量的效果更好，同时，解决了集水井底部设置渗透装置的方法导致初期雨水径流污染地下水及固体颗粒堵塞渗透材料的问题；

(4)本方法和装置可实现雨水回灌补充地下水，降低雨水排放量，使雨水资源利用率达到20％-40％，并且通过初期雨水弃流和二次过滤有效去除雨水中90％以上的SS(悬浮性固体)，避免初期雨水堵塞渗透材料及污染地下水源，方法简单，易于实施，绿色环保，经济高效；

(5)本方法和装置对传统雨水管进行了海绵化改造，将传统的雨水管、回灌井、滤网等构件集成创新成为海绵型雨水管道系统，实现了雨水资源补给地下水和有效利用，同时增加了市政管网的泄水能力，还避免了地下水污染，解决了城市水资源的供需矛盾问题。

附图说明：

图1为本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置的横断面图；

图2为本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置的布置平面图；

图3为本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置的立面图；

图4为本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置中海绵型雨水管的结构示意图；

图5为本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置中渗透管的结构示意图；

图6本发明一种利用海绵型雨水管补给深部地下水装置的实施方法流程图。

附图标记说明：

1-海绵型雨水管，2-底座，3-排水管，4-滤网，5-连通弯管，6-连通直管，7-渗透管，8-雨水管基坑，9-相对隔水层，10-透水层。

具体实施方式

为使本专利实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图、附表，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本专利的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利的范围，而是仅仅表示本专利的部分实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置，包括海绵型雨水管1、底座2、排水管3、滤网4、连通弯管5、连通直管6以及渗透管7；其中，海绵型雨水管1设置在底座2之上，海绵型雨水管1的两侧设置有排水管3，排水管3靠近海绵型雨水管1的一端设置有滤网4，其另一端与连通弯管5的上端连接，连通弯管5的下端与连通直管6相连，连通直管6与渗透管7继续连接，连通直管6与连通弯管5协同将雨水引入渗水管7。

其中，所述装置的组成部件位于雨水管基坑8内部及下部，所述连通直管6穿过相对隔水层9与渗透管7连接，渗透管7位于透水层10中。

所述海绵型雨水管1为预制配筋混凝土圆管，其内径为800mm-1800mm，优选800mm、1000mm、1200mm、1500mm、1600mm、1800mm，海绵型雨水管1设置在底座2之上，其中心位置与底座2的中心线对齐。

所述底座2为预制的混凝土构件，其上部形状与海绵型雨水管1的外部形状匹配，横向尺寸与海绵型雨水管1的直径同宽，纵向尺寸为500mm-800mm，优选500mm、600mm、700mm、800mm；底座2同渗透管7的间距为2.0m-4.0m，优选2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m；底座设置于雨水管基坑8垫层上，用于固定海绵型雨水管1的位置，减少海绵型雨水管1的不均匀沉降。

所述的排水管3为圆形金属短管，与海绵型雨水管1一起预制，其孔径为140mm-280mm，优选140mm、160mm、180mm、200mm、225mm、250mm、280mm，长度为0.2m-0.4m，优选0.2m、0.25m、0.3m、0.35m、0.4m；排水管3设置于海绵型雨水管1两侧，且两侧排水管3的位置在水平面上相互错开，单侧排水管3的间距为2.0m-4.0m，优选2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m；排水管3设置在海绵型雨水管1下部1/4-1/3的位置。

所述的滤网4是孔径为15mm-20mm的金属滤网，优选15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm，用于拦截雨水径流中的固体颗粒，防止固体颗粒堵塞渗透管7；所述连通弯管5为球墨铸铁双承90度弯头，其直径为170mm-330mm，优选170mm、180mm、190mm、200mm、220mm、240mm、270mm、300mm、330mm；连通弯管5与排水管3以及连通直管6之间均采用带密封圈的承插短管连接，连接处的间隙采用橡胶密封圈密封，柔性连接方式可有效防止不均匀沉降导致管道破坏；连通弯管5的内径比排水管3、连通直管6的外径粗30mm-50mm，优选30mm、40mm、45mm、50mm。

所述连通直管6采用HDPE管，其直径与排水管3的直径相同，为140mm-280mm，优选140mm、160mm、180mm、200mm、225mm、250mm、280mm，连通直管6的长度根据实际情况而定，等于或者略大于相对隔水层9的厚度为宜；连通直管6与渗透管7采用热熔焊接连接。

所述的渗透管7采用HDPE管，其直径与连通直管6相同，为140mm-280mm，优选140mm、160mm、180mm、200mm、225mm、250mm、280mm；渗透管7长度根据实际透水层10厚度而定，渗透管7底部高于地下水位1m左右为宜；渗透管7的管壁上有渗水孔，渗水孔的直径为2mm-8mm，优选2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm；相邻渗水孔的中心间隔为50mm-100mm，优选50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm；渗透管7外填充粒径为5mm-10mm的级配碎石反滤层，防止泥沙堵塞渗水孔7。

实施例2

根据图1-6可知，一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的方法，其实施步骤为：

(1)施工准备：根据城市降雨特点、地下水深度、土壤类别确定海绵型雨水管、连通管、渗透管、滤网的材料、尺寸及数量，预制海绵型雨水管，准备配套的渗透管、连通管、滤网；

(2)施工放样、基坑开挖：在基坑底部回灌井放样部位，采用《水利水电工程钻探规程》(SL291-2003)规定的螺旋钻进、钢筒护壁方法形成深度为10m-30m的回灌井井孔；

(3)逐孔安装回灌井：将已接好渗透管的连通管放入回灌井井孔内，然后缓慢抽出不锈钢钢筒，并在抽出的过程中以砂石填充不锈钢钢筒与渗透管、连接管之间的间隙，再往回灌井底部铺设深度为0.5m-2.0m的砂石反滤层；

(4)逐段安装海绵型雨水管：在基坑内铺设垫层，然后在垫层上安装预制好的混凝土底座，再将海绵型雨水管道安装在底座上；

(5)连通回灌井与海绵型雨水管：将连通弯管与连通直管、雨水管排出口连接，连通弯管与连通直管之间、连通弯管与排出口之间均采用带密封圈的承插短管连接，间隙用橡胶密封圈密封；用砂石填充基坑底部的间隙，然后回填基坑成型；

(6)海绵雨水管道系统补充地下水：雨水管收集的地表雨水，经过海绵型雨水管道对收集的雨水进行初期弃流和二次过滤，通过回灌井补给深部地下水。

本发明的一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的实施方法，可在道路、小区、公园等的雨水管道底部安装，对环境无影响。可有效降低雨水流出的径流系数，缓解雨季城市内涝以及河道泛滥现象，恢复城市地下水水位，改善城市水循环机能。

以上所述仅为本专利的部分实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用海绵型雨水管补给深部地下水的装置，其特征在于：包括海绵型雨水管(1)、底座(2)、排水管(3)、滤网(4)、连通弯管(5)、连通直管(6)以及渗透管(7)；其中，海绵型雨水管(1)设置在底座(2)之上，海绵型雨水管(1)的两侧设置有排水管(3)，排水管(3)靠近海绵型雨水管(1)的一端设置有滤网(4)，其另一端与连通弯管(5)的上端连接，连通弯管(5)的下端与连通直管(6)相连，连通直管(6)与渗透管(7)继续连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的组成部件位于雨水管基坑(8)内部或下部，所述连通直管(6)穿过相对隔水层(9)与渗透管(7)连接，渗透管(7)位于透水层(10)中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，海绵型雨水管(1)为预制配筋混凝土圆管，其内径为800mm-1800mm，海绵型雨水管(1)设置在底座(2)之上，其中心位置与底座(2)的中心线对齐。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底座(2)为预制的混凝土构件，其上部形状与海绵型雨水管(1)的外部形状匹配，横向尺寸与海绵型雨水管(1)的直径同宽，纵向尺寸为500mm-800mm，底座(2)同渗透管(7)的间距为2.0m-4.0m，底座设置于雨水管基坑(8)垫层上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的排水管(3)为圆形金属短管，与海绵型雨水管(1)一起预制，其孔径为140mm-280mm，长度为0.2m-0.4m；排水管(3)设置于海绵型雨水管(1)两侧，且两侧排水管(3)的位置在水平面上相互错开，单侧排水管(3)的间距为2.0m-4.0m；排水管(3)设置在海绵型雨水管(1)下部1/4-1/3的位置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的滤网(4)是孔径为15mm-20mm的金属滤网；所述连通弯管(5)为球墨铸铁双承90度弯头，其直径为170mm-330mm；连通弯管(5)与排水管(3)以及连通直管(6)之间均采用带密封圈的承插短管连接，连接处的间隙采用橡胶密封圈密封；连通弯管(5)的内径比排水管(3)、连通直管(6)的外径粗30mm-50mm。

7.根据权利要求5-6任一项所述的装置，其特征在于，所述连通直管(6)采用HDPE管，其直径与排水管(3)的直径相同，为140mm-280mm，连通直管(6)的长度等于或者略大于相对隔水层(9)的厚度；连通直管(6)与渗透管(7)采用热熔焊接连接。

8.根据权利要求6-7任一项所述的装置，其特征在于，所述的渗透管(7)采用HDPE管，其直径与连通直管(6)相同，为140mm-280mm；渗透管(7)底部高于地下水位1m左右；渗透管(7)的管壁上有渗水孔，渗水孔的直径为2mm-8mm，相邻渗水孔的中心间隔为50mm-100mm；渗透管(7)外填充粒径为5mm-10mm的级配碎石反滤层。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述装置进行深部地下水补给的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)施工准备：根据城市降雨特点、地下水深度、土壤类别确定海绵型雨水管、连通管、渗透管、滤网的材料、尺寸及数量，预制海绵型雨水管，准备配套的渗透管、连通管、滤网；

(2)进行施工放样、基坑开挖：在基坑底部回灌井放样部位，采用《水利水电工程钻探规程》(SL291-2003)规定的螺旋钻进、钢筒护壁方法形成深度为10m-30m的回灌井孔井；

(3)逐孔安装回灌井：将已接好渗透管的连通管放入回灌井井孔内，然后缓慢抽出不锈钢钢筒，并在抽出的过程中以砂石填充不锈钢钢筒与渗透管、连接管之间的间隙，再往回灌井底部铺设深度为0.5m-2.0m的砂石反滤层；

(4)逐段安装海绵型雨水管：在基坑内铺设垫层，然后在垫层上安装预制好的混凝土底座，再将海绵型雨水管道安装在底座上；

(5)连通回灌井与海绵型雨水管：将连通弯管与连通直管、雨水管排水管连接，连通弯管与连通直管之间、连通弯管与排水管之间均采用带密封圈的承插短管连接，间隙用橡胶密封圈密封；用砂石填充基坑底部的间隙，然后回填基坑成型；

(6)海绵雨水管道系统补充地下水：雨水管收集的地表雨水，经过海绵型雨水管道初期弃流和二次过滤，通过下渗装置补给深部地下水。