CN108385819A - 兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,包括:蓄水净化景观池、雨水管、雨水支管、第一、第二电磁控制阀、旋流沉砂器、提升泵、格栅、进水管、人工水草区、生态浮岛装置、曝气系统、水生动植物区、功能性填料过滤带、出水管、闸阀、生态驳岸和木栈道。具有雨水调蓄、水质净化和景观功能,可根据不同季节、不同水质情况及不同实际需要,实现多种功能的实时转换。

Description

兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统
技术领域
本发明涉及河流水体污染控制及净化处理领域,尤其涉及一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统。
背景技术
随着城市工业化、城镇化的飞速发展以及城市人口的不断增加,城市水环境污染问题日益严重。仅依靠污水处理厂难以满足改善河流水环境的需求,尤其是雨天大量污水处理厂无法处理的合流制管道雨季溢流水和分流制雨水管道的初期雨水如果不处理直接排入河道,会进一步加重城市河流水体的污染,破坏原有的河道生态系统,使河流失去了自净能力,对人类和水生生物构成潜在威胁。
目前,城市河道污染水体的治理通常采用多种工程措施相结合的方式,涉及的工程形式主要有污染源控制、雨水调蓄、河流水质净化、生态修复等,其中雨水调蓄和水质净化是重点和难点。雨水调蓄采用在岸边或空地修建调蓄池的方式,涉及土建工程量及投资金额较大,还会对周围的环境有一定的破坏影响。水质净化及生态修复的方法主要有物理法、化学法和生态技术。一般情况下,物理法和化学法都在不同程度上存在处理成本高、可能会对河流生态系统造成潜在风险或二次污染、净化不彻底、短期效果差难以长期维持治理效果等问题。相比物理及化学方法,生态技术具有以下特点:(1)可对污染水体进行持续净化,净化效果更加持久;(2)能够加快和促进河流生态系统的修复,逐步恢复和提升水体的自净能力;(3)经济投入少,不需要过多的人为干预和管理;(4)副作用小,对河流生态系统危害很小或没有危害。因此,生态技术目前是河流水质净化及生态修复的首选技术。然而,伴随着人类物质生活水平的提高,城市河流沿岸居民和游客对河流及滨水带的活动需求和环境感受需求程度逐步提高,河流的治理不能仅停留在污染治理层面,还应在治理的基础上创造一个安全、舒适和富有情趣的滨水生态环境。
由于雨水调蓄、水质净化、景观提升涉及工程量较大,且各单位工程相对独立,分别实施需要较高的人力、财力及物力投入。因此,如何提供一种经济高效的、运行稳定的复合技术措施,实现调蓄及初期雨水净化处理,还可以净化水体中的多种污染物,同时兼具景观提升功能是需要解决的问题。
发明内容
基于现有技术所存在的问题,本发明的目的是提供一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,能实现调蓄及初期雨水净化处理,还可以净化水体中的多种污染物,同时兼具景观提升功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明实施方式提供一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,包括:
蓄水净化景观池、雨水管、雨水支管、第一、第二电磁控制阀、旋流沉砂器、提升泵、格栅、进水管、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区、功能性填料、出水管、闸阀、生态驳岸和木栈道;其中,
所述蓄水净化景观池设在河道侧面,所述蓄水净化景观池内从前至后依次设置格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带;
一端连接所述河道的所述雨水管与所述雨水支管连接,所述雨水支管另一端经所述旋流沉砂器与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述雨水管上设有第一电磁控制阀,所述雨水支管上设有第二电磁控制阀;
一端连接所述河道的所述进水管经提升泵与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述格栅的出水端与所述人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带顺次连接,所述功能性填料过滤带的出水端经所述出水管与所述河道连接,该出水管上设有闸阀;
所述生态浮岛装置和水生动植物区的两侧和上方设置所述木栈道;所述人工水草区、生态浮岛区和水生动植物区的两侧设置所述生态驳岸。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明实施例提供的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其有益效果为:
通过在河道侧面设置蓄水净化景观池,在蓄水净化景观池内沿河道内河流方向依次设置格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带,经雨水管、雨水支管、旋流沉砂器、进水管、出水管与河道有机连接,形成一种能实现调蓄及初期雨水净化处理,还可以净化水体中的多种污染物,同时兼具景观提升功能的河道旁侧强化生态系统,由于同时兼具雨水调蓄、水质净化、景观提升三种功能,可根据不同季节、不同水质情况及不同实际需要,实现多种功能的实时转换,对城市合流制管道雨季溢流水、分流制雨水管道初期雨水或旱季中低程度污染河水净化处理,同时美化河道景观,对于实现节能减排、保护河流水环境、构建生态型社会具有积极的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的河道旁侧强化生态系统的平面构成示意图;
图2为本发明实施例提供的河道旁侧强化生态系统的构成示意图;
图3为本发明实施例提供的河道旁侧强化生态系统的剖面示意图;
图中:1-雨水管,2-进水阀门井,3-第一电磁控制阀,4-旋流沉砂器,5-提篮格栅,6-人工水草区,7-生态浮岛装置,8-曝气管,9-鼓风机房,10-鼓风机,11-空气调节阀,12-水生动植物区,13-功能性填料过滤带,14-木栈道,15-提升泵房,16-提升泵,17-出水管,18-生态驳岸,19-拍门,20-曝气器,21-种植土层,22-卵石层,23-石灰岩层,24-沸石层;25-雨水支管;26-第二电磁控制阀;27-进水管;28-闸阀。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1、2和3所示,本发明实施例提供一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,是一种同时兼具雨水调蓄、水质净化、景观提升三种功能的生态系统,包括:
蓄水净化景观池、雨水管、雨水支管、第一、第二电磁控制阀、旋流沉砂器、提升泵、格栅、进水管、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区、功能性填料、出水管、闸阀、生态驳岸和木栈道;其中,
所述蓄水净化景观池设在河道(该河道指景观河道)侧面,所述蓄水净化景观池内从前至后依次设置格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带;
一端连接所述河道的所述雨水管与所述雨水支管连接,所述雨水支管另一端经所述旋流沉砂器与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述雨水管上设有第一电磁控制阀,所述雨水支管上设有第二电磁控制阀;
一端连接所述河道的所述进水管经提升泵与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述格栅的出水端与所述人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带顺次连接,所述功能性填料过滤带的出水端经所述出水管与所述河道连接,该出水管上设有闸阀;
所述生态浮岛装置和水生动植物区的两侧和上方设置所述木栈道;所述人工水草区、生态浮岛区和水生动植物区的两侧设置所述生态驳岸。
上述生态系统中,人工水草区由人工水草和生物膜构成;
所述生态浮岛装置由一个或多个生态浮岛本体组成;
曝气系统包括:设在所述生态浮岛本体底部的曝气器,该曝气器经曝气管与所述蓄水净化景观池外部设置的鼓风机连接,所述曝气管上设有空气调节阀;
所述水生动植物区由种植的水生植物和养殖在水中的水生动物组成;
所述功能性填料过滤带内填充有多层填料。
上述生态系统中,所述鼓风机设在鼓风机房内。
上述生态系统中,人工水草的比表面积大于等于5000m2/m3,直径为150~200mm,配置密度为4~5根/m2
所述水生植物包括:挺水植物和/或沉水植物;
所述水生动物为鱼类和底栖动物的组合;
所述生态浮岛本体为一个或多个,单个生态浮岛本体的面积为2~5m2
上述生态系统中,挺水植物包括鸢尾、芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、千屈菜、水芹菜、水葱、灯心草、泽泻、慈姑、纸莎草中的一种或几种组合;
所述沉水植物包括:菹草、狐尾藻、金鱼藻、伊乐藻、黑藻、苦草中的一种或几种组合。
上述生态系统中,功能性填料采用沸石、卵石、陶粒、石灰岩、活性炭中的一种或几种组合,功能性填料粒径为3mm~30mm,孔隙率为40%~55%;
具体的,功能性填料过滤带内纵向设置四层填料,孔隙率为40%~55%,其中,最底层为种植土,厚度体积占20%;第二层为卵石,颗粒粒径为10~30mm,厚度体积占30%;第三层为石灰岩,颗粒粒径为10~20mm,厚度体积占25%;顶层为沸石,颗粒粒径为3~5mm,厚度体积占25%。
上述生态系统中,格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带在所述蓄水净化景观池内沿所述河道内的河流方向设置。
上述生态系统中,雨水支管连接在所述雨水管的中间部位,两者呈T型结构;
所述格栅采用提篮格栅。
上述生态系统还包括:
设在所述蓄水净化景观池外周的进水阀门井、提升泵房和出水阀门井;
所述第一、第二电磁控制阀设在所述进水阀门井内;
所述提升泵设在所述提升泵房内;
所述闸阀设在所述出水阀门井内。
上述生态系统中,蓄水净化景观池的体积大于等于所述雨水管服务面积乘以4~8mm,雨水调蓄时间为15~30min;
所述雨水管管径和所述雨水支管管径相等,所述出水管径等于所述雨水管管径。
本发明生态系统具有以下的有益效果:
(1)该生态系统可根据不同季节、不同水质及不同实际情况的需要,实现多种功能的实时转换,使原景观河道水体在雨季和旱季都能够长效保持较好的水质和维持较高的自净能力,不但能够保证水质净化效果,而且具有良好的生态景观效果、亲水休闲娱乐功能,能够打造人与自然和谐共处的生态环境;(2)科技环保,符合资源循环利用及生态城市建设理念,雨季收集的雨水可回补河道;(3)经济投入少,没有复杂的机械设备,运营管理及维护成本较低;(4)处理效果好,按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中地表水的水质要求,本发明的旁侧强化生态系统处理后出水水质能达到地表水IV-III类水,河流水体中的生化需氧量去除率可达65%~70%,悬浮颗粒物去除率可达到80%~90%,氨氮的去除率为70%~80%,总磷的去除率为75%~80%。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
本发明是一种同时兼具雨水调蓄、水质净化、景观提升三种功能的河道旁侧强化生态系统,可根据不同季节、不同水质情况及不同实际需要,实现多种功能的实时转换,对城市合流制管道雨季溢流水、分流制雨水管道初期雨水或旱季中低程度污染河水净化处理,同时美化河道景观。该河道旁侧强化生态系统,在原有的城市景观河道的侧面设置一长条形的蓄水净化景观池作为旁路水系或盘路河道,兼具雨水调蓄、水质净化、景观提升的三种功能,该蓄水净化景观池体积V大于等于雨水管服务面积A乘以4-8mm(初期雨水调蓄量)。
上述生态系统中,实现雨水调蓄功能的雨水调蓄系统由雨水管、雨水支管、进水阀门井、第一、第二电磁控制阀、旋流沉砂器构成,其中,进水阀门井设在雨水管进入河道前的位置,该进水阀门井内设三通管路,使管径相同的雨水管与雨水支管经三通管路连接,在进入河到的雨水管和雨水支管上分别安装第一、第二电磁控制阀,通过第一、第二电磁控制阀开关转换实现初期雨水进入旁侧生态系统调蓄和后期雨水直接入河。所述的旋流沉砂器,用以截留初期雨水中比重大的无机颗粒,按照雨水管管径D进行该旋流沉砂器选型,使两者相匹配。
上述生态系统中,实现水质净化功能的水质净化系统由水体提升单元(即设在提升泵房内的提升泵)、提篮格栅、人工水草区、生态浮岛装置、曝气系统(鼓风机房、鼓风机、曝气管路、曝气器、调节阀)、水生动植物区(挺水植物、沉水植物和水生动物)、功能性填料过滤带、出水管、闸阀组成;其中,水体提升单元用于旱季对景观河道的水体进行抽升进入旁侧生态系统,提升泵房设置在岸堤上,岸堤应高于河道洪水位,防止泵房淹泡。所述的人工水草区的人工水草为PET材质,比表面积≥5000m2/m3,直径150~200mm,配置密度4~5根/m2。所述的生态浮岛装置的单个生态浮岛本体面积为2~5m2,覆盖水面为25%~30%,可采用网框、拉线、泡沫板等方式构造成不同的形状并通过重力式或锚固式固定,水生动植物区种植的水生植物选用浮水植物或挺水植物,主要种植睡莲、鸢尾、千屈菜、香蒲中的一种或几种组合。所述的曝气系统,通过曝气管路连接,由岸边鼓风机向生态系统充氧曝气,其特征在于每个生态浮岛单元下方设置一套曝气管路及曝气器,并设有调节阀控制各支管的气量大小和运行状态,曝气管路为PVC管,曝气器为膜片或管式微孔曝气;另外,所述的水生动植物包括挺水植物、沉水植物及水生动物,其中挺水植物为鸢尾、芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、千屈菜、水芹菜、水葱、灯心草、泽泻、慈姑、纸莎草中的一种或几种组合,沉水植物为菹草、狐尾藻、金鱼藻、伊乐藻、黑藻、苦草中的一种或几种组合,水生动物为鱼类和底栖动物的组合,各种植物及动物的选择遵从因地制宜,符合地域特征的原则。所述的功能性填料过滤带,总厚度依据设计水深而定,纵向设置四层填料,孔隙率40%~55%,底层为种植土,厚度体积占20%;第二层为卵石,颗粒粒径10~30mm,厚度体积占30%;第三层为石灰岩,颗粒粒径10~20mm,厚度体积占25%;顶层为沸石,颗粒粒径3~5mm,厚度体积占25%。所述出水管的管径等于雨水管管径D和雨水支管的管径D,设置出水阀门井和闸阀(该闸阀可采用电磁控制阀)调节生态系统出水,若蓄水净化景观池的高程如果低于景观河道设计的洪水位,在所述蓄水净化景观池与所述景观河道之间设置防倒灌装置,如设置拍门,即在出水管的出水口增加的防河水倒灌的装置,相当于管道口盖子,有水会把盖子冲开,避免河水倒灌。
在水质净化系统中的生态浮岛装置、水生动植物区结合滨水带打造的木栈道、生态驳岸组成景观功能区域,其中,木栈道设于河道两侧,并连通两岸营造亲水活动区域。所述的生态驳岸,系统两侧采用生态护坡,并设有透水孔或植物生长孔,坡面为河岸绿化带。
实施例
本发明提出一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,该生态系统具备雨水调蓄、水质净化、景观提升功能,由进水管、提升泵房、提升泵、提篮格栅、人工水草、生态浮岛、水生植物、功能性填料层、出水管、阀门井、电磁阀、鼓风机房、鼓风机、曝气管路、曝气器、木栈道、生态驳岸组成。在某市城区的景观河道旁侧选择一片空地构建该旁侧强化生态系统,河道有一根DN200的雨水管,服务面积约1平方公里。旁侧强化生态系统L×W×H=250m×25m×1.5m,最大存储水量约9000m3
对原雨水进水管进行改造,修建一个三通阀门井,用电磁阀开关控制实现初期雨水进入旁侧生态系统调蓄和后期雨水直接入河。新建旁路雨水管设置旋流沉砂器进行预处理,然后进入旁侧强化生态系统实现调蓄。
旱季时,景观河道水体通过提升泵抽升进入旁侧强化生态系统,原水水质轻度黑臭:CODCr=96.0mg/L、SS=65.0mg/L、TP=1.2mg/L、NH3-N=9.0mg/L。
旁侧强化生态系统进出水管均设有拍门防止倒灌。人工水草布设面积约1200m2,材质为PET,单根人工水草直径200mm,配置密度4根/m2。生态浮岛布设面积1500m2,由泡沫板模块(单块2.0m*1.5m*0.16m)分别摆设成六边形、菱形、八边形三座浮岛,采用锚固形式固定,种植千屈菜、美人蕉、鸢尾。浮岛底部采用PVC管进行曝气,管径DN20mm,有效曝气量0.010m3/min/m,孔距为10cm,氧有效利用率为18%。水生植物种植面积沉水植物2800m2,间套种植金鱼藻、苦草、芦苇、茭白、香蒲。功能性填料过滤层铺设面积500m2,底层为种植土,厚度20cm;第二层为卵石,颗粒粒径10mm,厚度体积30cm;第三层为石灰岩,颗粒粒径20mm,厚度25cm;顶层为沸石,颗粒粒径5mm,厚度25cm。
景观功能区主要为沿岸木栈道和生态驳岸,系统两侧采用生态护坡,并设有透水孔或植物生长孔,坡面为河岸绿化带。
本实施例中系统处理效果(mg/L,%)如表1所示。表1为城市景观河道轻度黑臭水体经旁侧强化生态系统净化处理后,水体中CODCr、SS、TP、NH3-N的去除效果。
表1城市景观河道轻度黑臭水体村镇污水经预旁侧强化生态系统处理后的去除效果
水质指标 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%)
CODCr 96.0 31.0 67.8
SS 65.0 9 86.2
TP 1.2 0.26 78.3
NH3-N 9.0 1.88 78.0
本发明的生态系统,在雨季时,以调蓄污染物浓度较高的初期雨水为主要目标,较为干净的后期雨水可直接进入景观河道,起到控制入河污染、削减洪峰以及雨水资源化利用的作用,调蓄的初期雨水通过生态系统的内部净化功能处理后进入景观河道;旱季景观河道水质较差时,通过泵站将河水提升至生态系统,以河水旁侧净化为主要目的,通过植物系统、膜生物系统净化处理后回补河道,实现景观河道的水质提升;旱季景观河道水质较好时,以景观功能为主,通过不同种类植物的布置及景观打造实现景观提升,通过泵站实现不定期补水,维持景观水位。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,包括:
蓄水净化景观池、雨水管、雨水支管、第一、第二电磁控制阀、旋流沉砂器、提升泵、格栅、进水管、人工水草区、生态浮岛装置、曝气系统、水生动植物区、功能性填料过滤带、出水管、闸阀、生态驳岸和木栈道;其中,
所述蓄水净化景观池设在河道侧面,所述蓄水净化景观池内从前至后依次设置格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带,所述生态浮岛装置底部设置曝气系统;
一端连接所述河道的所述雨水管与所述雨水支管连接,所述雨水支管另一端经所述旋流沉砂器与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述雨水管上设有第一电磁控制阀,所述雨水支管上设有第二电磁控制阀;
一端连接所述河道的所述进水管经提升泵与所述蓄水净化景观池内的格栅连接,所述格栅的出水端与所述人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带顺次连接,所述功能性填料过滤带的出水端经所述出水管与所述河道连接,该出水管上设有闸阀;
所述生态浮岛装置和水生动植物区的两侧和上方设置所述木栈道;所述人工水草区、生态浮岛区和水生动植物区的两侧设置所述生态驳岸。
2.根据权利要求1所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述人工水草区由人工水草和生物膜构成;
所述生态浮岛装置由一个或多个生态浮岛本体组成;
所述曝气系统包括:设在所述生态浮岛本体底部的曝气器,该曝气器经曝气管与所述蓄水净化景观池外部设置的鼓风机连接,所述曝气管上设有空气调节阀;
所述水生动植物区由种植的水生植物和养殖在水中的水生动物组成;
所述功能性填料过滤带内填充有多层填料。
3.根据权利要求2所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述鼓风机设在鼓风机房内。
4.根据权利要求2所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述人工水草的比表面积大于等于5000m2/m3,直径为150~200mm,配置密度为4~5根/m2
所述水生植物包括:挺水植物和/或沉水植物;
所述水生动物为鱼类和底栖动物的组合;
所述生态浮岛本体为一个或多个,单个生态浮岛本体的面积为2~5m2
5.根据权利要求4所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述挺水植物包括鸢尾、芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、千屈菜、水芹菜、水葱、灯心草、泽泻、慈姑、纸莎草中的一种或几种组合;
所述沉水植物包括:菹草、狐尾藻、金鱼藻、伊乐藻、黑藻、苦草中的一种或几种组合。
6.根据权利要求2所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述功能性填料过滤带内纵向设置四层填料,孔隙率为40%~55%,其中,最底层为种植土,厚度体积占20%;第二层为卵石,颗粒粒径为10~30mm,厚度体积占30%;第三层为石灰岩,颗粒粒径为10~20mm,厚度体积占25%;顶层为沸石,颗粒粒径为3~5mm,厚度体积占25%。
7.根据权利要求1至3任一项所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述格栅、人工水草区、生态浮岛装置、水生动植物区和功能性填料过滤带在所述蓄水净化景观池内沿所述河道内的河流方向设置。
8.根据权利要求1至3任一项所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述雨水支管连接在所述雨水管的中间部位,两者呈T型结构;
所述格栅采用提篮格栅。
9.根据权利要求1至3任一项所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,还包括:
设在所述蓄水净化景观池外周的进水阀门井、提升泵房和出水阀门井;
所述第一、第二电磁控制阀设在所述进水阀门井内;
所述提升泵设在所述提升泵房内;
所述闸阀设在所述出水阀门井内。
10.根据权利要求1至3任一项所述的兼顾调蓄处理及景观功能的河道旁侧强化生态系统,其特征在于,所述蓄水净化景观池的体积大于等于所述雨水管服务面积乘以4~8mm,雨水调蓄时间为15~30min;
所述雨水管管径和所述雨水支管管径相等,所述出水管径等于所述雨水管管径。
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