CN109629654A

CN109629654A - 一种预处理式道路雨水口系统

Info

Publication number: CN109629654A
Application number: CN201811601281.0A
Authority: CN
Inventors: 姜家良; 刘标; 李伦; 张阳阳
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd; Wisdri Urban Construction Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd; Wisdri Urban Construction Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种预处理式道路雨水口系统，包括雨水口、沉淀装置、中间过滤池、溢流池和雨水口连接管，所述雨水口的顶部铺设有雨水篦子A，雨水口与导流管的下端连通，导流管倾斜布置，其上端与中间过滤池连通；所述导流管内安装沉淀装置；所述中间过滤池通过溢流板与溢流口相连，溢流口通过管道与市政排水管路连通；所述溢流口的顶部覆盖有雨水篦子B。本发明的有益效果为：本发明利用沉淀装置等将初期径流雨水进行了预处理，雨水口的沉积物不再随雨水径流进入排水管道，而是在沉淀区内沉淀，保证了中间过滤池的进水水质，减轻了设施的污染负荷，使整个系统得以在稳定的环境中运行，延长了设施的清理周期并削减了养护成本。

Description

一种预处理式道路雨水口系统

技术领域

本发明涉及市政排水技术与海绵城市建设技术领域，具体涉及一种预处理式道路雨水口系统。

背景技术

随着城市化建设的不断深入，自然下垫面硬化比例逐年提升。城市雨水问题愈演愈烈，主要包括了洪涝灾害多发，面源污染严重以至临近水系水质恶化，以快排为基础的现代排水管网系统阻止了降水的入渗与集蓄过程，造成了水资源的严重浪费。因此，针对于上述3方面的问题，近年来的海绵城市低影响开发理念提出了全方位系统性的解决途径，其中，水环境范畴内的面源污染控制率已成为工程设计中的强制性考核标准。《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》(试行)中指出低影响开发雨水系统不仅需要控制合流制溢流污染，同时也应该对分流制径流污染物总量进行控制。根据地区径流污染特征针对性制定区域径流污染物控制指标，污染物指标主要包括了悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)及总磷(TP)等。由于SS与其他污染物具有一定的相关性，《建筑与小区低影响开发技术规程》(T/CECS469-2017)中规定径流污染控制宜采用年SS总量去除率作为污染控制指标。由此可见，对SS的去除是控制径流污染最为有效的手段之一。

传统的污染控制手段主要体现在解决合流制管网溢流污染问题上。随着对水体环境污染成因的逐步了解，发现面源污染是导致城市水体水质恶化的另一主导因素。针对于面源污染控制的技术措施分为三部分，即前端处理、转输截留与排口处理。低影响开发技术措施中充分的体现了前端处理的有效性，各类措施对面源污染物均有着不同程度的削减作用。然而，低影响开发技术措施在具体的场地内进行设置时，受地物干扰性较大，即部分位置在设计过程中需保留原始场地不做修改。雨水口是径流雨水排放的必经设施，也是排水管网的收纳设施。因此，在雨水口中进行污染的截留控制处理，能够实现雨水径流的全面控制。在道路的海绵化改造过程中，对原有雨水口的处置方式通常为混凝土填方处理，并在低影响开发设施(主要为下沉式绿地)中重新设置溢流式雨水口，径流前端新建沉砂井。该种做法存在较多缺陷，主要表现在如下几个方面：首先对路面原有设施的利用程度较低，同时需对路缘石进行开口处理，导致其整体性较差，沿路方向不连续不美观；其次，需要重新修建沉砂井与溢流式雨水口；雨水径流途径沉砂井时，沉淀时间不足，导致下沉式绿地内SS等污染物负荷过高，溢流口雨水污染物含量偏高，最终未能有效实现下沉式绿地的污染控制效果等。

关于雨水口截污技术的研究已有较多成果，中国专利文献(申请公布号：CN102900146A)中提出一种除污雨水口技术，兼具削减峰值径流量的功能，其结构包括不透水壁型井筒，外侧依次设有碎石层、透水型不锈钢孔壁层、沙粒层和含有无纺布的透水型不锈钢筛台孔壁层。该技术的滞蓄结构对雨水产生了渗透截留效果，但由于设施未对雨水中的污染进行有效的前置处理，导致径流中颗粒杂质在碎石层的空隙内逐渐累积，最终将引起碎石层的蓄渗效果丧失，并且结构层的空隙内部由颗粒杂质填满。专利文献(申请公布号：CN107460938A)提出一种具有二次沉泥功能的渗透型道路雨水口技术，其结构由两部分组成，分别为雨水收集初沉井和沉泥渗透井。该技术未设置初期雨水弃流装置，并将经过简单沉淀后的雨水导入地下渗管中。该做法的后果是地下渗透管线系统发生堵塞，最终完全丧失渗透功能；同时，渗透管内的污染物会缓慢扩散进入地下水，残留部分会以厌氧反应形式逐渐分解。专利(申请公布号：CN103225343A)一种截污雨水口提出在雨水口周围的放坡段内设置截留堰，并且环绕雨水口，该专利的发明人认为此技术可以实现雨水口外部同时拦截小颗粒固体污染物与大体积杂质，减少雨水口内污染物的进入量；然而，该技术存在较多问题，如放坡内截留堰的高度设置不当时，将导致无法拦截污染物，亦或在放坡前端出现大面积雍水，堰体同样可能引起行车不畅。虽然在径流方向上设置了截留堰，但该结构依旧无法对悬浮物形成有效的截留。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供了一种污水预处理式道路雨水口系统，解决现有技术中道路原有雨水口再利用率低、雨水内杂物堵塞管道等问题。

本发明采用的技术方案为：一种预处理式道路雨水口系统，包括雨水口、沉淀装置、中间过滤池、溢流池和雨水口连接管，所述雨水口的顶部铺设有雨水篦子A，雨水口与导流管的下端连通，导流管倾斜布置，其上端与中间过滤池连通；所述导流管内安装沉淀装置；所述中间过滤池通过溢流板与溢流口相连，溢流口通过管道与市政排水管路连通。

按上述方案，所述溢流口的顶部覆盖有雨水篦子B。

按上述方案，所述雨水口包括自上而下的布水区、缓冲区和沉淀区，所述导流管的下端与布水区或缓冲区连通。

按上述方案，所述雨水口还包括设于沉淀区下方且不连通的隔离区，沉淀区与隔离区通过隔板隔开；所述溢流口通过溢流口连接管A通过设于隔离区内的底部管道与雨水口连接管连通，雨水口连接管与市政排水系统连通。

按上述方案，所述溢流口通过溢流口连接管B直接与市政排水系统连通。

按上述方案，所述沉淀装置为斜板沉淀装置/斜管沉淀装置。

按上述方案，所述斜板沉淀装置/斜管沉淀装置内填充有多孔纤维结构。

按上述方案，所述导流管与水平方向的夹角为30～60°。

按上述方案，所述导流管的下端内底与雨水口顶面之间的距离不低于400mm。

本发明的有益效果为：

1、本发明将原道路雨水口改造为沉砂沉淀一体式结构，充分利用原有设施将径流雨水先在原雨水口内做沉砂处理，而后经过导流管内部的沉淀装置进行处理，实现小颗粒悬浮物快速沉淀；沉淀装置内部的沉积物在重力作用下沿装置中斜板(管)内壁滑落至底部沉淀区，沉淀区上部具有足够深度防止径流的水力扰动；导流管布置方式为水平排列，最大程度增加径流过流断面面积，从而减小沉淀装置内部的流速，为沉淀过程提供稳定的水力停留时间(导流管内置填充物对初期雨水与道路冲洗废水形成了预沉-沉淀-过滤作用，使径流污染物得到有效去除)；沉淀处理出水进入中间过滤池，经中间过滤池的绿植(主要为草本植物)的再次处理，到达溢流口时的径流雨水中杂物得到了大幅度削减，在源头实现了对临近水系水环境污染的控制效果，达到了雨水预处理的目的；本发明可充分利用原道路雨水口，减少道路改造工程量，避免路缘石破除；

2、本发明利用沉淀装置等将初期径流雨水进行了预处理，雨水口的沉积物不再随雨水径流进入排水管道，而是在沉淀区内沉淀，保证了中间过滤池的进水水质，减轻了设施的污染负荷，使整个系统得以在稳定的环境中运行，延长了设施的清理周期并削减了养护成本；

3、与传统道路改造中雨水口的处理办法相比，本发明充分利用原有雨水口和原有雨水连接管，并将其内部结构进行了改造，减少了新装连接管长度，避免了填方与沉砂池的建造过程，以及道路原有侧石的破坏与重新安装过程，节省人工与材料成本，并且保持了原有侧石的连续、顺直与美观；

4、本发明实现了沉砂沉淀过滤一体化，减少道路空间的占用体积，强化初期雨水悬浮颗粒的沉淀效果，对径流污染的控制效果更为显著；

5、本发明中斜板沉淀装置/斜管沉淀装置采用的材料均为市场上成品材料，技术十分成熟，安装过程简单，可很好的应用于现有雨水口改造工程中，经济合理，具有良好的社会效益；

附图说明

图1为本发明中实施例一的结构示意图一。

图2为本发明中实施例二的结构示意图二。

其中：1、布水区，2、缓冲区，3、沉淀区，4、雨水口连接管，5、隔离区，6、隔板，7、溢流口连接管A，8、溢流口，9、雨水篦子B，10、中间过滤池，11、导流管，12、路缘石，13、雨水篦子A，14、机动车道路面，15、溢流口连接管B，16、沉淀装置，17、雨水口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种污水预处理式道路雨水口系统，包括雨水口17、沉淀装置16、中间过滤池10、溢流池和雨水口连接管4，所述雨水口17的顶部铺设有雨水篦子A13，雨水口17与导流管11的下端连通，导流管11倾斜布置，其上端与中间过滤池10连通；所述导流管11内安装沉淀装置16；所述中间过滤池10通过溢流板与溢流口8相连，溢流口8通过管道与市政排水管路连通。

优选地，所述溢流口8的顶部覆盖有雨水篦子B9。所述雨水篦子B9为溢流式雨水篦子；所述雨水篦子A13为钢格栅雨水篦子。

优选地，所述雨水口17包括自上而下的布水区1、缓冲区2和沉淀区3，所述导流管11的下端与布水区1或缓冲区2连通，所述沉淀区3的高度为300mm～500mm。

优选地，如图1所示的实施例一，所述雨水口17还包括设于沉淀区3下方且不连通的隔离区5，沉淀区3与隔离区5通过隔板6隔开，实现了原雨水径流的隔离效果，所述隔板6厚度不超过50mm。所述溢流口8通过溢流口8连接管A7通过设于隔离区5内的底部管道与雨水口连接管4连通，雨水口连接管4与市政排水系统连通。如图2所示的实施例二中，所述溢流口8通过溢流口连接管B15直接与市政排水系统连通。

优选地，所述沉淀装置16为斜板沉淀装置/斜管沉淀装置(为现有结构)，斜板/斜管的长度为0.5～1.2m，斜板/斜管过流通道(板间缝隙或管道)的水力半径为30～80cm；斜板沉淀装置/斜管沉淀装置内置填充物，所述填充物为多孔纤维结构，置于斜板/斜管底层；斜板/斜管可选金属材料或高分子聚合物材料制成。

优选地，所述导流管11与水平方向的夹角为30～60°，导流管11的出口位于中间过滤池10内，导流管11的出口端高于中间过滤池10的池面50mm。

优选地，所述隔板6可为预制混凝土板、木板、塑料板或其他材质，隔板6底部设置混凝土支座，混凝土支座与隔离区5高度一致。

优选地，所述中间过滤池10为低影响开发设施，以下沉式绿地为主，可以是雨水花园、植草沟等设施。

本发明中，所述雨水口17的深度为0.5m～1m，功能区划分时，布水区1高度为100～200mm，缓冲区2的高度不宜低于200mm，沉淀区3的高度为300～500mm，沉淀区3底部与隔离区5的顶板采用现浇混凝土隔板6分隔，隔板6厚度不宜高于50mm，隔离区5的高度根据底部管道的内径确定，隔板6的标高不得低于底部管道的内顶标高。由于需要保证低影响开发设施中超标雨水的顺利排放，各管管径一般不低于300mm，因此隔离区5高度不宜低于300mm。当雨水主干位于低影响开发设施一侧，即原道路雨水连接管下穿低影响开发设施时，不设置隔离区5。此条件下，可适当增加沉淀区3高度，减缓上部雨水径流水力作用对沉渣的卷扫效果。

本发明中，所述导流管11的下端内底与雨水口17顶面之间的高差不宜低于400mm。雨水径流在雨水口17中的流线为垂向状态，该过程加速悬浮物的沉降速度，在导流管11入口处流线发生方向折返，故而在此过流断面处大颗粒悬浮物实现分离，并落入下方沉淀区3。导流管11入口深度对悬浮物的沉淀效果影响较大，当深度过低时，径流雨水在雨水口17与导流管11之间发生短流现象，即无法实现径流雨水的沉砂效果，并会增加后续斜板沉淀装置/斜管沉淀装置的运行负荷。所述导流管11可采用聚乙烯塑料管、HDPE双壁波纹管或普通钢筋混凝土管制成，所述导流管11管径为80～300mm；所述导流管11的数量应根据过流能力确定，即保证改造后导流管11的过流量不低于雨水口连接管4的过流量。雨水口连接管4过流量计算方法如下：

上式中：Q₀为道路雨水口连接管4的过流量，m³/s；d为道路雨水口17底部连接管管径，m；V₀为连接管内径流速度，m²/s；Z_w为道路雨水口17表面单位重量径流所具有的位能，m；P_w为道路雨水口17表面径流所具有的压强，Pa；γ为流体容重，一般取值9.8kN/m³；α为动能修正系数，一般取值1.0～1.1，通常取值1；V_w为道路雨水口17表面径流流速，m²/s，一般雨水口17呈充满状态时，表面纵向流速较小，故此处取值通常为0；h_f为径流水头损失，m，该过程的水头损失主要产生于道路雨水口17内部与连接管连接处，一般情况下此处的连接形式为锐缘进口，局部阻力系数取值0.25，由于径流路径较短，因此沿程阻力忽略不计。首先经过公式(2)计算可获得连接管内流速，继而根据公式(1)求取雨水口连接管4的过流量。为计算导流管11管径应先确定导流管11内过流断面面积，首先根据公式(2)计算导流管11内流速，由于低影响开发设施一般较路面雨水口17下沉200mm，因此Z_w取值为200mm。道路雨水口17上表面径流雨水的过流断面与空气接触，故而压强P_w取值为0。此时，h_f的含义为道路雨水口17表面至导流管11出口断面的水头损失，计算方式与连接管水头损失相同，局部阻力系数也采用0.25。

作为优选，所述斜板沉淀装置/斜管沉淀装置中斜板/斜管采用聚乙烯塑料、不锈钢或其他材料均可。根据《室外排水设计规范》(2016版)要求，斜板/斜管长度宜设置为1m，并整体置于导流管11内部。斜板净距或斜管孔径宜控制在30mm～80mm，当沉淀装置16服务区域环境较好时，即雨水径流内大颗粒悬浮物含量偏低，可适当降低净距或孔径尺寸，增加装置的沉淀效能。由于沉淀装置16占用导流管11过流断面，因此，计算导流管11的过流量时应予以考虑，一般可以将断面面积折减系数取值为0.9，即导流管11内实际过流面积为原来的90％左右，净距或孔径较小时应考虑适当减小折减系数取值。沉淀装置16的水力负荷取值范围为3m/h～9m/h，当设计水力负荷不满足要求时，应适当增加导流管11总过流面积。

本发明的原理为：导流管11穿过与雨水口17中靠近低影响开发设施(一般为下沉式绿地)一侧的内壁，导流管11的作用之一在于将雨水口17内的径流雨水导入低影响开发设施中，从结构上看，导流管11下穿道路侧石，并坡向于雨水口17一侧，与水平方向呈30～60°夹角，雨水口17一侧的导流管11为径流雨水的入口，其入口位置设置于布水区1或缓冲区2内，径流雨水进入缓冲区2后水力波动性减弱，大颗粒悬浮物会发生沉降并落入沉淀区3，颗粒较小的悬浮物在径流的推力作用下进入导流管11。所述沉淀装置16布设于导流管11内部，根据Hazen浅层沉淀理论，沉淀装置16的有效面积为斜板/斜管在水平方向的投影面积总和，按照径流雨水流向与颗粒沉淀方向之间的关系，沉淀装置16可归类于异向流斜板/斜管沉淀。小颗粒悬浮物在沉淀装置16内发生沉淀，首先附着于斜板/斜管内壁，随着沉底量的增加，当沉淀物的自重足以抵抗径流推力作用与装置摩擦阻力时，将发生脱落并滑入沉淀区3。导流管11的出水直接进入中间过滤池10(低影响开发设施)中，在植被的截留作用下，出水中的胶体与溶解性污染物将得到进一步控制。所述溢流口8收集低影响开发设施内的超标雨水，并在溢流口8连接管的作用下流入隔离层内部。所述隔离层是由原路面雨水口17的底部空间分隔而成，其目的在于充分利用原道路排水管道，通过隔离层的连接作用，将溢流口8连接管与雨水口连接管4连接，减少排水管网的改建工程量。

实施例：一种雨水口17改造技术优化后的雨水口17，包括道路雨水口17，常见有平篦式、偏沟式和立篦式，本发明中主要针对于前两种形式的雨水口17进行改造。径流雨水通过机动车道路面14汇流至道路雨水口17，钢格栅雨水篦子对径流雨水中的杂物进行初步拦截，包括树枝、垃圾、大体积土石块等，经初步拦截后的径流雨水进入布水区1；布水区1高度为150mm，由于布水区1的过流断面突然增大，径流流速快速下降，而后进入缓冲区2；缓冲区2高度为200mm，雨水径流中携带的泥沙与不稳定大颗粒悬浮物发生沉降，最终落入沉淀区3；沉淀区3高度为300mm(沉淀区3底部是隔板6，隔板6厚度为20mm，并在下方设置支座，保持隔板6的稳定性)，经沉砂后的径流雨水携带小颗粒的悬浮物进入导流管11内部的沉淀装置16中，并在沉淀装置16内发生快速沉淀，沉渣聚集在斜管/斜板内壁上；当沉渣累积量达到阻力上限时，斜管/斜板内沉渣将滑落至下方的沉淀区3(沉淀区3的沉积物需进行定期清除，一般可根据累计降水深度与单位深度降水产生沉积物量确定清理时间，累计降水量可根据气象降水记录获得，而单位深度降水产生沉积物量则需进行实地测量，污染较重，浮尘较多的区域应适当缩短清理周期)，导流管11与其内部的斜管/斜板长度一致为1.0m，与水平方向呈45°夹角。下沉式绿地10设置深度200mm，因溢流口88堰口高程高于下沉式绿地50mm，在计算导流管11过流量时水头差取值应为150mm；溢流口88上部宜使用溢流式雨水篦子，对雨水径流中的杂物垃圾会形成有效拦截，并保证下沉式绿地10内不发生雍水现象。

溢流口8内径流雨水流向为两种情况：一、如图1，道路雨水口连接管4道位于机动车道路面14下方时，雨水口连接管4与溢流口8连接管A7通过隔离区5的底部管道形成溢流口8的下游排水通道；隔离区5的设置高度与上下游连接管内径高度一致均为300mm，隔离区5内设置支座，防止隔板6发生脱落。二、如图2，原道路雨水口连接管4道位于下沉式绿地10外侧时，溢流口8设置位置宜选择溢流口连接管B15处，以便利用原排水系统连接管，减少土方工程量。同时道路雨水口17内部不再设置隔离区5，导流管11入口位置可适当增加深度。

由于原道路雨水口17经改造后，其主要功能发生了变化，承担了沉砂池与沉淀池的任务。因此，井底的沉积物不再随雨水径流进入排水管道，沉淀区3内的沉积物需进行定期清除。一般可根据累计降水深度与单位深度降水产生沉积物量确定清理时间，累计降水量可根据气象降水记录获得，而单位深度降水产生沉积物量则需进行实地测量，污染较重，浮尘较多的区域应适当缩短清理周期。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种预处理式道路雨水口系统，其特征在于，包括雨水口、沉淀装置、中间过滤池、溢流池和雨水口连接管，所述雨水口的顶部铺设有雨水篦子A，雨水口与导流管的下端连通，导流管倾斜布置，其上端与中间过滤池连通；所述导流管内安装沉淀装置；所述中间过滤池通过溢流板与溢流口相连，溢流口通过管道与市政排水管路连通。

2.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述溢流口的顶部覆盖有雨水篦子B。

3.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述雨水口包括自上而下的布水区、缓冲区和沉淀区，所述导流管的下端与布水区或缓冲区连通。

4.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述雨水口还包括设于沉淀区下方且不连通的隔离区，沉淀区与隔离区通过隔板隔开；所述溢流口通过溢流口连接管A通过设于隔离区内的底部管道与雨水口连接管连通，雨水口连接管与市政排水系统连通。

5.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述溢流口通过溢流口连接管B直接与市政排水系统连通。

6.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述沉淀装置为斜板沉淀装置/斜管沉淀装置。

7.如权利要求6所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述斜板沉淀装置/斜管沉淀装置底层内填充有多孔纤维结构。

8.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述导流管与水平方向的夹角为30～60°。

9.如权利要求1所述的预处理式道路雨水口系统，其特征在于，所述导流管的下端内底与雨水口顶面之间的距离不低于400mm。