CN110093966A - 一种生物滞留设施溢流口结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及海绵城市雨水收集与净化技术领域，提供一种生物滞留设施溢流口结构，包括：低重现期溢流管道、溢流井和虹吸管道，低重现期溢流管道的管口低于溢流井的井口，虹吸管道的一端与低重现期溢流管道相连，虹吸管道的另一端与溢流井相连，且虹吸管道与低重现期溢流管道相连的一端高于虹吸管道与溢流井相连的一端，溢流井的下部与雨水管道连通。本发明实施例提供的生物滞留设施溢流口结构，具有多级溢流实现不同重现期溢流排水，并采用虹吸排水方式提高瞬时排水流速和过流能力，避免出现生物滞留设施溢流能力不足和设施积水问题，整体结构较为简单，成本低廉，效果显著，使用安装和后期运行维护方便。

Description

一种生物滞留设施溢流口结构

技术领域

本发明实施例涉及海绵城市雨水收集与净化技术领域，更具体地，涉及一种生物滞留设施溢流口结构。

背景技术

在近年来城市积水内涝问题严重，排水防涝成为我国城镇化工作的重要内容之一。随着《城镇内涝防治技术规范》(GB51222-2017)的发布和实施，为城市排水防涝工作提供重要标准依据和支撑。按照规范要求，城市内涝防治系统包括源头减排、排水管渠和排涝除险等主要工程化子系统。三套子系统分别应对不同重现期降雨事件。其中，源头减排设施通常按照特定雨水年径流总量控制率对应的设计降雨量进行规模确定，通常其设计降雨的重现期在0.3～0.5年一遇；排水管渠系统设计重现期按照其城市类型和城区类型的不同，通常其设计重现期为2～20年一遇；源头减排、排水管渠和排涝除险共同实现相应城市类型所对应的20～100年一遇重现期内涝防治设计标准。

作为源头减排的典型设施之一，生物滞留设施在我国开展了大量的工程应用。源头减排设施的主要功能就是在雨水径流进入排水管渠之前，在“源头”进行下渗、消纳，进而实现从源头减少径流排放的目的。生物滞留设施是各类城市下垫面和排水管渠系统联系的“重要纽带”。下垫面(如道路等)降雨产流、形成雨水径流进入生物滞留设施后，经下渗、滞蓄、消纳，超过生物滞留设施滞留能力的径流通过设施溢流口进入排水管渠系统。因此，对于建设有生物滞留设施的道路排水系统而言，其道路雨水排水管道系统排水能力很大程度受到生物滞留设施溢流口排水能力的限制。因此，生物滞留设施溢流口设计对排水管渠系统是否能实现其设计排水能力、达到应对某一设计重现期降雨而言至关重要。

目前生物滞留设施建设中，其溢流口多直接采用简单浆砌或预制溢流口，也有将原本设计在道路边沟的雨水口直接“移植”到生物滞留设施中，作为生物滞留设施的溢流口使用。这种溢流口结构功能单一、结构简单，高重现期降雨或更高标准降雨事件时其过流能力不能得到有效保障，且容易出现堵塞等情况，一定程度增加了后期运行维护成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供一种生物滞留设施溢流口结构，可实现不同重现降雨条件下分级溢流，并通过虹吸排水方式强化生物滞留设施在低重现期降雨条件下的溢流排水能力，从而解决传统溢流口结构过流能力不足的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种生物滞留设施溢流口结构，包括：低重现期溢流管道、溢流井和虹吸管道，所述低重现期溢流管道和溢流井竖直设置，所述低重现期溢流管道的管口为低重现期溢流口，所述溢流井的井口为高重现期溢流口，且所述低重现期溢流口低于所述高重现期溢流口；

所述虹吸管道的一端与所述低重现期溢流管道的侧壁相连，所述虹吸管道的另一端与所述溢流井的侧壁相连，且所述虹吸管道与所述低重现期溢流管道相连的一端高于所述虹吸管道与所述溢流井相连的一端，所述溢流井的下部与雨水管道连通。

优选地，所述低重现期溢流管道的底端设置有颗粒物沉积区，所述颗粒物沉淀区与所述低重现期溢流管道连通。

优选地，所述低重现期溢流口处设有第一截污部件。

优选地，所述高重现期溢流口处设有第二截污部件。

优选地，所述第一截污部件为格栅。

优选地，所述第二截污部件包括：雨水篦子和雨水篦子圈，所述雨水篦子圈设置在所述高重现期溢流口的四周，所述雨水篦子放置在所述雨水篦子圈上。

优选地，所述颗粒物沉积区采用与所述低重现期溢流管道相同的材质，所述颗粒物沉积区与低重现期溢流管道一体化成型。

优选地，所述虹吸管道采用与所述低重现期溢流管道相同的材质，所述颗粒物沉积区、低重现期溢流管道以及虹吸管道采用一体化成型。

(三)有益效果

本发明实施例提供的生物滞留设施溢流口结构，具有多级溢流实现不同重现期溢流排水，在低重现期降雨时，径流通过低重现期溢流口溢流进入低重现期溢流管道，通过虹吸作用增大溢流排放瞬时流速从而将溢流排放进入溢流井内；在高重现期降雨时，生物滞留设施滞蓄空间的水位持续上升，达到高重现期溢流口溢流水位，除低重现期溢流口持续溢流排水外，高重现期溢流口同时溢流排水，保证溢流口总过流能力达到排水管渠排水设计标准或内涝防治标准，避免出现生物滞留设施溢流能力不足和设施积水堵塞的问题，整体结构较为简单，成本低廉，效果显著，使用安装和后期运行维护方便。

此外，通过在低重现期溢流管道的底端设置颗粒物沉淀区，采用虹吸排水原理增大溢流排放瞬时流速，并通过离心作用将径流中颗粒态污染物“甩”至颗粒物沉积区，一定程度削减溢流雨水中颗粒态污染物含量，并通过截污部件拦截大颗粒漂浮垃圾，有利于削减径流污染，保障城市水环境质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例的生物滞留设施溢流口结构的平面示意图；

图2为本发明实施例的图1中a-a的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例的图1中b-b的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例的生物滞留设施溢流口结构在低重现期时的原理图；

图5为本发明实施例的生物滞留设施溢流口在高重现期时的原理图；

图中：1、第一截污部件；2、低重现期溢流口；3、低重现期溢流管道；4、颗粒物沉淀区；5、虹吸管道；6、管道连接件；7、溢流井井壁；8、溢流井基座；9、高重现期溢流口；10、雨水篦子；11、雨水篦子圈；12、雨水管道；13、第二截污部件；14、溢流井。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1至图3所示，本发明实施例提供一种生物滞留设施溢流口结构，包括：低重现期溢流管道3、溢流井14、虹吸管道5和雨水管道12，低重现期溢流管道3和溢流井14均位于生物滞留设施内且竖直设置。

其中，低重现期溢流管道3的材质可采用铸铁或聚氯乙烯或聚乙烯，其上端的管口为低重现期溢流口2，在低重现期溢流口2处设有第一截污部件1；溢流井14上端的井口为高重现期溢流口9，在高重现期溢流口9处设有第二截污部件13。为了便于实现多级溢流，在低重现期溢流口2的高度位置低于高重现期溢流口9的高度位置，从而实现不同重现期溢流排水。

需要说明的是，低重现期溢流口2的高度位置是根据溢流排放超过生物滞留设施的滞蓄能力(设计标准)，且低于管道系统重现期的雨水径流的标准进行设计的；而高重现期溢流口9的高度位置是根据排放达到或超过排水管渠系统设计重现期的降雨事件径流的标准进行设计的。

具体地，虹吸管道5的材质可采用铸铁或聚氯乙烯或聚乙烯，主要通过虹吸作用实现瞬时高流速溢流排水，虹吸管道5的一端与低重现期溢流管道3的侧壁相连，一般连接在低重现期溢流管道3的下部；虹吸管道5的另一端与溢流井14的侧壁相连，且虹吸管道5与低重现期溢流管道3相连的一端高于虹吸管道5与溢流井14相连的一端，从而保证虹吸功能的正常运行。在溢流井3的下部与雨水管道12连通，雨水管道12为小区或市政雨水管道，材质为混凝土或聚氯乙烯或聚乙烯，排放通过高重现期溢流口和低重现期溢流口进入溢流井的雨水径流。

其中，为了方便虹吸管道5连接和施工，虹吸管道5可采用分段设计，例如，可将虹吸管道5分为三段，其中一段与低重现期溢流管道3相连，一段与溢流井14相连，中间一段为连接段，并且相邻的两段之间采用管道连接件6进行连接，根据虹吸管道5的材质不同，具体可采用胶粘、法兰等连接方式。当然，虹吸管道5可单独制作，也可与低重现期溢流管道3一体加工制作。

在上述实施例的基础上，低重现期溢流管道3的底端设置有颗粒物沉积区4，颗粒物沉淀区4与低重现期溢流管道3连通，低重现期溢流管道3用于连接低重现期溢流口2和颗粒物沉积区4，并将通过低重现期溢流口2排放的径流输送至虹吸管道5。颗粒物沉积区4的材质可与低重现期溢流管道3相同，为铸铁或聚氯乙烯或聚乙烯，可与低重现期溢流管道3一体加工制作，用于储存溢流雨水中颗粒态污染物，并在非雨天打开第一截污部件1，进行清掏排空。

在上述实施例中，溢流井14具体包括：溢流井井壁7和溢流井基座8，溢流井井壁7是溢流井14的主体框架结构，可采用砖砌、混凝土现场制作，或采用聚乙烯或聚氯乙烯预制成型。溢流井基座8为溢流井井壁7的支撑结构，可采用砖砌或混凝土。

在上述实施例中，第一截污部件1可采用格栅，格栅设置在低重现期溢流口2的上方，材质为铸铁或不锈钢，主要功能截留通过低重现期溢流口排放雨水径流中垃圾、植物残体等大颗粒污染物。第二截污部件13具体包括采用雨水篦子10和雨水篦子圈11，雨水篦子10的材质为铸铁或混凝土，主要功能为拦截溢流中漂浮垃圾、植物残体等污染物，雨水篦子圈11设置在高重现期溢流口9的四周，雨水篦子圈11的材质为铸铁或混凝土，主要功能为支撑雨水篦子10，雨水篦子10放置在雨水篦子圈11上。

本发明实施例提供的生物滞留设施溢流口结构，具有多级溢流实现不同重现期溢流排水，并采用虹吸排水方式提高瞬时排水流速和过流能力，避免出现生物滞留设施溢流能力不足和设施积水问题，并可拦截大颗粒漂浮垃圾、离心去除溢流中一定量颗粒污染物，整体结构较为简单，成本低廉，效果显著，使用安装和后期运行维护方便。

本发明实施例提供的生物滞留设施溢流口结构的运行原理和运行过程如下：

如图4所示，在低重现期的降雨时，生物滞留设施滞蓄空间水位随入流径流量增加持续上升，当水位达到低重现期溢流水位h时，经格栅从低重现期溢流口2进入低重现期溢流管道3，垃圾、树叶等大块固体污染物被格栅拦截在低重现期溢流口2外。

首先将虹吸管道5的A段管充满，系统处于重力流状态。随着进入低重现期溢流口2的径流量增加，虹吸管道5的B段管前水深逐步增大，水流逐步过渡到间歇性的产生虹吸满管流流态，B段管后出现较明显的负压。虹吸的形成使系统排水能力突然增大，B段管前水深又会回落，系统重新回到重力流方式。这种变换会来回持续一段时间，直到入流量进一步增大，B段管前水深趋向稳定，系统掺气量减少，最终形成稳定虹吸满管流。直到两边的大气压力相等，虹吸管道5内的水面变成相等高度，水就会停止流动。利用虹吸原理很快就可将低重现期溢流管道3内的水抽出，排入溢流井14内的雨水管道12。此外，虹吸作用形成的高流速排时可通过离心作用将溢流的颗粒态污染物“甩”至颗粒物沉积区4，一定程度削减溢流雨水中颗粒态污染物含量。

当降雨间隔时间较短时，前一次降雨在A段管内形成的水封，有助于下一次降雨在虹吸管道5内短时间产生虹吸现象。当降雨间隔时间较长时，A段管内雨水蒸发完全，水封被破坏，需要重复上述过程(A管段内充满径流)。

如图5所示，在高重现期降雨时，生物滞留设施滞蓄空间水位随入流径流增加持续上升，当水位达到低重现期溢流水位h时，开始从低重现期溢流口2发生溢流，由于高重现期降雨标准高于低重现期溢流口2的过流能力，生物滞留设施滞蓄空间水位仍会继续升高，当达到高重现期溢流水位H时，将通过高重现期溢流口9溢流进入溢流井14，然后进入雨水管道12，汇入市政雨水管网。

当运行一定时间后，需要定期打开低重现期溢流口2上端的格栅，清掏颗粒物沉积区淤泥，保证装置的后续正常工作。

在生物滞留设施设计降雨重现期内降雨事件(重现期通常小于0.5年一遇)发生时，生物滞留设施承接汇水区域内雨水径流进入设施，径流首先填满生物滞留设施滞蓄空间(也就是其调蓄容积)，当达到设计调蓄容积后径流通过低重现期溢流口2溢流进入低重现期溢流管道3，采用虹吸排水原理增大溢流排放瞬时流速，并通过离心作用将径流中颗粒态污染物“甩”至颗粒物沉积区4，通过虹吸作用溢流排放进入溢流井14内。

当出现超过生物滞留设施设计重现期降雨(高于0.5年一遇)，或者达到排水管渠系统设计标准(2～20年一遇)的暴雨、特大暴雨时(甚至达到内涝防治设计标准的20～100年一遇重现期)，生物滞留设施滞蓄空间的水位持续上升，达到高重现期溢流口溢流水位，除低重现期溢流口2持续溢流排水外，高重现期溢流口9同时溢流排水，保证溢流口总过流能力达到排水管渠排水设计标准或内涝防治标准，避免出现生物滞留设施溢流能力不足和设施积水问题。低重现期溢流口2和溢流井14之间采用虹吸管道连接，提高了设施溢流排水流速和过流能力。低重现期溢流口2上方的第一截污部件1很好地拦截了垃圾、树叶等大颗粒固体污染物，避免了管道堵塞；低重现期溢流口2的下方、虹吸管道5前端设置弯头和颗粒物沉积区4，通过离心作用将溢流中颗粒态污染物甩至颗粒物沉积区4，一定程度削减溢流雨水中颗粒态污染物含量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，包括：低重现期溢流管道、溢流井和虹吸管道，所述低重现期溢流管道和溢流井竖直设置，所述低重现期溢流管道的管口为低重现期溢流口，所述溢流井的井口为高重现期溢流口，且所述低重现期溢流口低于所述高重现期溢流口；

所述虹吸管道的一端与所述低重现期溢流管道的侧壁相连，所述虹吸管道的另一端与所述溢流井的侧壁相连，且所述虹吸管道与所述低重现期溢流管道相连的一端高于所述虹吸管道与所述溢流井相连的一端，所述溢流井的下部与雨水管道连通。

2.根据权利要求1所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述低重现期溢流管道的底端设置有颗粒物沉积区，所述颗粒物沉淀区与所述低重现期溢流管道连通。

3.根据权利要求1或2所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述低重现期溢流口处设有第一截污部件。

4.根据权利要求1或2所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述高重现期溢流口处设有第二截污部件。

5.根据权利要求3所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述第一截污部件为格栅。

6.根据权利要求4所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述第二截污部件包括：雨水篦子和雨水篦子圈，所述雨水篦子圈设置在所述高重现期溢流口的四周，所述雨水篦子放置在所述雨水篦子圈上。

7.根据权利要求2所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述颗粒物沉积区采用与所述低重现期溢流管道相同的材质，所述颗粒物沉积区与低重现期溢流管道一体化成型。

8.根据权利要求2或7所述的生物滞留设施溢流口结构，其特征在于，所述虹吸管道采用与所述低重现期溢流管道相同的材质，所述颗粒物沉积区、低重现期溢流管道以及虹吸管道采用一体化成型。