CN110670703B - 一种城市新区初期雨水分流装置及其布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市新区初期雨水分流装置及其布置，属于城市水利设施领域。包括：排水槽、雨水篦孔、污水收集箱、雨水管、过水槛。其布置是将城市新区总规中的主要交通干线作为区域边界进行空间划分，得到以规划交通干线为边界的雨区，在雨区中布置雨水分流装置。本发明具有以下有益效果：将城市新区不同时段雨水分类排入城市雨污管网，减少河流污染。本发明完全采用机械装置不使用传感器和控制器，成本较低，可靠性高，适合广泛使用。

Description

一种城市新区初期雨水分流装置及其布置

技术领域

本发明涉及一种城市新区初期雨水分流装置及其布置，尤其是一种城市新区不同时段雨水分类排入城市雨污管网的装置及其布置方法，属于城市水利设施领域。

背景技术

由现有研究可知，城市初期降雨量10mm之前的雨水，为含有一定地面灰尘、橡胶胶粒、油污的污水，应将其排入污水管道并进行净化处理。在城市地面已被冲刷干净、降雨量达到10mm之后降落的雨水，可将其作为自然雨水排入雨水管道并流入河流中。但是现有技术尚未有初期雨水分离的装置，对城市的初期降雨进行分离，现有的雨水落水井和排水槽都无法将初期雨水从雨水管中分离出来并转入污水管道。初期雨水分流对于旧城改造难度比较大，但是对于城市新区或者新城建设，采用初期雨水分流装置可以有效地降低初期雨水的进入河道带来的污染。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种城市新区初期雨水分流装置及其布置。

具体技术方案为：一种城市新区初期雨水分流装置，包括：排水槽、雨水篦孔、污水收集箱、雨水管、过水槛。

上述的排水槽为长方体，宽不小于100cm，长不小于150cm，深不小于30cm，下沉式埋置在公路两侧；所述的排水槽上部设有雨水篦孔，雨水通过雨水篦孔进入排水槽。

上述的雨水管直径为市政管网通用直径，雨水管直接与排水槽接通，排水槽中的水可以直接进入雨水管，在雨水管周围设置一圈直径与雨水管一样的过水槛，过水槛高度不低于15cm；过水槛与雨水管为同心圆。

所述的污水收集箱顶部开口在排水槽一端，底部与污水管相连，污水管连通污水总管，污水管开口内径略大于活塞底部直径，在长度50cm以下过渡为市政污水管直径；污水收集箱顶部开口为方形，长宽均不小于17.5cm，所述的污水收集箱容积确定方法为：10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低12.5％的流量1分钟对应的水量，作为污水收集箱容积，箱内包括：平衡杠杆、浮块、活塞、侧排水孔。所述的平衡杠杆一侧采用软绳吊装浮块，另一侧与采用螺栓与支杆与活塞相连；所述侧排水孔设置在浮块下，在浮块没有浮起时侧排水孔处于被浮块堵塞状态，所述的侧排水孔直径为15cm，与污水管相连；

所述浮块为空心结构，体积为长20cm×宽20cm×高60cm，质量为12kg，重心在高度为10cm处。

所述活塞为两个不同直径的圆柱相互连接在一起，下面的圆柱直径略小于污水管内径，高30cm，上面的圆柱直径略大于污水管内径，高5cm，活塞质量6kg；活塞中空侧面设进水孔，下面设排水孔，侧面孔径5cm，下面孔径2cm。

活塞下圆柱直径与污水管内径之间的关系满足如下条件：

当污水收集箱底部水深为5cm时，通过下圆柱与污水管内壁之间的流量为初期低流量。

上述的初期低流量设定方法为：以该控制区10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低10％的流量作为初期低流量。

没有降雨的初始时刻，平衡杠杆倾向浮块一侧，浮块覆盖侧排水管，活塞被吊起，活塞下边缘仍在污水管内；

降雨初始时刻，雨水从地面汇流进入雨水篦孔，流经雨水篦孔进入排水槽，由于过水槛的阻拦，雨水不能进入雨水管，只能进入污水收集箱。由于侧排水管口被浮块覆盖，活塞下边缘仍在污水管内，水流通过活塞与污水管之间的缝隙排向污水管，随着降雨量加大，水体逐渐被滞留在污水收集箱中。

随着时间的推移，污水收集箱中的水位开始上涨，当水位上涨到接近30cm时，浮块所受浮力超过6kg，软绳提供另外6kg拉力，平衡杠杆向活塞倾斜，侧排水管开始被放开，但是此时活塞向下运动逐步堵塞侧排水管的出口，由于活塞半径为20cm，污水管内径为20.5cm，因此侧排水管仍能少量排水。

当侧排水管排水速率小于降雨汇流强度时，污水收集箱中水面继续上升，直到活塞顶盖全部覆盖污水管，此时活塞进水孔与侧排水管的出口对接，污水收集箱开始小流量排水；当水位上升到过水槛顶高程时，污水收集箱中水体总量相当于汇水区内降雨10mm。此时后期大量降水汇流后通过过水槛溢流到雨水管中。污水收集箱中保存了降雨初期降下的10mm雨水，并且先进入污水收集箱较脏的水体通过侧排水管缓慢向污水管中排放。

当侧排水管排水速率和过水槛溢流流量大于降雨汇流强度时，污水收集箱水位开始下降，当水位低于过水槛时，不再溢流，只有侧排水管将污水收集箱中的污水低流量排出。

当水位下降到30cm以下时，浮块所受浮力小于自重和活塞的合力，浮块落在水中，活塞被拉高，活塞与污水管之间的空隙暴露出来，开始在活塞与污水管之间的缝隙排水直至污水排完。

本发明还公开一种城市新区初期雨水分流装置布置方式，包括如下步骤：

1，首先将城市新区总规中的主要交通干线作为区域边界进行空间划分，得到以规划交通干线为边界的雨区；

2，计算各雨区的10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量，取边界两侧较大的平均地表径流量作为边界1分钟地表径流量；

3，10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低12.5％的流量1分钟对应的水量，作为污水收集箱容积；

4，将以上分流装置按照控制路面面积100m²布置在主要交通干线上，这样不同的降雨区对应的不同的污水收集箱容积，才能保证在不同的降雨概率事件下污水收集箱都能最大限度地满足收集前10mm降雨的需要。

本发明具有以下有益效果：

1.可将降雨量10mm前后的雨水分类收集，前期雨水作为污水集中收集处理，后期雨水作为自然雨水排入雨水管道进行处理，将城市新区不同时段雨水分类排入城市雨污管网，对雨水进行分类处理利用，减少雨水处理成本；

2.本发明完全采用机械装置不使用传感器和控制器，成本较低，可靠性高，适合广泛使用；

3.本发明在每一次降水过程活塞与污水管道间都会发生一次抽提，使得树叶泥沙等杂物很容易直接排入污水管道，不会堵塞侧排水管；

4.本发明提出了活塞与污水管道之间缝隙的设置方法，使得在大多数情况下均能满足整个降水过程排出的就是最为污染的初期雨水，不会有太多较干净的雨水进入污水管道，以致增加污水处理负担，也不会有污染太严重的雨水进入雨水管道，造成河流污染。

说明书附图

图1为本发明装置降雨前剖视图；

图2为发明装置降雨初期剖视图；

图3为发明装置降雨排水期剖视图；

图4为发明装置活塞排水孔局部示意图；

图5为本发明雨区划分示意图；

图6为发明装置降雨前剖视图；

图7为发明装置降雨初期剖视图；

图8为发明装置降雨排水期剖视图；

图9为发明装置降雨前剖视图；

图10为发明装置降雨初期剖视图；

图11为发明装置降雨排水期剖视图；

图12为本发明实施例三承水器示意图；

图13为本发明装置布置方法示意图

具体实施方式

现结合附图对发明作进一步说明。

实施例一

一种城市新区初期雨水分流装置，包括：排水槽1、雨水篦孔2、污水收集箱3、雨水管4、过水槛5。

上述的排水槽1为长方体，宽不小于100cm，长不小于150cm，深不小于30cm，下沉式埋置在公路两侧；所述的排水槽1上部设有雨水篦孔2，雨水通过雨水篦孔2进入排水槽1。

上述的雨水管4直径为市政管网通用直径，雨水管4直接与排水槽1接通，排水槽1中的水可以直接进入雨水管4，在雨水管4周围设置一圈直径略大于雨水管4的过水槛5，过水槛5高度不低于15cm；过水槛5与雨水管4同心。

所述的污水收集箱3顶部开口在排水槽1一端，底部与污水管6相连，污水管6连通污水总管，污水管6开口内径略大于活塞底部直径，在长度50cm以下过渡为市政污水管直径；污水收集箱3顶部开口为方形，长宽均不小于17.5cm，所述的污水收集箱3为1.2m³立方体结构，箱内包括：平衡杠杆31、浮块32、活塞33、侧排水孔34。所述的杠杆31一侧采用软绳吊装浮块32，另一侧与采用螺栓与支杆与活塞33相连；所述侧排水孔34设置在浮块32下，在浮块32没有浮起时侧排水孔34处于被浮块堵32塞状态，所述的侧排水孔34直径为15cm，与污水管6相连；

所述浮块32为空心结构，体积为长20cm×宽20cm×高60cm，质量为12kg，重心在高度为10cm处。

所述活塞33为两个不同直径的圆柱相互连接在一起，下面的圆柱直径略小于污水管内径，高30cm，上面的圆柱直径略大于污水管内径，高5cm，质量6kg；活塞33中空侧面设进水孔，下面设排水孔，侧面孔径5cm，下面孔径2cm。

活塞33下圆柱直径与污水管内径之间的关系满足如下条件：

当水头为5cm时，通过下圆柱与污水管6内壁之间的流量为初期低流量。

上述的初期低流量设定方法为：以该控制区10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低10％的流量作为初期低流量。

上述的该控制区是指主要交通干线上250m²的雨水汇流区。

没有降雨的初始时刻，平衡杠杆31倾向浮块32一侧，浮块32覆盖侧排水管34，活塞33被吊起，活塞33下边缘仍在污水管6内；

降雨初始时刻，雨水从地面汇流进入雨水篦孔2，流经雨水篦孔2进入排水槽1，由于过水槛5的阻拦，雨水不能进入雨水管6，只能进入污水收集箱3。由于侧排水管34被浮块32覆盖，活塞33下边缘仍在污水管6内，水流通过活塞33与污水管6之间的缝隙排向污水管6，随着降雨量加大，水体逐渐被滞留在污水收集箱3中。

随着时间的推移，污水收集箱3中的水位开始上涨，当水位上涨到接近30cm时，浮块32所受浮力超过6kg，软绳提供另外6kg拉力，平衡杠杆31向活塞33倾斜，侧排水管34开始被放开，但是此时活塞33向下运动逐步堵塞侧排水管34的出口，由于活塞33半径为20cm，污水管6内径为20.5cm，因此侧排水管34仍能少量排水。

当侧排水管34排水速率小于降雨汇流强度时，污水收集箱3中水面继续上升，直到活塞33顶盖全部覆盖污水管6，此时活塞33进水孔与侧排水管34的出口对接，污水收集箱3开始小流量排水；当水位上升到过水槛5顶高程时，污水收集箱3中水体总量相当于汇水区内降雨10mm。此时后期大量降水汇流后通过过水槛5溢流到雨水管4中。污水收集箱3中保存了降雨初期降下的10mm雨水，并且先进入污水收集箱3较脏的水体通过侧排水管34缓慢向污水管6中排放。

当侧排水管34排水速率和过水槛5溢流流量大于降雨汇流强度时，污水收集箱3水位开始下降，当水位低于过水槛5时，不再溢流，只有侧排水管34将污水收集箱3中的污水低流量排出。

当水位下降到30cm以下时，浮块32所受浮力小于自重和活塞33的合力，浮块32落在水中，活塞33被拉高，活塞33与污水管6之间的空隙暴露出来，开始在活塞33与污水管6之间的缝隙排水直至污水排完。

一种城市新区初期雨水分流装置布置方式，包括如下步骤：

1，首先将城市新区总规中的主要交通干线作为区域边界进行空间划分，得到以规划交通干线为边界的雨区；见图5；图5包括公路7和雨区8；

2，计算各雨区的10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量，取边界两侧较大的平均地表径流量作为边界所在主要交通干线的1分钟地表径流量；

3，10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低12.5％的流量1分钟对应的水量，作为污水收集箱容积，见表1；

4，将以上分流装置按照地表径流量测算采用的汇流面积布置在主要交通干线上，这样不同的降雨区对应的不同的污水收集箱容积，才能保证在不同的降雨概率事件下污水收集箱都能最大限度地满足收集前10mm降雨的需要。如图13所示。

表1某工程最低12.5％流量及其1分钟对应水量

实施例二

其他内容与实施例一相同，只是污水收集箱为1m³立方体结构，箱内包括：空腹活塞35、空腔36、斜排水孔37、弹簧38、弹簧支架39；

所述弹簧38与空腹活塞35、弹簧支架39固定连接，弹簧38设置在空腹活塞35上方、弹簧支架39下方，所述弹簧支架39固定在污水收集箱3上；所述斜排水孔37进口设置在污水收集箱3底部，出口设置在污水管6壁上部，与污水管6相通，孔径为5cm；所述弹簧38的胡克系数k为300N/m；

所述空腹活塞35为两个不同直径的圆柱相互连接在一起，上面的圆柱直径略大于污水管6内径，高5cm，下面的圆柱直径略小于污水管6内径，高50cm，下面的圆柱内设有空腔36；所述空腔36体积为6L；所述空腹活塞35质量为5kg；所述空腹活塞35中空侧面设进水孔，下面设排水孔，均与腹内空腔36相通，侧面孔径5cm，下面孔径2cm。

没有降雨的初始时刻，空腹活塞35的底侧在污水管6内，低于斜排水孔37出口位置；

降雨初始时刻，雨水从地面汇流进入雨水篦孔2，流经雨水篦孔2进入排水槽1，由于过水槛5的阻拦，雨水不能进入雨水管4，只能进入污水收集箱3。由于斜排水管37出口被空腹活塞侧壁挡住，水流通过空腹活塞35的排水孔和空腹活塞35与污水管6之间的缝隙排向污水管6，随着降雨量加大，水体逐渐被滞留在空腹活塞35的空腔36中。

当空腹活塞35的排水孔排水速率小于降雨汇流强度时，空腔36中水面继续上升；随着时间的推移，空腔36中的水位开始上涨，弹簧38受到空腔36中水体的重力作用，空腹活塞35开始向下侧污水管6内移动；当空腔36内充满水时，弹簧38受到空腔36水体重力6kg，向下拉伸20cm，使得空腹活塞35向下运动，此时空腹活塞35顶盖全部覆盖污水管6；此时空腹活塞35进水孔与斜排水管37的出口对接，污水收集箱3小流量排水；

当水位上升到过水槛5顶高程时，污水收集箱3中水体总量相当于汇水区内降雨10mm。此时后期大量降水汇流后通过过水槛5溢流到雨水管4中。污水收集箱3中保存了降雨初期降下的10mm雨水，并且先进入污水收集箱3较脏的水体通过斜排水管37缓慢向污水管6中排放。

当斜排水管37排水速率和过水槛5溢流流量大于降雨汇流强度时，污水收集箱3水位开始下降，当水位低于过水槛5时，不再溢流，只有斜排水管37将污水收集箱3中的污水低流量排出。

当空腔36内的水位开始下降时，弹簧受到拉力作用减小，空腹活塞向上运动，污水通过空腹活塞35排水孔和空腹活塞35与污水管6之间的缝隙将污水排至污水管6，直至污水排完。

实施例三

其他内容与实施例1相同，只是污水收集箱3为1.5m×1.5m×0.5m的长方体结构，箱内包括：承水器311、连接杆312、轻质活塞313、支撑弹簧314、支撑弹簧支架315；

所述的承水器311底部通过连接杆312与轻质活塞313相连，承水器311下接支撑弹簧314，支撑弹簧下314部与支撑弹簧支架315相连，支撑弹簧支架315固定在污水收集箱3进口内壁上；支撑弹簧314胡克系数为700N/m。

所述的承水器311为圆柱形敞口容器，底面直径30cm，高10cm；承水器311底面高于过水槛5顶部10cm；承水器311靠近底部侧面有一直径1cm的排水孔316；

所述轻质活塞313为两个不同直径的圆柱相互连接在一起，上面的圆柱直径略大于污水管6内径，高5cm，下面的圆柱直径等于污水管6内径，高10cm，被连接杆312悬挂于污水管6进口处；

降雨初始时刻，雨水从地面汇流进入雨水篦孔2，流经雨水篦孔2进入排水槽1，由于过水槛5的阻拦，雨水不能进入雨水管4，只能进入污水收集箱3。此时承水器311承接初始雨水，承水器311的质量不断增加，支撑弹簧314受到承水器311的压力作用，向下压缩，承水器311下移，轻质活塞313随着承水器311下部的连接杆313一同下移至污水管6进口；承水器311盛满水后，压缩支撑弹簧314，轻质活塞313完全下沉闭阀；此时承水器311底面略高于过水槛5顶部。

承水器311中的排水孔316一直在小流量排水，排水速率小于降雨强度；当降雨强度小于排水孔排水速率时，雨水均排至污水管6中；

当雨量持续增加，水体逐渐被滞留在污水收集箱3中。随着时间推移，污水收集箱3内集满初期雨水，当水位上升到过水槛顶5高程时，污水收集箱3中水体总量相当于汇水区内降雨10mm。此时后期大量降水汇流后通过过水槛5溢流到雨水管4中。污水收集箱3中保存了降雨初期降下的10mm雨水。

当过水槛5溢流流量大于降雨汇流强度时，污水收集箱3水位开始下降，当水位低于过水槛5时，不再溢流；所述的承水器311中的排水孔316一直在小流量排水，承水器311中的水位持续下降，支撑弹簧314拉伸，承水器311上移，轻质活塞313随着连接杆312逐渐上移直至打开，污水收集箱3中的水排空。

Claims (2)

1.一种城市新区初期雨水分流装置，其特征在于：包括：排水槽、雨水井篦孔、污水收集箱、雨水管、过水槛；所述的排水槽为长方体，宽不小于100cm，长不小于150cm，深不小于30cm，下沉式埋置在公路两侧；所述的排水槽上部设有雨水篦孔；所述的雨水管直径为市政管网通用直径，雨水管直接与排水槽接通，在雨水管周围设置一圈直径等于雨水管的过水槛，过水槛高度不低于15cm；过水槛与雨水管为同心圆；

所述的污水收集箱顶部开口在排水槽一端，底部与污水管相连，污水管连通污水总管，污水管开口内径略大于活塞底部直径，在长度50cm以下过渡为市政污水管直径；污水收集箱顶部开口为方形，长宽均不小于17.5cm；

污水收集箱内包括：平衡杠杆、浮块、活塞、侧排水孔；所述的平衡杠杆一侧采用软绳吊装浮块，另一侧采用螺栓与支杆相连，支杆采用螺栓与活塞相连；

所述侧排水孔设置在浮块下，在浮块没有浮起时侧排水孔处于被浮块堵塞状态，

所述活塞为两个不同直径的圆柱相互连接在一起，下面的圆柱直径略小于污水管内径；

活塞下圆柱直径与污水管内径之间的关系满足如下条件：当污水收集箱底部水深为5cm时，通过下圆柱与污水管内壁之间的流量为初期低流量。

2.根据权利要求1所述的一种城市新区初期雨水分流装置，其特征在于：所述的污水收集箱容积采用如下步骤获得：

1)首先将城市新区总规中的主要交通干线作为区域边界进行空间划分，得到以规划交通干线为边界的雨区；

2)计算各雨区的10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量，取边界两侧较大的平均地表径流量作为边界1分钟地表径流量；

3)10年内所有场次降水前1分钟的平均地表径流量进行排频计算，取其最低12.5％的流量1分钟对应的水量，作为污水收集箱容积；

4)将以上分流装置按照地表径流量测算采用的汇流面积布置在主要交通干线上，这样不同的降雨区对应的不同的污水收集箱容积，才能保证在不同的降雨概率事件下污水收集箱都能最大限度地满足收集前10mm降雨的需要。

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