CN111535416A - 基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，径流雨水汇流进入分流井，分流井内设置前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管，前期雨水汇流管通入延时调节池，中后期雨水汇流管通入生物滞留设施；降雨前期的径流雨水进入延时调节池，经过缓释沉淀净化后的上部雨水释放到雨水管网中，池体下部的污染物含量高的雨水排入污水管网；处理前期雨水的延时调节池注满后，中后期雨水进入生物滞留设施。这种系统可以有效降低径流雨水中的污染物对生物滞留设施的污染和破坏，确保整体海绵设施可以长期稳定运行，实现海绵城市建设污染物和水量的控制指标。

Description

基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统和工艺

技术领域

本发明属于雨水源头污染和流量控制技术领域，具体而言，涉及一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统和工艺。

背景技术

大量研究和实践表明，城市中建筑屋面、城市道路、绿地、广场等下垫面，由于各种原因，都会产生径流污染，只是污染程度不同。特别是在城市更新和新开发区以及已建成区域的道路、广场等区域雨水径流污染严重，直接进入各种绿地内的生物滞留设施时：对绿地景观造成极大冲击破坏、污染堵塞生物滞留设施的土壤、缩短生物滞留设施的使用寿命及维护周期、增加雨水控制设施的维护工作和费用；甚至一些道路雨水径流造成土壤富集重金属污染，带来严重问题。

基于此，有必要进一步探索更加合适的雨水源头控制的工艺和系统。大量研究表明，径流雨水中SS、COD等污染物具有良好的沉降特性，地表雨水径流样本的试验结果表明，SS的2h沉降去除率即可达到58%~88%，24h沉降SS去处理率≥90%。延时调节技术是通过控制雨水在调节设施内的排空时间，延长雨水停留时间来沉淀污染物，以实现水质和水量控制的目的。延时调节技术能削减径流峰值流量，还能很好地控制径流污染。同时大量研究还表明，雨水径流污染中主要污染物集中在前期雨水径流，雨水径流存在明显的初期冲刷作用。根据实测数据计算分析，控制前期雨水径流4mm-8mm即可控制整个降雨过程中60%以上的污染量。因此，根据径流雨水的特性，采用分质分段的方法，按流量分流，按水质分别采用不同技术方式控制，地上地下空间统筹考虑提出本基于延时调节技术的雨水源头控制的工艺和系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺和系统。该工艺与系统能够因地制宜对针对源头雨水进行雨水径流污染和流量体积控制，同时兼顾雨水控制设施的建设与养护、功能与景观、目标与投资，可长期稳定地实现海绵城市建设的控制指标。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于所述系统包括分流井，分流井内设置前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管，前期雨水汇流管通入延时调节池，中后期雨水汇流管通入生物滞留设施，前期雨水汇流管末端设置浮球阀，降雨前期的径流雨水由分流井中的前期雨水汇流管进入延时调节池，延时调节池雨水充满后，设置在前期雨水汇流管末端的浮球阀自动关闭，再进入分流井的中后期雨水通过中后期雨水汇流管进入生物滞留设施，延时调节池内设有无动力缓释装置，储存在延时调节池内的雨水，通过无动力缓释装置严格控制出流速度，保证雨水在池内有足够的停留时间，雨水中的污染物逐步沉淀在延时调节池下部。

进一步地，无动力缓释装置排水口始终悬浮在水位液面下1-2cm，保证排出水为经过缓释净化的较清洁上层雨水。

进一步地，分流井入口设置截污格栏，拦截去除雨水中的杂物和大颗粒污染物。

进一步地，前期雨水汇流管管顶位置与中后期雨水汇流管的管底位置平齐；前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管管道采用耐腐蚀的高分子材料或复合材料。

进一步地，前期雨水汇流管进入延时调节池的末端设置浮球阀，浮球阀为大通量、无堵塞的塑料浮球阀，进入延时调节池的雨水达到设定水位位置后，浮球阀自动关闭。

进一步地，延时调节池采用埋地设置，地表空间设置生物滞留设施；延时调节池为土建结构的池体、水沟，或是管道、成品玻璃钢或塑料水箱、塑料模块水箱。

进一步地，所述无动力缓释装置通过入水软管和变配重浮动入水装置连接，延时调节池满水位高度设置与所述变配重浮动入水装置相配合的横向档板，变配重浮动入水装置包括浮体，浮体上部设置配重空腔，配重空腔顶部封闭，配重空腔上部侧边设置配重空腔入水口滤网，配重空腔底部开孔，配重空腔开孔位置下部的浮体相应位置也开通孔，在配重空腔开孔处设置不锈钢滑动塞，该不锈钢滑动塞下部为锥形结构，不锈钢滑动塞在重力作用下可与配重空腔底部开孔形成密封。

一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺,其特征在于所述工艺包括以下步骤：

（1）径流雨水汇入分流井，分流井内设置前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管，前期雨水汇流管通入延时调节池，中后期雨水汇流管通入生物滞留设施，前期雨水汇流管与中后期雨水汇流管的位置设定要保证先进入的前期雨水先流入延时调节池；

（2）降雨前期的径流雨水由分流井中的前期雨水汇流管进入延时调节池，延时调节池雨水充满后，设置在前期雨水汇流管末端的浮球阀自动关闭，再进入分流井的中后期雨水通过中后期雨水汇流管进入生物滞留设施；

（3）储存在延时调节池内的雨水，通过无动力缓释装置控制出流速度，保证雨水在池内有足够的停留时间，雨水中的污染物逐步沉淀在延时调节池下部，经过缓释沉淀净化后的上部雨水通过无动力缓释装置匀速释放到雨水管网中，最终汇入河流湖泊；随着上部缓释净化后雨水的出流，延时调节池内的水位逐渐降低；当水位降低到设定高度，自动排污装置启动将延时调节池下部的污染物含量高的雨水排入污水管网，最终进入污水处理厂。

用于处理前期雨水的延时调节池注满后，相对大量的中后期雨水通过分流井中的中后期雨水汇流管进入生物滞留设施。生物滞留设施的设置可根据海绵城市建设指标要求和国家与地方的相关标准确定。相对洁净的中后期雨水对生物滞留设施的土壤、植物等影响较小，能使生物滞留设施可长期稳定运行，景观效果也得以保障，可以稳定实现海绵指标中对雨水水量的有效控制。超过海绵城市建设指标的雨水量通过生物滞留设施内设置的溢流井汇入雨水管网，最终进入河流湖泊等。

上述第（1）步中，分流井入口设置截污格栏，拦截去除雨水中的杂物和大颗粒污染物；

上述第（1）步中，前期雨水汇流管管顶位置与中后期雨水汇流管的管底位置平齐；前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管管道采用耐腐蚀的高分子材料或复合材料，管径尺寸根据流量需求设定。

上述第（1）步中，前期雨水汇流管进入延时调节池的末端设置浮球阀，浮球阀为大通量、无堵塞的塑料浮球阀，尺寸根据流量需求设定；进入延时调节池的雨水达到设定水位位置后，浮球阀自动关闭。

上述第（2）步中，延时调节池采用埋地设置，不占用地表空间，地表空间可以充分利用设置生物滞留设施；延时调节池可以为土建结构的池体、水沟，也可以是管道、成品玻璃钢或塑料水箱、塑料模块水箱等形式。

上述第（2）步中，延时调节池的容积根据雨水径流下垫面的污染程度和汇流面积共同确定。一般污染程度的如屋面、广场等取前期2-4mm降雨量；污染程度较重的如道路、立交桥等取前期6-8mm降雨量；污染严重或有特殊要求的区域取值可根据实际情况确定。

上述第（2）步中，延时调节池内的雨水通过无动力缓释装置严格控制排出水流速，同时无动力缓释装置排水口始终悬浮在水位液面下1-2cm，保证排出水为经过缓释净化的较清洁上层雨水。

上述第（2）步中，延时调节池内设置无动力缓释装置，通过无动力缓释装置严格控制雨水在池内的停留时间。一般延时调节池内雨水匀速排空时间设置为24小时，雨水中污染物的去除率大于80%。也可根据实地情况，由实测结果设定排空时间。

上述第（2）步中，延时调节池内设置无动力自动排污装置。随着上部缓释净化后雨水的出流，延时调节池内的水位逐渐降低。当水位降低到设定高度，自动排污装置启动将下部污染物含量高的雨水排入污水管网，一般排出污水量占延时调节池总蓄水量的15-20%。

上述第（3）步中，生物滞留设施的规模通过海绵城市建设指标中规定的设计降雨量值减去前期雨水设定值计算确定。

上述第（3）步中，生物滞留设施具体形式可以为雨水花园或下凹式绿地，生物滞留设施的设置可以根据国家或地方相关标准实施。

上述第（3）步中，进入生物滞留设施控制的中后期雨水，通过生物滞留设施进行控制。当汇入的雨水量超过海绵城市建设指标要求的控制水量是，超标雨水通过设置在生物滞留设施的溢流井排入雨水管网，最终进入河流湖泊等去处。

本发明具有如下优点：

1、本发明根据实际情况，将径流雨水进行前期和中后期的区分，将污染重的前期雨水和相对清洁的中后期雨水区别对待。雨水按时间上分前期和中后期，不同时期的径流雨水利用具有不同技术优势的设施进行有效控制，提高雨水控制效率，节约投资。

2、本发明根据雨水水质和污染物特性，污染重的前期雨水控污与控量并举，采用管理维护方便、控污能力强的延时调节技术；中后期雨水污染轻主要解决控量问题，采用可有效控量的生物滞留设施。这种工艺可以确保整体海绵设施长期稳定运行，实现海绵城市建设污染物和水量控制指标。

3、本发明根据流量体积法计算前期、中后期的水量，设置相应的延时调节空间和生物滞留设施规模，可做到准确分流分质处理。该工艺能有效的将大部分污染物截留在前期延时调节池，确保后续生物滞留设施的功能、寿命和景观效果，使雨水源头控制设施的能够长期稳定运行，而且设施维护简单、维护低费用低。

4、本发明源头雨水控制工艺因地制宜、实用高效、运用形式多样，可以充分利用地上地下空间，为海绵城市建设设施的有效实施和长期稳定运行提供了一种切实可行的技术解决方案。

5、本发明还可以避免道路融雪水、道路清洗水等污染严重的其它污水(从来源和水量上可等同于前期径流雨水)进入绿地内的生物滞留设施，减少对绿地的污染和破坏；还可以有效降低道路径流污染中重金属污染物在绿地土壤中的累积，减少土壤的重金属污染风险。

附图说明

图1为一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺和系统工艺流程图；

图2为一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺和系统具体实施例平面图；

图3为一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺和系统具体实施例剖面图；

图4为本发明的延时调节池的结构示意图；

图5为本发明的变配重浮动入水装置的立面图；

图6为本发明的变配重浮动入水装置的平面布置图。

1、分流井， 1-1、前期雨水汇流管，1-2、中后期雨水汇流管；

2、延时调节池 ，2-1、浮球阀，2-2、 无动力缓释装置 ，2-3、 自动排污装置，2-4、变配重浮动入水装置，2-5、横向档板，2-6、入水口，2-7入水软管；

3、生物滞留设施， 3-1、溢流井；

4、雨水管网；

5、缓释净化排水管；

6、污水管网；

7、浮体；

8、配重空腔；

9、配重空腔入水口滤网；

10、不锈钢滑动塞。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的设施、部件、材料等的成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。

为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要设施或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的设施或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。

作为本发明的一种示例性实施方式，图2、图3所示为应用在道路径流雨水源头控制的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺和系统，包括以下设施和步骤：

道路路面汇流的径流雨水（如图3中箭头所示，）汇流通过设置在路沿石的立式雨水篦，通过立式雨水篦的雨水进入设置在人行道铺装下的暗沟。

进一步的，汇入人行道暗沟的径流雨水汇入分流井1，分流井内设置前期雨水汇流管1-1和中后期雨水汇流管1-2。前期雨水汇流管1-1通入延时调节池2，中后期雨水汇流管1-2通入生物滞留设施3。

进一步的，前期雨水汇流管1-1的管顶标高齐平与中后期雨水汇流管1-2的管底标高。降雨前期的径流雨水由分流井1中的前期雨水汇流管1-1先进入延时调节池2。

进一步的，进入延时调节池2的前期雨水在池内储存，延时调节池2的容积可以取雨水汇流面积范围内前期8mm的雨水量计算确定。延时调节池2的池体设置在人行道与绿化带的交界处绿化带一侧，延时调节池2延道路方向长条形设置，池体结构地下设置，上部覆土绿化，仅留检修井口与绿化地坪平齐。

进一步的，当进入延时调节池2中的雨水量达到设定液位高度时，设置在前期雨水汇流管1-1进入延时调节池的末端位置的浮球阀2-1自动关闭。

进一步的，设置在延时调节2前期雨水汇流管1-1末端的浮球阀3自动关闭后，后续进入分流井1的中后期雨水只能通过中后期雨水汇流管1-2进入生物滞留设施3。

进一步的，储存在延时调节池2的雨水，通过延时调节池2内设置的无动力缓释装置2-2严格控制出流速度，保证雨水在池内停留时间，雨水匀速排空时间设置为24小时。

进一步的，延时调节池2内的雨水中的污染物逐步沉淀在延时调节池2下部。经过缓释沉淀净化后的上部雨水通过无动力缓释装置2-2匀速释放，通过缓释净化排水管5排放到生物滞留设施3的溢流井3-1中，通过溢流井3-1中的排水管进入雨水管网4，最终汇入河流湖泊。

进一步的，随着上部净化后雨水的出流，延时调节池2内的水位逐渐降低。当水位降低到设定高度，设置在延时调节池2中的自动排污装置2-3启动，将延时调节2下部的污染物含量高的雨水排入污水管网6，最终进入污水处理厂。

当控制前期雨水的延时调节池2注满后，相对清洁的大量中后期雨水通过分流井1中的中后期雨水汇流管1-2进入生物滞留设施。

进一步的生物滞留设施3设置在绿化带内，生物滞留设施的规模通过海绵城市建设指标中规定的设计降雨量值减去前期雨水8mm值计算确定。

进一步的生物滞留设施3使用雨水花园形式，该形式的生物滞留设施可根据国家或地方相关标准实施。相对洁净的中后期雨水对生物滞留设施3的土壤、植物等影响较小，生物滞留设施可稳定运行，景观效果也得以保障，可以长期稳定地实现海绵指标中对雨水水量的有效控制。

进一步的当汇入生物滞留设施3的雨水量超过海绵城市建设指标要求的控制水量时，超标雨水量通过生物滞留设施3内设置的溢流井3-1溢流汇入雨水管网，保障雨水排水安全，最终进入河流湖泊等。

图4为本发明的无动力缓释装置的结构示意图。延时调节池在前期雨水汇流进入的过程中，池内水位逐渐增高；原有无动力缓释装置的入水口一直悬浮在水位液面以下，在水池进水过程中也一直处于工作状态。在延时调节池从开始进水到满水之前的这段时间，由于进水的扰动剧烈，无动力缓释装置排出的雨水不能得到有效沉淀净化，对整体前期雨水的净化效果造成不利影响。而且由于降雨的不规律性，当持续降雨强度较低的情况下，这个过程时间会延长，延时调节池出水水质受到较大影响。

因此，根据本发明的优选实施例，对无动力缓释装置进行了以下改进：

1、在延时调节池满水位高度设置横向档板2-5；

2、结合延时调节工艺实际需求设计无动力缓释装置变配重浮动入水装置。

如图5和图6所示，本发明的无动力缓释装置2-2将原无动力缓释装置的浮球或浮筒去除，保留原无动力缓释装置的入水口2-6和入水软管2-7。变配重浮动入水装置2-4包括浮体7、配重空腔8、配重空腔入水口滤网9、不锈钢滑动塞10；其中浮体7为低密度高分子聚合物，其在水中性质稳定，能够提供足够的浮力。浮体7上部设置配重空腔8，配重空腔8顶部封闭，配重空腔8上部侧边设置配重空腔入水口滤网9，保证水能进入空腔内部。配重空腔8底部开孔，配重空腔8开孔位置下部的浮体相应位置也开通孔。在配重空腔开孔处设置不锈钢滑动塞10，该不锈钢滑动塞下部为锥形结构，重力作用下不锈钢滑动塞10可与配重空腔底部开孔密封，进入配重空腔8的水可以停留在配重空腔8内。不锈钢滑动塞10下部的锥形结构的长度超过浮体7的底部1-2厘米。当整个变配重浮动入水装置碰触到延时调节池底部时，不锈钢滑动塞被向上顶开，破坏了不锈钢滑动塞与配重空腔的密封，保证配重空腔内的存水全部流出。入水口2-6固定在变配重浮动入水装置2-4的两个浮体7之间，入水口2-6由变配重浮动入水装置2-4带动在延时调节池内浮沉。

当延时调节池进水时，变配重浮动入水装置的浮体带动无动力缓释装置的入水口和入水软管向上浮动，无动力缓释装置的入水口在变配重浮动入水装置的浮体浮力作用下始终处于水位液面上部，缓释装置不工作。

当延时调节池进水水位到达设定高度，横向档板2-5限制变配重浮动入水装置停止向上浮动，少量雨水通过设置在配重空腔上部侧边的进水滤网后进入配重空腔中，同时无动力缓释器的入水口也被强制浸没在液面以下，无动力缓释装置开始工作。

延时调节池的水位逐渐降低的过程中，由于配重空腔8中充满水，变配重浮动入水装置浸没深度加深，连接在变配重浮动入水装置上的无动力缓释装置的入水口也始终处于水位液面下部1-2cm，实现缓释出水的工艺要求。

当延时调节池的水位降低到设定高度时，自动排污装置将池内底部的高浓度污水排空。此时，变配重浮动入水装置底部向下碰触到延时调节池池底，变配重器浮动入水装置配重空腔底部设置的不锈钢滑动塞向上运动，将变配重浮动入水装置配重空腔中的存水排出。

当下一次延时调节池进水时，由于变配重浮动入水装置的配重空腔中没有存水，变配重浮动入水装置的浮体带动无动力缓释装置的入水口和入水软管向上浮动，连接在变配重浮动入水装置无动力缓释装置的入水口高于液面，重复以上过程。

Claims (10)

1.一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于所述系统包括分流井，分流井内设置前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管，前期雨水汇流管通入延时调节池，中后期雨水汇流管通入生物滞留设施，前期雨水汇流管末端设置浮球阀，降雨前期的径流雨水由分流井中的前期雨水汇流管进入延时调节池，延时调节池雨水充满后，设置在前期雨水汇流管末端的浮球阀自动关闭，再进入分流井的中后期雨水通过中后期雨水汇流管进入生物滞留设施，延时调节池内设有无动力缓释装置，储存在延时调节池内的雨水，通过无动力缓释装置严格控制出流速度，保证雨水在池内有足够的停留时间，雨水中的污染物逐步沉淀在延时调节池下部。

2.如权利要求1所述的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于，无动力缓释装置排水口始终悬浮在水位液面下1-2cm，保证排出水为经过缓释净化的较清洁上层雨水。

3.如权利要求1所述的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于，分流井入口设置截污格栏，拦截去除雨水中的杂物和大颗粒污染物。

4.如权利要求1所述的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于，前期雨水汇流管管顶位置与中后期雨水汇流管的管底位置平齐；前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管管道采用耐腐蚀的高分子材料或复合材料。

5.如权利要求1所述的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于，前期雨水汇流管进入延时调节池的末端设置浮球阀，浮球阀为大通量、无堵塞的塑料浮球阀，进入延时调节池的雨水达到设定水位位置后，浮球阀自动关闭。

6.如权利要求1所述的一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的系统，其特征在于，所述无动力缓释装置通过入水软管和变配重浮动入水装置连接，延时调节池满水位高度设置与所述变配重浮动入水装置相配合的横向档板，变配重浮动入水装置包括浮体，浮体上部设置配重空腔，配重空腔顶部封闭，配重空腔上部侧边设置配重空腔入水口滤网，配重空腔底部开孔，配重空腔开孔位置下部的浮体相应位置也开通孔，在配重空腔开孔处设置不锈钢滑动塞，该不锈钢滑动塞下部为锥形结构，不锈钢滑动塞在重力作用下可与配重空腔底部开孔形成密封。

7.一种基于延时调节技术的海绵城市雨水源头控制的工艺,其特征在于所述工艺包括以下步骤：

（1）径流雨水汇入分流井，分流井内设置前期雨水汇流管和中后期雨水汇流管，前期雨水汇流管通入延时调节池，中后期雨水汇流管通入生物滞留设施，前期雨水汇流管与中后期雨水汇流管的位置设定要保证先进入的前期雨水先流入延时调节池；

（2）降雨前期的径流雨水由分流井中的前期雨水汇流管进入延时调节池，延时调节池雨水充满后，设置在前期雨水汇流管末端的浮球阀自动关闭，再进入分流井的中后期雨水通过中后期雨水汇流管进入生物滞留设施；

（3）储存在延时调节池内的雨水，通过无动力缓释装置控制出流速度，保证雨水在池内有足够的停留时间，雨水中的污染物逐步沉淀在延时调节池下部，经过缓释沉淀净化后的上部雨水通过无动力缓释装置匀速释放到雨水管网中，最终汇入河流湖泊；随着上部缓释净化后雨水的出流，延时调节池内的水位逐渐降低；当水位降低到设定高度，自动排污装置启动将延时调节池下部的污染物含量高的雨水排入污水管网，最终进入污水处理厂。

8.根据权利要求1所述的基于延时调节技术的雨水源头控制的工艺和系统，其特征在于：所述的步骤2：前期雨水汇流管进入延时调节池的末端设置浮球阀，延时调节池水位达到设定高度后浮球阀自动关闭。

9.根据权利要求1所述的基于延时调节技术的雨水源头控制的工艺和系统，其特征在于：所述的步骤2：延时调节池的容积根据雨水径流下垫面的污染程度和汇流面积共同确定，屋面、广场取前期2-4mm降雨量；道路、立交桥取前期6-8mm降雨量。

10.根据权利要求1所述的基于延时调节技术的雨水源头控制的工艺和系统，其特征在于：所述的步骤2：无动力缓释装置排水口始终悬浮在液面下1-2cm，延时调节池内雨水匀速排空时间设置为24小时，所述的步骤2：延时调节池内设置无动力自动排污装置，排出污水量占延时调节池总蓄水量的15-20%。

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