CN111792734B - 一种多级全过程海绵雨水生物滞留池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，从高到低设置有多级阶梯滞留池，每级滞留池设置有多层填料层，多层填料层不同层级的填料透水系数从上到下依次递减，生物滞留池内水流同时呈现水平方向和垂直方向流动；每级滞留池最下层的填料层底部和相邻下一级滞留池位于同一水平高度的填料层中设置有布水管道，布水管道位于每级滞留池最下层的填料层底部的开口朝下，位于相邻的下一级滞留池填料层中的开口朝上。本发明的技术方案解决了现有生物滞留池易堵塞、截污效果不理想等问题；本发明中生物滞留池适用于道路、广场、公园、小区等的海绵设施建设，可搭配景观设计实现功能与景观的有机结合。

Description

一种多级全过程海绵雨水生物滞留池

技术领域

本发明涉及海绵城市及市政工程技术领域，尤其涉及一种多级全过程海绵雨水生物滞留池。

背景技术

随着我国城市化的飞速发展，市政交通硬化路面逐渐取代了传统的土石路面，地表径流性质改变，直接阻绝了城市与自然生态系统间的水循环，加之全球极端天气频现，导致城市内涝灾害频发，使我国城市排水系统面临前所未有的挑战。″海绵城市″理念的提出和实施是解决内涝灾害、面源污染和生态系统破环等问题的关键方案，它是基于低影响开发技术的基础上发展的适合我国国情的新兴技术，其中生物滞留池又是低影响开发措施中普遍采用的一种技术手段。

生物滞留池一般设置在地势较低的区域，是一种采用分散方法通过植物、土壤和生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施，是一种从源头削减雨水和控制污染物迁移的措施。但是目前由于传统生物滞留池内部和工艺设计存在一定的不足，地表径流携带泥沙和腐殖质进入生物滞留池会对滞留池产生堵塞，导致储水和净化功能的丧失；同时生物滞留池的净化功能也会因植物随生长季节的变化而受影响。

发明内容

本申请通过提供一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，用于解决现有技术中存在的由于地表径流携带泥沙和腐殖质进入生物滞留池中，对滞留池产生堵塞造成的储水和净化功能丧失的问题，同时也解决了生物滞留池的净化功能会因植物随生长季节的变化而受影响的问题。

本申请具体提供了一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，从高到底设置有多级阶梯滞留池，每级滞留池设置有多层填料层，多层填料层的不同层级的填料透水系统从上到下依次递减，生物滞留池内水流同时呈现水平方向和垂直方向流动；每级滞留池最下层的填料层底部和相邻下一级滞留池位于同一水平高度的填料层中设置有相连通的布水管道，所述布水管道位于每级滞留池最下层的填料层底部的部分开口朝下，位于相邻的下一级滞留池填料层中的部分开口朝上。

首先设计一种多级阶梯滞留池，每级滞留池都设置有多层填料层，多层填料层的不同层级的填料透水系统从上到下依次递减，相比现有技术中单层生物滞留池和单纯依靠植物吸附的滞留池，本申请中的滞留池可以使雨水中的污染物依次通过多层填料和微生物的吸附；同时每级滞留池的最下层填料层底部与下一级滞留池的填料层又设置有相连通的布水管道，雨水通过布水管道流入下一级滞留池后，雨水中残留的污染物又会重新被填料和污染物吸附。因此本申请中生物滞留池的设计延长了雨水在滞留池中的停留时间，使雨水中的污染物多次被填料和微生物吸附，提高了滞留池的截污能力和净化功能。

另一方面多层填料层的不同层级的填料透水系数从上到下依次递减，雨水在下沉过程中携带的大颗粒污染物如腐殖质、泥沙等被填料层拦截，在提高净化效果的同时可以解决污染物对滞留池产生的堵塞问题。此外用于连通两级滞留池的布水管道在每级滞留池第三层填料层中的开口朝下，可以有效防止泥沙堵塞，在相邻下一级滞留池填料层中开口朝上，可以有效利用每级水位压力，输水的同时对下一级滞留池填料层内部产生扰动，进一步缓解存在的堵塞问题。

进一步的，本申请中设计滞留池最高一层长度方向远离相邻下一级滞留池的一侧设置为进水侧，滞留池的长宽比小于4∶1，以保证滞留池中水流的垂直流动。由于多层填料层中不同层级的填料透水系数从上到下一次递减，雨水下沉速度会依次减慢，滞留池长宽比比较大时，会导致雨水水平方向流动快，垂直方向流动不足，不能对雨水起到充分的净化效果。

进一步的，本申请设计从高到低设置的滞留池的级别随高度依次下降而逐级递增，不同级的滞留池同一层别填料材质相同，同一层别填料粒径随滞留池级别依次递增而逐级递减。由于雨水中的污染物主要为地面的泥沙以及植物的腐殖质，为达到对雨水有效的净化，在不同级的同层滞留池中采用相同材质的填料，可以对上一级滞留池未能完全净化的污染物进行进一步的吸附净化，同时逐级递减的填料粒径也进一步提高了对雨水的净化效果。

为实现滞留池对雨水的净化效果，同时保证合理的净化效率，优选的，本申请设计多层填料层为3层，从高到低依次为第一层、第二层、第三层，第一层填料为卵石，第二层填料为轻质填料，第三层填料为砾石。

进一步的，本申请定义位于最高位置处的滞留池为第一级滞留池，所述第一级滞留池中的卵石粒径为25mm-30mm，滞留池每增加一级时，置于新增滞留池中的卵石粒径递减5mm；所述第一级滞留池中的轻质填料粒径为12mm-15mm，滞留池每增加一级时，置于新增滞留池中的轻质填料粒径递减3mm；第一级滞留池中的砾石粒径为6mm-8mm，滞留池每增加一级时，置于新增滞留池中的砾石粒径递减2mm。

进一步的，本申请设计对于年降水量大于800mm的区域，每级滞留池第三层的填料层底部和相邻下一级滞留池第一层的填料层通过布水管道相连接，布水管道为穿孔管。

年降水800mm以上为湿润地区，雨水水量较多且频繁，雨水在滞留池中下沉较快较急，留存时间较短，净化效果较差，因此在此区域的多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池的第三层填料层底部与相邻下一级滞留池第一层填料层通过布水管道相连接，第一可以延长雨水在滞留池中的时间，第二可以使未充分净化就流入下一级滞留池中的雨水可以从透水系数最大的填料层开始净化，避免雨水携带大量泥沙或腐殖质造成下级滞留池堵塞的情况，提高滞留池的净化效果。

同时布水管道设计为穿孔管，雨水从每级滞留池的第三层填料层通过穿孔管流向相邻下一级滞留池第一层填料层底部，可以利用每级滞留池中的水位压力，使雨水在下一级滞留池中通过多孔洞涌出时对填料产生较大的搅动，缓解污染物在填料层积累堵塞的问题。

进一步的，本申请设计对于年降水量小于800mm的区域，每级滞留池第三层的填料层底部和相邻下一级滞留池第二层的填料层通过布水管道相连接，布水管道为穿孔管。

年降水800mm以下为少雨地区，雨水在滞留池中下沉相对缓慢，留存时间较长，净化效果较好，因此在此区域的多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池第三层的填料层底部和相邻下一级滞留池第二层的填料层通过布水管道相连接。该连接方式可以使得流入下一级滞留池的雨水可以从第二层填料层开始净化，节约时间，提高了净化的速度，同时这种连接方式相比之下建造简单，成本低。

进一步的，本申请设计在年降水800mm以上的区域，滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层顶端设有可开闭阀门，第二层底端设有出水装置，所述出水装置从第二层底端进水，出水口位置高于进水口位置。

当地表降水径流较小时，同级别各层别透水满足要求，生物滞留池中收集雨水从底层流出，第一层与第二层不出水，当地表降水径流较大时，初期含污染物较多的雨水首先依次从顶部进入滞留池底部缓慢流动，而由于透水系数不满足径流要求，后期含污染物较少雨水根据水量会依次或同时从第二层和第一层排出。

第一层顶部可开闭阀门与下一级第一层存在落差，第二层出水装置的出水口与下一级第一层也存在一定落差，在一定的水压力下可实现跌水曝气的效果，为滞留池中的需氧微生物供氧，也可实现景观效果。

进一步的，本申请设计在年降水800mm以下的区域，在滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层顶端设有可开闭阀门，以确保偶尔地表降水径流较大时，初期含污染物较多的雨水首先依次从顶部进入滞留池底部缓慢流动，而由于透水系数不满足径流要求，后期含污染物较少的雨水可以从第一层排出，避免雨水未经净化直接溢流。

进一步的，本申请设计每级滞留池的填料层层数相等，所述填料层每层层高相等，所述层高为300mm-400mm。为便于滞留池设计、建造，节约时间和成本，每级滞留池的填料层层数相等，填料层每层层高均相等。

有益效果

本申请实施例中由于采用了一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，所以有效解决了现有技术中存在的由于地表径流携带泥沙和腐殖质进入生物滞留池中，对滞留池产生堵塞造成的储水和净化功能丧失的问题，同时也解决了生物滞留池的净化功能会因植物随生长季节的变化而受影响的问题，进而达到了如下技术效果：

1、本发明采用类多级人工湿地结构，根据雨水水质进行优化，采用多级阶梯型和多层填料层的生物滞留池设计，有效延长雨水在生物滞留池的停留时间，有利于填料和微生物吸附初期雨水中的污染物，提高了生物滞留池的截污效果和净化功能。

2、本发明根据填料的透水特性合理设计填料层的填料和填料规格，可显著提高生物滞留池的截污效率，缓解了滞留池中污染物堵塞的情况。

3、本发明通过在每级滞留池最下层与下一级相邻滞留池同一水平高度的填料层中设置相连通的布水管道，有效利用本级滞留池中的水位压力，输水的同时对下一级滞留池填料层内部产生扰动，进一步缓解了滞留池中污染物堵塞的情况。

4、本发明适用于道路排水、广场排水以及小区排水等，可搭配景观设计，实现功能与环境的有机结合。

5、本发明中滞留池根据降水量的不同设计有不同的连接方式，因地制宜，便于建造降低成本。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明在年降水量大于800mm区域的连接方式结构图。

图2为本发明在年降水量大于800mm区域的景观设计结构图。

图3为本发明扇形景观设计结构图。

图4为本发明在年降水量小于800mm区域的连接方式结构图。

1、第一级；2、第二级；3、第三级；4、第一层；5、第二层；6、第三层；7、阀门；8、出水装置；9、穿孔管；10、截污格栅；11、溢流口。

具体实施方式

本申请实施例提供一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，通过设计一种多级阶梯滞留池，每级滞留池都设置有多层填料层，且每级滞留池均与下一级滞留池相通，这种设计可以有效延长雨水在滞留池中的停留时间，有利于填料和微生物充分吸附雨水中的污染物，提高滞留池的净化功能。另一方面多层填料层的不同层级的填料透水系数从上到下依次递减，雨水在下沉过程中携带的大颗粒污染物如腐殖质、泥沙等被填料层拦截，在提高净化效果的同时可以解决污染物对滞留池产生的堵塞问题。此外用于连通两级滞留池的布水管道在每级滞留池最底层填料层中的开口朝下，可以有效防止泥沙堵塞，在相邻下一级滞留池填料层中的开口朝上，可以有效利用每级水位压力，输水的同时对下一级滞留池填料层内部产生扰动，进一步缓解存在的堵塞问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图1所示，本申请具体提供了一种多级全过程雨水海绵生物滞留池，从高到底设置有三级阶梯滞留池，位于最高位置处的滞留池为第一级1、位置往下依次为第二级2、第三级3，每级滞留池设置有三层填料层，从高到低依次为第一层4、第二层5、第三层6，多层填料层的不同层级的填料透水系统从上到下依次递减，生物滞留池内水流同时呈现水平方向和垂直方向流动；每级滞留池最下层的填料层底部和相邻下一级滞留池位于同一水平高度的填料层中设置有布水管道，布水管道位于每级滞留池最下层的填料层底部的开口朝下，位于相邻的下一级滞留池填料层中的开口朝上。

首先设计一个三级阶梯滞留池，每级滞留池都设置有三层填料层，三层填料层的不同层级的填料透水系统从上到下依次递减，相比现有技术中单层生物滞留池，本申请中的滞留池可以使雨水中的污染物依次通过多层填料和微生物的吸附；同时每级滞留池的第三层填料层底部与相邻下一级滞留池的填料层又设置有相连通的布水管道，雨水通过布水管道流入下一级滞留池后，雨水中的污染物又会重新被填料和污染物吸附。因此本申请中生物滞留池的设计延长了雨水在滞留池中的停留时间，使雨水中的污染物多次被填料和微生物吸附，提高了滞留池的截污能力和净化功能。

另一方面考虑到雨水径流的污染物主要为地面的泥沙以及植物的腐殖质等，三层填料层的不同层级的填料透水系数从上到下依次递减，雨水在下沉过程中携带的大颗粒污染物如腐殖质、泥沙等被填料层拦截，在提高净化效果的同时可以解决污染物对滞留池产生的堵塞问题。此外用于连通两级滞留池的布水管道在每级滞留池最下层的填料层底部的开口朝下，可以有效防止泥沙堵塞，在相邻下一级滞留池填料层中的开口朝上，可以有效利用每级水位压力，输水的同时对下一级滞留池填料层内部产生扰动，进一步缓解存在的堵塞问题。

具体实施时，本申请中设计滞留池最高一层即第一级1滞留池的第一层4的长度方向远离相邻下一级滞留池的一侧设置为进水侧，滞留池的长宽比小于4∶1，以保证滞留池中水流的垂直流动。

由于三层填料层中不同层级的填料透水系数从上到下一次递减，雨水下沉速度会依次减慢，滞留池长宽比较大时，雨水水平方向流动快，垂直方向流动不足，不能对雨水起到充分的净化效果。

具体实施时，本申请设计不同级的滞留池同一层别填料材质相同，同一层别填料粒径随滞留池级别依次递增而逐级递减以调节透水系数。

由于雨水中的污染物主要为地面的泥沙以及植物的腐殖质，为达到对雨水有效的净化，在不同级的同层滞留池中采用相同材质的填料，可以对上一级滞留池未能完全净化的污染物进行进一步的吸附净化，同时逐级递减的填料粒径也进一步提高了对雨水的净化效果。

为实现滞留池对雨水的净化效果，同时保证合理的净化效率，优选的，本申请具体实施时设计三层填料层中第一层4的填料为卵石，第二层5的填料为轻质填料，第三层6的填料为砾石。优选地，轻质填料为轻质陶粒。

具体实施时，本申请第一级1第一层4滞留池中的卵石粒径为25mm-30mm，第二级2第一层4滞留池中的卵石粒径为20mm-25mm，第三级3第一层4滞留池中的卵石粒径为15mm-20mm；第一级1第二层5滞留池中的轻质陶粒粒径为12mm-15mm，第二级2第二层5滞留池中的轻质陶粒粒径为9mm-12mm，第三级3第二层5滞留池中的轻质陶粒粒径为6mm-9mm；第一级1第三层6滞留池中的砾石粒径为6mm-8mm，第二级2第三层6滞留池中的砾石粒径为4mm-6mm，第三级3第三层6滞留池中的砾石粒径为2mm-4mm。

具体实施时，本申请设计对于年降水量大于800mm的区域，生物滞留池第一级1第三层6的底部与第二级2第一层4的底部通过穿孔管9相连接，第二级2第三层6的底部与第三级3第一层4的底部通过穿孔管9相连接。

年降水800mm以上为湿润地区，雨水水量较多且频繁，雨水在滞留池中下沉较快较急，留存时间较短，净化效果较差，因此在此区域的多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池的第三层6填料层底部与相邻下一级滞留池第一层4填料层底部相连接，第一可以延长雨水在滞留池中的时间，第二可以使未充分净化就流入下一级滞留池中的雨水可以从透水系数最大的填料层开始净化，避免雨水携带大量泥沙或腐殖质造成下级滞留池堵塞的情况，提高滞留池的净化效果。

同时布水管道设计为穿孔管9，雨水从每级滞留池的第三层6填料层通过穿孔管9流向相邻下一级滞留池第一层4填料层底部，可以利用每级滞留池中的水位压力，使雨水在下一级滞留池中通过多孔洞涌出时对填料产生较大的搅动，缓解污染物在填料层积累堵塞的问题。

具体实施时，本申请设计滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层4顶端设有可开闭阀门7，第二层5底端设有出水装置8，所述出水装置8从第二层5底端进水，出水口位置高于进水口位置。

当地表降水径流较小时，同级别各层别透水满足要求，生物滞留池中收集的雨水从底层流出，第一层4与第二层5不出水，当地表降水径流较大时，初期含污染物较多的雨水首先依次从顶部进入滞留池底部缓慢流动，而由于透水系数不满足径流要求，后期含污染物较少雨水根据水量会依次或同时从第二层5和第一层4排出。

第一层4顶部可开闭阀门7与下一级第一层4存在落差，第二层5出水装置8的出水口与下一级第一层4也存在一定落差，在一定的水压力下可实现跌水曝气的效果，为滞留池中的需氧微生物供氧，也可实现景观效果。

具体实施时，本申请设计每级滞留池的填料层每层层高相等，每一级生物滞留池尺寸一致，长为4.5m，宽为1.5m，层高为320mm。便于滞留池设计、建造，节约时间和成本。

具体实施时，本申请设计生物滞留池的进水侧设置一悬挂式截污格栅10，用于截留地表的大颗粒污染物和腐殖质等，避免对生物滞留池造成堵塞，这种设计也便于清理。

实施例2

如图2、图3所示，与实施1不同之处在于：具体实施时，当滞留池沿弧形的花园阶梯设置时，滞留池为扇形结构，每级生物滞留池的第一层4同时作为种植层，可种植观赏性植物以提升景观效果，且在滞留池相对进水侧的另一侧的第一层4顶端设置溢流口11，营造溢流效果。

扇形结构的滞留池、第一层4的种植层、第一层4的溢流口11营造的溢流效果和第二层5的出水装置8的出水口营造的跌水曝气效果均可以使生物滞留池在满足对雨水净化的前提下满足对景观的需求。

实施例3

如图4所示，与实施1不同之处在于：具体实施时，当生物滞留池设置在年降水量小于800mm的区域，生物滞留池的第一级1第三层6的底部与第二级2第二层5的底部通过穿孔管9相连接；第二级2第三层6的底部与第三级3第二层5的底部通过穿孔管9相连接。

年降水800mm以下为少雨地区，雨水在滞留池中下沉相对缓慢，留存时间较长，净化效果较好，因此在此区域的多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池第三层6的填料层底部和相邻下一级滞留池第二层5的填料层底部相连接。该连接方式可以使得流入下一级滞留池的雨水可以从第二层5填料层开始净化，节约时间，提高了净化的速度，同时这种连接方式相比之下建造简单，成本低。

具体实施时，在滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层4顶端设置可开闭阀门7，以确保偶尔地表降水径流较大时，初期含污染物较多的雨水可以依次从第一层4向第三层6缓慢流动，而当透水系数不满足径流要求，后期含污染物较少的雨水可以从第一层4排出，避免雨水未经净化直接溢流。

显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的″第一″、″第二″以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的″一个″″一″或者″该″等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

Claims (8)

1.一种多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：

从高到低设置有多级阶梯滞留池，每级滞留池设置有多层填料层，所述多层填料层不同层级的填料透水系数从上到下依次递减，所述滞留池内水流同时呈现水平方向和垂直方向流动；

每级滞留池最下层的填料层底部和相邻下一级滞留池位于同一水平高度的填料层中设置有相连通的布水管道，所述布水管道位于每级滞留池最下层的填料层底部的开口朝下，位于相邻的下一级滞留池填料层中的开口朝上；

所述多层填料层为3层，从高到低依次为第一层、第二层、第三层，所述填料第一层为卵石，第二层为轻质填料，第三层为砾石；

当年降水量大于800mm时，所述多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池第三层的填料层底部和相邻下一级滞留池第一层的填料层相连接；

当年降水量小于800mm时，所述多级阶梯滞留池的连接方式为：每级滞留池第三层的填料层底部和相邻下一级滞留池第二层的填料层相连接。

2.如权利要求1所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：所述滞留池最高一层长度方向上远离相邻下一级滞留池的一侧设置为进水侧，所述滞留池长宽比小于4:1。

3.如权利要求2所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：定义从高到低设置的滞留池的级别随高度依次下降而逐级递增，不同级的滞留池同一层别填料材质相同，同一层别填料粒径随滞留池级别依次递增而逐级递减。

4.如权利要求3所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：定义位于最高位置处的滞留池为第一级滞留池，所述第一级滞留池中的卵石粒径为25mm-30mm，滞留池每增加一级时，新增滞留池中的卵石粒径递减5mm；所述第一级滞留池中的轻质填料粒径为12mm-15mm，滞留池每增加一级时，新增滞留池中的轻质填料粒径递减3mm；第一级滞留池中的砾石粒径为6mm-8mm，滞留池每增加一级时，新增滞留池中的砾石粒径递减2mm。

5.如权利要求3所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：所述布水管道为穿孔管。

6.如权利要求3所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：所述滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层顶端设有可开闭阀门，第二层底端设有出水装置，所述出水装置从第二层底端进水，出水口位置高于进水口位置。

7.如权利要求3所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：所述滞留池上相对进水侧的另一侧的第一层顶端设有可开闭阀门。

8.如权利要求1-7任一项所述的多级全过程海绵雨水生物滞留池，其特征在于：所述每级滞留池的填料层每层层高相等，所述层高为300mm-400mm。

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