CN112049185A - 一种多级分布式城市雨水综合利用系统及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级分布式城市雨水综合利用系统及其构建方法。首先该系统根据下垫面类型不同将房屋建筑、道路、绿地划分为若干个独立的雨水收集利用子系统，每个独立雨水收集利用子系统仅需处理该区域内的雨水，形成分布式雨水收集系统，实现源头消峰；接着对超过各独立雨水收集利用子系统储蓄负荷的过量雨水通过管渠、泵站输送至人工湿地等大型调蓄设施，进行水质提升利用；最后实现各独立雨水收集利用子系统连通，将分布单元系统过量雨水排入河流、湖泊等水体进行综合调蓄。本发明不仅降低了集中降水对雨水管网的运行压力，而且提高了雨水分区收集利用效率、净化能力，有利于改善城市水环境。

Description

一种多级分布式城市雨水综合利用系统及其构建方法
技术领域
本发明涉及雨水综合利用技术领域，具体涉及海绵城市雨水综合利用系统及其构建方法。
背景技术
传统城市建设过程中，原本具有涵养水源功能的绿地、湿地、沟渠等区域大部分演化为硬化路面；每逢大雨、暴雨，主要依靠管渠、泵站、下水管网等设施进行排水，无法渗透到地下，造成内涝灾害频发、径流污染严重；而暴雨过后又陷入干燥缺水的窘境。当前城市水生态面临的干旱时期严重缺水与丰雨时期大量雨水外排、排水系统不堪重负的矛盾日益严重。
雨水作为城市水资源的一个重要来源，将雨水收集净化后再利用，既可以减轻城市防洪排涝压力，降低管网工程建设成本；又可以调节、补充区域水资源。城市水综合利用在城市生态建设中具有重要意义，将通过人工净化和自然净化的结合，雨水集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计，从而实现下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，促进雨水资源的利用和生态环境保护。
常规城市雨水收集利用系统以“快速排除”和“末端集中控制”为主要规划设计理念，存在诸多不足之处：(1)雨水收集、雨水净化等功能，没有很好的衔接起各综合功能，不能充分利用雨水资源；(2)天然雨水往往携带大量污染物与生活垃圾，直排雨水至自然环境水体将会加剧自然水体的污染；(3)暴雨时地表径流量大幅提高，市政雨水管网排水能力不足，造成洪涝；(4)常规雨水净化系统都将雨水通过管网集中进行处理，造成净化成本高、运行效率低。
因此，有必要将人工净化和自然净化结合，雨水集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合，开发出一种可以缓解城市雨洪压力，提升城市雨水下渗、净化、利用等综合功能的城市雨水收集利用系统。
发明内容
为了有效缓解城市雨洪压力，提升城市雨水下渗、净化、利用等综合能力，本发明提供一种多级分布式城市雨水综合利用系统及其构建方法。
本发明提供的一种多级分布式城市雨水综合利用系统，包括：
建筑雨水收集单元，用于收集流经建筑物表面的雨水；
建筑雨水净化设施，用于净化所述建筑雨水收集单元收集的雨水；
与所述建筑雨水收集单元连接的建筑雨水储蓄与利用装置，用于对所述建筑雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
道路雨水收集单元，用于收集流经道路表面的雨水；
道路雨水净化设施，用于净化所述道路雨水收集单元收集的雨水；
与所述道路雨水收集单元连接的道路雨水储蓄与利用装置，用于对所述道路雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
绿地雨水收集单元，用于收集流经绿地表面的雨水；
绿地雨水净化设施，用于净化所述绿地雨水收集单元收集的雨水；
与所述绿地雨水收集单元连接的绿地雨水储蓄与利用装置，用于对所述绿地雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
雨水管网，所述建筑雨水储蓄与利用装置、道路雨水储蓄与利用装置、绿地雨水储蓄与利用装置通过所述雨水管网与湖泊或河流连接。
进一步地，所述建筑雨水收集单元包括依次连接的建筑雨水收集面、排水沟和落水筒；所述建筑雨水净化设施包括设置在所述排水沟内的叶片滤网；所述建筑雨水储蓄与利用装置包括地上容器、第一地下容器和第一用水设施，所述地上容器与所述落水筒连接，所述第一地下容器与所述地上容器通过溢流管连接，所述第一用水设施分别与所述地上容器、第一地下容器连接。
进一步地，所述道路雨水收集单元包括道路径流收集面和边沟涵管，所述边沟涵管位于所述路径流收集面一侧且低于所述路径流收集面；所述道路雨水净化设施包括位于所述道路径流收集面与边沟涵管之间的树池过滤带；所述道路雨水储蓄与利用装置包括第二地下容器和第二用水设施，所述第二地下容器与所述边沟涵管连接，所述第二用水设施与所述第二地下容器连接。
进一步地，所述绿地雨水收集单元包括依次连接的绿地径流收集面、导流边沟、涵管、滞留塘和输水管；所述绿地雨水净化设施包括设置在所述导流边沟内的过滤带；所述绿地雨水储蓄与利用装置包括第三地下容器和第三用水设施，所述第三地下容器与所述输水管连接，所述第三用水设施与所述第三地下容器连接。
进一步地，所述地上容器、第一地下容器、第二地下容器和第三地下容器分别为储水池或罐。
本发明提供的一种多级分布式城市雨水综合利用系统的构建方法，包括如下步骤：
S1：确定雨水规划区域范围，划分排水流域、下垫面类型、水文气象条件、当地暴雨强度；
S2：根据各排水流域内下垫面类型划分出建筑区域、道路区域和绿地区域；
S3：根据下垫面类型、水文气象条件、当地暴雨强度进行雨量估算及径流量估算；
S4：根据S3计算结果对S2划分出的区域分别进行雨水收集利用系统规划，分别设置雨水收集单元、雨水净化设施和雨水储蓄与利用装置；
S5：进行雨水管网的定线，确定调蓄系统，将雨水储蓄与利用装置通过雨水管网与湖泊或河流连接。
进一步的，步骤S3的雨量估算包括降雨总量、入渗量、蒸发量、可收集存储量、溢流量。
进一步的，在步骤S4中，根据收集雨水类型、污染物特征，分别设置不同的雨水收集单元、雨水净化设施、雨水储蓄与利用装置。
进一步的，所述雨水净化设施包括干洼地、地下滞留、雨水涵道、保持塘、过滤带、地下过滤沙床、地表过滤沙床、可渗透铺装、过滤树池、滨水缓冲带、人工湿地中的至少一种。
本发明的优点是：
(1)采用分布式雨水收集系统、多级净化系统、多级储蓄利用系统、管渠输水系统的组合，充分利用城市空间开发绿色绿色设施收集、拦蓄、下渗、净化雨水，降低雨水净化成本，消减进入河道的污染物；能够充分从源头拦蓄雨水，缓解雨水管网的冲击负荷，提高暴雨时城市防洪能力，是一种工艺先进可靠、处理效率高、运行管理方法的城市雨水综合利用系统；
(2)采用分布式雨水收集、多级拦蓄、下渗、净化和多级储蓄利用的组合方法，能够充分利用分布式雨水单元，根据雨水类型污染物特征通过城市绿色生态拦蓄净化设施科学组合，实现雨水水质分布提升，降低雨水净化处理成本；雨水的逐级拦蓄与利用，沿程下渗补给地下水，缓解了雨水管网的冲击负荷，提高了暴雨时城市防洪能力；
(3)根据区域地形、城市布局和雨水特点，构建出一种分布式城市雨水综合处理利用系统，提供了缓解城市内涝、实现雨水径流资源化利用的途径；其合理利用城市空间开发绿色生态拦蓄净化设施，能够提升水质、补给地下水、减少径流、消减洪峰，美化环境等，从而实现城市环境生态发展。
附图说明
图1为多级分布式城市雨水综合利用系统原理示意图；
图2为建筑雨水收集利用系统操作实例布置图；
图3为道路雨水收集利用系统操作实例布置图；
图4为绿地雨水收集利用系统操作实例布置图；
图5为分布式雨水收集单元与雨水管网布置图；
附图标记解释：1-1屋面径流收集面、1-2有叶片滤网的排水沟、1-3落水筒、1-4连接管道、1-5地上容器、1-6第一地下容器、1-7三通控制阀、1-8溢流管、1-9第一用水设施、1-10排污阀；2-1道路径流收集面、2-2流侧石、2-3边沟涵管、2-4树池过滤带、2-5第二地下容器、2-6溢流管、2-7第二用水设施；3-1绿地径流收集面、3-2有过滤带的导流边沟、3-3涵管、3-4绿地低洼处的滞留塘、3-5输水管、3-6溢流管、3-7第三地下容器、3-8第三用水设施；4-1雨水储蓄与利用装置、4-2雨水支管、4-3雨水主管、4-5自然湖泊、4-4自然河流。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件部分，按照本领域内文献所描述的技术或条件进行。
本发明涉及一种多级分布式城市雨水综合利用系统及其构建方法，首先该系统将房屋建筑、道路、绿地划分为独立的雨水拦蓄利用子单元系统，形成分布式雨水收集利用子系统，实现源头消峰；接着对超过各子单元系统雨水储蓄负荷的过量雨水通过管渠、泵站输送至人工湿地等大型调蓄设施，进行水质提升再利用；最后实现各雨水单元系统水系连通，将各分布式雨水收集利用子系统过量雨水排入河流、湖泊等水体进行综合调蓄。
实施本发明的多级分布式城市雨水综合利用系统，能针对不同类型、不同污染物特征的雨水进行不同进化处理，并因地制宜的进行回收利用，以实现从源头进行拦蓄净化利用，消减洪峰。
图1为本发明的一种多级分布式城市雨水综合利用系统原理示意图。如图1所示，所述分布式雨水收集利用子系统包括建筑雨水收集单元、道路雨水收集单元、绿地雨水收集单元；所述建筑雨水收集单元依次连接建筑雨水净化设施、建筑雨水储蓄与利用装置；所述道路雨水收集单元依次连接道路雨水净化设施、道路雨水储蓄与利用装置；所述绿地雨水收集单元依次连接绿地雨水净化设施、绿地雨水储蓄与利用装置；所述各雨水收集利用子系统末端均连接有雨水管网，可将过量雨水排入自然河湖水体。
在本发明的优选实施例中，所述建筑、道路、绿地雨水收集净化利用子系统可以采用本领域中已有的任何工程设施，包括连接管路、储水池或罐、沉沙池、干洼地、地下滞留、雨水涵道、保持塘、过滤带、地下过滤沙床、地表过滤沙床、可渗透铺装、树池过滤、滨水缓冲带、人工湿地等。
以下结合图2-5对本发明中优选的多级分布式城市雨水综合利用系统进行说明。
图2为本发明中优选的建筑雨水收集利用子系统操作实例布置图。如图2所示，该建筑雨水收集利用子系统包括屋面径流收集面1-1、有叶片滤网的排水沟1-2、落水筒1-3、地上容器1-5、连接管道1-4、第一地下容器1-6、三通控制阀1-7、溢流管1-8、用水设施1-9、排污阀1-10。
由于建筑雨水本身较为清洁，污染物较少，雨水经过有叶片滤网的排水沟1-2、落水筒1-3可以直接输送至地上容器1-5。地上容器1-5兼具沉沙净水作用，地上容器1-5底部侧边设置排污阀1-10用于定期进行地上容器1-5内清洗排污。另外，根据储水量需求可布置更多的地下容器并连接到用水设施，多余水量可通过溢流支管1-8排出。
图3为本发明中优选的道路雨水收集利用子系统操作实例布置图。如图3所示，该建筑雨水收集利用子系统包括道路径流收集面2-1、流侧石2-2、有叶片滤网的边沟涵管2-3、树池过滤带2-4、第二地下容器2-5、溢流管2-6、用水设施2-7。
由于道路雨水中可能含砂石、树叶、汽油残留等污染物，可以在路边设置有叶片滤网的边沟涵管2-3，收集雨水；其次道路绿化带可采用有过滤净化水体功能的树池过滤带2-4。第二地下容器2-5可以每隔一段距离布置一个在树池过滤带下方，并连接用水设施2-7，直接用水该区域绿化灌溉等。
图4为本发明中优选的绿地雨水收集利用子系统操作实例布置图。如图4所示该绿色雨水收集利用子系统包括绿地径流收集面3-1、有过滤带的导流边沟3-2、涵管3-3、绿地低洼处的滞留塘3-4、输水管3-5、溢流管3-6、第三地下容器3-7、用水设施3-8。
由于绿地雨水中可能含有较多泥土、腐殖质等污染物，该区域应该优先满足雨水下渗补充地下水，地表径流由绿草地边缘有过滤带的导流边沟3-2汇集，经涵管3-3或旱溪输送至绿地低洼处的滞留塘进行沉淀净化，后期雨水再由涵管3-3保存到第三地下容器3-7中，雨水可用于绿地的日常灌溉、景观用水等。
图5为本发明中分布式雨水收集单元与雨水管网布置图。上述各雨水储蓄与利用装置4-1的溢流管(溢流管1-8、溢流管2-6、溢流管3-6)通过雨水支管4-2连接到雨水主管4-3，将过量雨水输送至自然湖泊4-5或自然河流4-4中。
各雨水收集利用子系统的收集、净化和利用装置，本领域技术人员可根据现场情况选有科学组合方式对其进行适当重构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种多级分布式城市雨水综合利用系统，包括：
建筑雨水收集单元，用于收集流经建筑物表面的雨水；
建筑雨水净化设施，用于净化所述建筑雨水收集单元收集的雨水；
与所述建筑雨水收集单元连接的建筑雨水储蓄与利用装置，用于对所述建筑雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
道路雨水收集单元，用于收集流经道路表面的雨水；
道路雨水净化设施，用于净化所述道路雨水收集单元收集的雨水；
与所述道路雨水收集单元连接的道路雨水储蓄与利用装置，用于对所述道路雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
绿地雨水收集单元，用于收集流经绿地表面的雨水；
绿地雨水净化设施，用于净化所述绿地雨水收集单元收集的雨水；
与所述绿地雨水收集单元连接的绿地雨水储蓄与利用装置，用于对所述绿地雨水净化设施净化后的雨水进行储蓄并回收利用；
雨水管网，所述建筑雨水储蓄与利用装置、道路雨水储蓄与利用装置、绿地雨水储蓄与利用装置通过所述雨水管网与湖泊或河流连接。
2.根据权利要求1所述的多级分布式城市雨水综合利用系统，其特征在于：所述建筑雨水收集单元包括依次连接的建筑雨水收集面、排水沟和落水筒；所述建筑雨水净化设施包括设置在所述排水沟内的叶片滤网；所述建筑雨水储蓄与利用装置包括地上容器、第一地下容器和第一用水设施，所述地上容器与所述落水筒连接，所述第一地下容器与所述地上容器通过溢流管连接，所述第一用水设施分别与所述地上容器、第一地下容器连接。
3.根据权利要求2所述的多级分布式城市雨水综合利用系统，其特征在于：所述道路雨水收集单元包括道路径流收集面和边沟涵管，所述边沟涵管位于所述路径流收集面一侧且低于所述路径流收集面；所述道路雨水净化设施包括位于所述道路径流收集面与边沟涵管之间的树池过滤带；所述道路雨水储蓄与利用装置包括第二地下容器和第二用水设施，所述第二地下容器与所述边沟涵管连接，所述第二用水设施与所述第二地下容器连接。
4.根据权利要求3所述的多级分布式城市雨水综合利用系统，其特征在于：所述绿地雨水收集单元包括依次连接的绿地径流收集面、导流边沟、涵管、滞留塘和输水管；所述绿地雨水净化设施包括设置在所述导流边沟内的过滤带；所述绿地雨水储蓄与利用装置包括第三地下容器和第三用水设施，所述第三地下容器与所述输水管连接，所述第三用水设施与所述第三地下容器连接。
5.根据权利要求4所述的多级分布式城市雨水综合利用系统，其特征在于：所述地上容器、第一地下容器、第二地下容器和第三地下容器分别为储水池或罐。
6.一种多级分布式城市雨水综合利用系统的构建方法，包括如下步骤：
S1：确定雨水规划区域范围，划分排水流域、下垫面类型、水文气象条件、当地暴雨强度；
S2：根据各排水流域内下垫面类型划分出建筑区域、道路区域和绿地区域；
S3：根据下垫面类型、水文气象条件、当地暴雨强度进行雨量估算及径流量估算；
S4：根据S3计算结果对S2划分出的区域分别进行雨水收集利用系统规划，分别设置雨水收集单元、雨水净化设施和雨水储蓄与利用装置；
S5：进行雨水管网的定线，确定调蓄系统，将雨水储蓄与利用装置通过雨水管网与湖泊或河流连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤S3的雨量估算包括降雨总量、入渗量、蒸发量、可收集存储量、溢流量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在步骤S4中，根据收集雨水类型、污染物特征，分别设置不同的雨水收集单元、雨水净化设施、雨水储蓄与利用装置。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述雨水净化设施包括干洼地、地下滞留、雨水涵道、保持塘、过滤带、地下过滤沙床、地表过滤沙床、可渗透铺装、过滤树池、滨水缓冲带、人工湿地中的至少一种。
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