CN112144633B - 一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，包括由上到下依次设置的蓄水层(1)、覆盖层(2)、种植土壤层(3)、透水土工布(4)、人工填料(5)、砂层(6)、砾石层(7)、防水膜(8)和素土夯实(9)；所述的砾石层(7)内设有穿孔排水管(10)和穿孔曝气管(12)，所述的穿孔排水管(10)和穿孔曝气管(12)分别连接至一蓄水池(16)。与现有技术相比，本发明具有防堵塞、渗透性强、对雨水的净化能力强、使用和维护简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及雨水花园技术领域，具体涉及一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统。
背景技术
“海绵城市”是指城市能像海绵一样，在适应环境变化及应对自然灾害等方面拥有良好的“弹性”，下雨时能吸水、蓄水、渗水、净水，需要时再将蓄存的水“释放”并利用。其本质是利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等手段措施对城市降雨径流进行水量控制、峰值削减、污染削减和资源化利用。即在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在城市雨洪资源管理的措施中，雨水花园不但可以拦蓄雨水、消减洪峰，还可以通过土壤过滤与吸附、植物吸收、微生物反应等作用净化水质并直接将雨水补充地下水，因此雨水花园成为城市雨洪资源管理中的最佳管理措施(BMPs)之一，应用日益广泛。
雨水花园指在人工挖掘的浅凹绿地中，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流，是一种生态可持续的雨洪控制和雨水利用设施。被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水，或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水。雨水花园主要作用是：减少雨水径流量、削减峰值流量；净化雨水径流水质，减少径流污染；促进雨水下渗，涵养回补地下水；美化环境，具有一定的社会效益和经济效益。
近年来，国内外对雨水花园做了大量的研究。CN04982249B公开了一种用于马路中间绿化带的雨水花园，包括种植层、营养土层、碎石层和透气防渗砂层，雨水花园设置在由路缘石构成的绿化带内，路缘石上有排水孔，路面上的积水能够通过路缘石上的排水孔排至雨水花园内的碎石层内，解决了降雨量过大路面形成积水无法排放的问题；另外在雨水花园的底层增加了透气防渗砂层，能够防止植物烂根，同时，还可以防止进入雨水花园内的雨水渗入地下。CN107642202B公开了一种利用结构梁板进行雨水蓄滞和自动浇灌的雨水花园，包括种植过滤层、结构渗蓄层、雨水自动浇灌系统和雨水蓄滞自动调蓄系统。该发明利用建筑物的顶板结构体系，在种植过滤层表面设置大面积的覆土花园绿地，提供充足的雨水渗滞面积；通过潜水泵与雨水灌溉管网系统进行绿地浇灌，实现雨水循环再利用。
现有的雨水花园技术仍存在着以下不足：对雨水，尤其是初期雨水地表径流中含有的有机污染物及氮磷等的去除能力有限；在实际使用过程中，地面上的一些轻质杂物或者沙石、固体杂物，很容易随着雨水流到雨水花园内，在渗透过程中易造成透水面层堵塞，从而导致透水性能下降，需要进行及时的冲洗维护且维护难度较大；雨水花园的种植土层和人工填料层渗透性较差，雨水花园总体结构的渗透性不强。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，防堵塞，渗透性强，对雨水的净化能力强，使用和维护简单。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，包括由上到下依次设置的蓄水层、覆盖层、种植土壤层、透水土工布、人工填料、砂层、砾石层、防水膜和素土夯实；所述的砾石层内设有穿孔排水管和穿孔曝气管，所述的穿孔排水管和穿孔曝气管分别连接至一蓄水池。
所述的雨水花园系统接纳所汇集雨水前，初期雨水需进入弃流井弃流外排进行单独处理，或排入市政污水管网、雨污合流管网由污水处理厂进行集中处理，以减少初期雨水高浓度污染物对雨水花园系统的负担。雨水管先流经弃流井，井内设液位浮球开关控制进水口阀门，弃流井满井后自动关闭进水口阀门，雨水从雨水管继续流至雨水花园系统蓄水层。
所述的初期雨水弃流井为一种容积法弃流井，其按6～8mm径流厚度计算降雨初期径流量设计容积，井内设液位浮球开关控制进出水口阀门，弃流井满井后关闭支管上的进水口阀门，雨水从雨水管直接流入雨水花园系统蓄水层。弃流井内初期雨水通过排空管在18～24小时内缓慢流出，当弃流井内液位低于10％时雨水出水管阀门自动关闭，新一轮初期雨水再次进入弃流井开始新的循环。
所述的蓄水层高度为200～300mm，即蓄水层的底部相比于社区绿地向下凹200～300mm，蓄水层的边坡坡度为1:3～4，面积为10～40m2，雨水花园系统的汇水面积(即接收降水流域总体面积)为蓄水层面积的10～25倍。
所述的覆盖层厚度为50～100mm，可选用砾石、树皮、腐熟纤维质或堆肥中的一种或多种的混合物。
所述的种植土壤层厚度250～500mm，种植土壤选用当地的未受污染的表土，或经有机介质改性的表土，所述的有机介质包括绿化废弃物、草炭、堆肥中的一种或几种，作用在于促进土壤团粒形成、增强土壤的渗透能力，保证土壤渗透系数大于1×10-5m/s，优选堆肥作为改良剂改性种植土壤，其中堆肥的体积百分比为5％～15％，黏土的体积百分比不超过5％；
所述的种植土壤层中种有植被，植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度为20～80cm，且以本地植物为主；
所述的种植土壤层内投加有蚯蚓，包括赤子爱胜蚓，蚯蚓的投加密度为50～200条/m2。为了提高种植土壤层土壤的渗透性，可加入国内广泛人工饲养的食杂性、耐湿和易繁殖的蚯蚓品种，如赤子爱胜蚓等具良好抗逆性的蚯蚓，蚯蚓以腐败的植物落叶等的土壤腐植质、动物粪便、土壤细菌等以及这些物质的分解产物为食，在土壤内可疏通土壤。由于雨水花园水位高度会变化，也会促使蚯蚓在土壤内掘穴频率增加，蚯蚓产生的粪便具有类似活性炭的多孔状结构，都间接提高了土壤的渗透性。同时蚯蚓可以富集重金属等污染物，对水体中氮、磷及有机物均有去除作用，利于净化水质。
所述的种植土壤层下铺设透水土工布，减少土壤落入人工填料的缝隙造成堵塞；所述的人工填料的厚度为500～800mm，为沸石、颗粒活性炭和破碎的加气砖的混合物，该混合物中沸石的体积百分比为30～50％，颗粒活性炭的体积百分比15～30％，破碎的加气砖的体积百分比为30～40％；所述的颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm。
所述的砂层厚度为50～100mm，粒径为0.3～0.5mm，起到过滤净化水质、防止人工填料的小颗粒堵塞下面的砾石层的作用；所述的砾石层为排水层，厚度为200～300mm，砾石粒径为5～8cm。
所述的穿孔排水管管径为DN100～150mm，管上穿孔的孔径1～3cm，与水平呈45度交错向下，穿孔排水管管外部包裹有1～2层透水土工布，并用细绳扎紧，穿孔排水管与蓄水池之间设有排水管阀门。
所述的穿孔曝气管管径为DN50～100mm，管上穿孔的孔径10～20mm，与水平呈45度交错向下，所述的穿孔曝气管由曝气风机提供气源，曝气风机由太阳能板及电池组件提供电源；所述的穿孔曝气管还连接有气提喷泉管，该气提喷泉管一端与穿孔曝气管连通，另一端位于蓄水层以上；所述的穿孔曝气管与蓄水池连通，且两者之间设有阀门以控制水量，阀门关闭时，曝气风机产生气体用于给砾石层以上的填料吹气，吹扫堵塞孔，维护系统不堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤中微生物活性，阀门打开时，曝气风机产生的气体有气提作用，将蓄水池内的雨水通过气提喷泉管喷出，形成喷泉景观，且对雨水进行富氧，起到补充植被水分及提高水质净化功能的作用。
所述的雨水花园系统设置有吸水连接管，管径为DN50～100mm，伸入种植土壤层内，管内装有未受污染的表土及颗粒活性炭，表土和颗粒活性炭的体积百分含量分别为60～80％和40～20％。水份按其运动特性有吸着水、毛细管水和重力水三类，目前常规雨水花园的设计，是按植被下铺砾石的结构，这样的结构利于水的快速下降，但会阻碍毛细管水的上升，土壤水分不足时不利于植物的生长，轻者枯萎，重者干枯死亡。本发明中，缺水时，吸水连接管可以将砾石层的雨水输入给土壤供植物使用。
所述的砾石层和素土夯实之间设有防水膜，该防水膜厚度不小于1.2mm，用于雨水花园底部距季节性最高地下水位小于1m时或边缘距离建筑物基础小于3.0m时；所述的溢水管的管径为DN200～300mm。
所述的雨水花园系统还设有溢水管，溢水管一端开口于蓄水层以上，另一端连接有蓄水池，所述的溢水管的管径为DN200～300mm。下暴雨时，水位上升到溢流高度，可通过溢水管进入蓄水池。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过透水土工布、人工填料、砂层、砾石层的多层设计，提高了系统的渗透性，同时在砾石层内设置穿孔曝气管，连通曝气风机，曝气风机产生的气体可以砾石层以上填料吹气防治系统堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤等的微生物活性，从而提高了系统的总体渗透性，提高了对雨水的净化能力，且冲洗维护、施工方便；
2、本发明曝气风机产生的气提作用还可将蓄水池内的雨水通过气提喷泉管抽出形成喷泉景观，且富氧后的雨水可以补充植被水分及提高水质净化功能；
3、本发明在种植土壤层引入国内广泛人工饲养的食杂性、耐湿和易繁殖的蚯蚓品种，如赤子爱胜蚓等具良好抗逆性的蚯蚓，蚯蚓以腐败的植物落叶等的土壤腐植质及分解产物为食，可在疏通土壤提高土壤的透水性的同时，富集重金属等污染物并对水体中氮、磷及有机物有一定的去除作用，利于水质净化；
4、本发明人工填料由沸石、颗粒活性炭、破碎的加气砖按一定比例组成，沸石可以吸附氨氮、活性炭可以去除有机污染物等，破碎的加气砖有较好的除磷的作用，强化了系统净化水质的效果；
5、本发明的吸水连接管有较好的水分传导性，可以将砾石层的雨水输入给土壤供植物正常生长，营建立体生态景观；
6、本发明针对常规海绵城市建设用雨水花园的不足，尤其对地表径流的污染拦截作用十分有限的缺点，提供一种改进型防堵塞海绵城市用雨水花园系统，该系统使用和维护简单，适用于需要更高效去除雨水等地表径流污染控制的情况，尤其是需要同步脱氮除磷净化水质时，是对常规雨水花园技术的改进和补充，适合海绵城市建设工程中使用。
附图说明
图1为本发明一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统构造示意图；
图中：1-蓄水层，2-覆盖层，3-种植土壤层，4-透水土工布，5-人工填料，6-砂层，7-砾石层，8-防水膜，9-素土夯实，10-穿孔排水管，11-排水管阀门，12-穿孔曝气管，13-曝气电机，14-太阳能板及电池组件，15-溢水管，16-蓄水池，17-气体喷泉管，18-吸水连接管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，按照以下结构参数设计：
初期雨水地表径流弃流后排入市政污水管网(或雨污合流管网)由污水处理厂进行集中处理。改进型容积法弃流井按6mm径流厚度计算降雨初期径流量设计容积。井内设液位浮球开关控制进出水口阀门，弃流井满井后进水口阀门关闭，雨水经雨水管继续流入雨水花园系统的蓄水层1。弃流井内初期雨水通过排空管在18小时内缓慢流出，当弃流井内液位低于10％时雨水出水管阀门自动关闭，新一轮初期雨水再次进入弃流井开始新的循环。
雨水花园系统的蓄水层1高度为200mm，汇水面积宜为雨水花园面积的15倍，单个雨水花园面积宜为20m2，边坡坡度宜为1：4。植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度宜为20～60cm，且以本地植物为主。覆盖层2厚度为80mm，选用树皮及腐熟纤维质的混合物。种植土壤层3厚度300mm。种植土壤选用当地未受污染的表土，土壤渗透系数为0.6×10-5m/s，为了提高土壤的渗透能力，加入堆肥15％促进土壤团粒形成、增强土壤的渗透能力。为了提高种植土壤层3土壤的渗透性，加入了具良好抗逆性的赤子爱胜蚓，蚯蚓投加密度为150条/m2，其以腐败的植物落叶等的土壤腐植质为食，在土壤内掘穴可疏通土壤，所产粪便有类似活性炭的多孔状结构可吸附污染物。
种植土壤层3下铺设透水土工布4。下面是厚度为600mm的人工填料5，由沸石、颗粒活性炭、破碎的加气砖组成。沸石、颗粒活性炭、加气砖比例为：35％：30％：35％。颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm。加气砖可脱氮和除磷。
人工填料5下面是厚度70mm的砂层6，粒径为0.3～0.5mm，可过滤净化水质，防止上面的小颗粒堵塞下面的砾石层7。砾石层7为排水层，厚度为200mm，砾石粒径为5～8cm。砾石层7内设置有穿孔排水管10，管径为DN100mm，管外部包裹有一层透水土工布用细绳扎紧。穿孔排水管10与蓄水池16连通，之间有排水管阀门11。水位升到溢流高度通过溢水管15进入蓄水池16，溢水管15管径为DN200mm。雨水花园底部设置厚度1.2mm的防水膜8。
砾石层7内设置有穿孔曝气管12，管径为DN50mm，其与曝气风机13相连。风机由太阳能板及电池组件14提供电源，穿孔曝气管12与蓄水池16连通，之间有阀门控制水量。阀门关闭时，风机可给砾石层7以上填料吹气，吹扫堵塞孔维护系统不堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤等的微生物活性。阀门打开时，风机产生气体有气提作用，将蓄水池16内的雨水通过气提喷泉管17喷出，形成喷泉景观，且富氧后的雨水可以补充植被水分及提高水质净化功能。
吸水连接管18管径为DN50mm，伸入种植土壤层3内。管内为60％表土和40％颗粒活性炭。缺水时，植物可以通过吸水连接管18将砾石层7的雨水吸入土壤使用。
按照以上结构参数设计，该雨水花园每年可以有效净化处理年降水量为1500～2000毫米的东南沿海及浙江大部地区(以1750毫米计算)降雨径流约400m3，有效净化处理年降水量约为1000毫米的长江中下游地区降雨径流约240m3，对TSS、COD、TP和TN的削减率分别达到约90％、85％、90％、和75％。
实施例2
一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，按照以下结构参数设计：
初期雨水地表径流弃流后排入市政污水管网(或雨污合流管网)由污水处理厂进行集中处理。改进型容积法弃流井按7mm径流厚度计算降雨初期径流量设计容积。井内设液位浮球开关控制进出水口阀门，弃流井满井后进水口阀门关闭，雨水经雨水管继续流入雨水花园系统的蓄水层1。弃流井内初期雨水通过排空管在20小时内缓慢流出，当弃流井内液位低于10％时雨水出水管阀门关闭，新一轮初期雨水再次进入弃流井开始新的循环。
雨水花园系统蓄水层1高度为250mm，汇水面积宜为雨水花园面积的20倍，单个雨水花园面积宜为30m2，边坡坡度宜为1：4。植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度宜为20～70cm，且以本地植物为主。覆盖层2厚度为90mm，选用树皮及腐熟纤维质的混合物。种植土壤层3厚度400mm。种植土壤选用当地未受污染的表土，土壤渗透系数为0.8×10-5m/s，为了提高土壤的渗透能力，加入堆肥10％促进土壤团粒形成、增强土壤的渗透能力。为了提高种植土壤层土壤的渗透性，加入了具良好抗逆性的赤子爱胜蚓，蚯蚓投加密度为100条/m2，其以腐败的植物落叶等的土壤腐植质为食，在土壤内掘穴可疏通土壤，所产粪便有类似活性炭的多孔状结构可吸附污染物。
种植土壤层3下铺设透水土工布4。下面是厚度为700mm的人工填料5，由沸石、颗粒活性炭、破碎的加气砖组成。沸石、颗粒活性炭、加气砖比例为：40％：20％：40％。颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm。加气砖可脱氮和除磷。
人工填料5下面是厚度85mm的砂层6，粒径为0.3～0.5mm，可过滤净化水质，防止上面的小颗粒堵塞下面的砾石层7。砾石层7为排水层，厚度为250mm，砾石粒径为5～8cm。砾石层7内设置有穿孔排水管10，管径为DN125mm，管外部包裹有一层透水土工布用细绳扎紧。穿孔排水管10与蓄水池16连通，之间有排水管阀门11。水位升到溢流高度通过溢水管15进入蓄水池16，溢水管15管径为DN250mm。雨水花园底部设置厚度1.4mm的防水膜8。
砾石层7内设置有穿孔曝气管12，管径为DN75mm，其与曝气风机13相连。风机由太阳能板及电池组件14提供电源，曝气管12与蓄水池16连通，之间有阀门控制水量。阀门关闭时，风机可给砾石层7以上填料吹气，吹扫堵塞孔维护系统不堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤等的微生物活性。阀门打开时，风机产生气体有气提作用，将蓄水池16内的雨水通过气提喷泉管17喷出，形成喷泉景观，且富氧后的雨水可以补充植被水分及提高水质净化功能。
吸水连接管18管径为DN50mm，伸入种植土壤层3内。管内为70％表土和30％颗粒活性炭。缺水时，植物可以通过吸水连接管18将砾石层7的雨水吸入土壤使用。
按照以上结构参数设计，该雨水花园每年可以有效净化处理年降水量为1500～2000毫米的东南沿海及浙江大部地区(以1750毫米计算)降雨径流约800m3，有效净化处理年降水量约为1000毫米的长江中下游地区降雨径流约480m3，对TSS、COD、TP和TN的削减率分别达到约90％、80％、85％、和70％。
实施例3
一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，按照以下结构参数设计：
初期雨水地表径流弃流后排入市政污水管网(或雨污合流管网)由污水处理厂进行集中处理。改进型容积法弃流井按8mm径流厚度计算降雨初期径流量设计容积。井内设液位浮球开关控制进出水口阀门，弃流井满井后进水口阀门关闭，雨水经雨水管继续流入雨水花园系统的蓄水层1。弃流井内初期雨水通过排空管在24小时内缓慢流出，当弃流井内液位低于10％时雨水出水管阀门关闭，新一轮初期雨水再次进入弃流井开始新的循环。
雨水花园系统蓄水层1高度为300mm，汇水面积宜为雨水花园面积的25倍，单个雨水花园面积宜为40m2，边坡坡度宜为1：4。植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度宜为20～80cm，且以本地植物为主。覆盖层2厚度为100mm，选用树皮及腐熟纤维质的混合物。种植土壤层3厚度500mm。种植土壤选用当地未受污染的表土，土壤渗透系数为1.0×10-5m/s，为了提高土壤的渗透能力，加入堆肥5％促进土壤团粒形成、增强土壤的渗透能力。为了提高种植土壤层土壤的渗透性，加入了具良好抗逆性的赤子爱胜蚓，蚯蚓投加密度为50条/m2，其以腐败的植物落叶等的土壤腐植质为食，在土壤内掘穴可疏通土壤，所产粪便有类似活性炭的多孔状结构可吸附污染物。
种植土壤层3下铺设透水土工布4。下面是厚度为800mm的人工填料5，由沸石、颗粒活性炭、破碎的加气砖组成。沸石、颗粒活性炭、加气砖比例为：45％：25％：30％。颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm。加气砖可脱氮和除磷。
人工填料5下面是厚度100mm的砂层6，粒径为0.3～0.5mm，可过滤净化水质，防止上面的小颗粒堵塞下面的砾石层7。砾石层7为排水层，厚度为300mm，砾石粒径为5～8cm。砾石层7内设置有穿孔排水管10，管径为DN150mm，管外部包裹有一层透水土工布用细绳扎紧。穿孔排水管10与蓄水池16连通，之间有排水管阀门11。水位升到溢流高度通过溢水管15进入蓄水池16，溢水管15管径为DN300mm。雨水花园底部设置厚度1.3mm的防水膜8。
砾石层7内设置有穿孔曝气管12，管径为DN100mm，其与曝气风机13相连。风机由太阳能板及电池组件14提供电源，穿孔曝气管12与蓄水池16连通，之间有阀门控制水量。阀门关闭时，风机可给砾石层7以上填料吹气，吹扫堵塞孔维护系统不堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤等的微生物活性。阀门打开时，风机产生气体有气提作用，将蓄水池16内的雨水通过气提喷泉管17喷出，形成喷泉景观，且富氧后的雨水可以补充植被水分及提高水质净化功能。
吸水连接管18管径为DN100mm，伸入种植土壤层3内。管内为80％表土和20％颗粒活性炭。缺水时，植物可以通过吸水连接管18将砾石层7的雨水吸入土壤使用。
按照以上结构参数设计，该雨水花园每年可以有效净化处理年降水量为1500～2000毫米的东南沿海及浙江大部地区(以1750毫米计算)降雨径流约1300m3，有效净化处理年降水量约为1000毫米的长江中下游地区降雨径流约740m3，对TSS、COD、TP和TN的削减率分别达到约85％、75％、85％、和70％。
实施例4
一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，如图1所示，包括：蓄水层1、覆盖层2、种植土壤层3、透水土工布4、人工填料5、砂层6、砾石层7、防水膜8、素土夯实9、穿孔排水管10、排水管阀门11、穿孔曝气管12、曝气风机13、太阳能板及电池组件14、溢水管15、蓄水池16、气提喷泉管17、吸水连接管18。
蓄水层1、覆盖层2、种植土壤层3、透水土工布4、人工填料5、砂层6、砾石层7、防水膜8、素土夯实9由上到下依次设置，其中，蓄水层1高度为300mm，即蓄水层1的底部相比于社区绿地向下凹300mm。汇水面积为雨水花园面积的10倍，单个雨水花园面积宜为10m2，边坡坡度为1：3。覆盖层2厚度为50mm，选用砾石及堆肥的混合物；种植土壤层3厚度为250mm，种植土壤选用经有机介质堆肥和黏土改性的表土，其中，堆肥的体积分数为15％，黏土的体积分数为5％，种植土壤层3中种有植被，植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度宜为20～80cm，且以本地植物为主，种植土壤层3中投加有赤子爱胜蚓，投加密度为200条/m2；透水土工布4用以减少土壤落入人工填料5的缝隙造成堵塞；人工填料5厚度为500mm，为沸石、颗粒活性炭和破碎的加气砖的混合物，该混合物中沸石的体积百分比为50％，颗粒活性炭的体积百分比15％，破碎的加气砖的体积百分比为35％；所述的颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm，加气砖为市售，有较好的脱氮和除磷的作用；砂层6厚度为50mm，粒径为0.3～0.5mm；砾石层7为排水层，厚度为200mm，砾石粒径为5～8cm；防水膜8厚度为1.2mm，防止雨水渗入素土夯实9中。
砾石层7内设有穿孔排水管10和穿孔曝气管12，穿孔排水管10和穿孔曝气管12分别连接至一蓄水池16。穿孔排水管10管径为DN100mm，管上穿孔的孔径1～3cm，与水平呈45度交错向下，穿孔排水管10管外部包裹有2层透水土工布，穿孔排水管10与蓄水池16之间设有排水管阀门11；穿孔曝气管12管径为DN50mm，管上穿孔的孔径10～20mm，与水平呈45度交错向下，穿孔曝气管12由曝气风机13提供气源，曝气风机13由太阳能板及电池组件14提供电源，穿孔曝气管12还连接有气提喷泉管17，该气提喷泉管17一端与穿孔曝气管12连通，另一端位于蓄水层1以上。穿孔曝气管12与蓄水池16之间设有阀门，阀门关闭时，风机产生气体可用于给砾石层7以上填料吹气，吹扫堵塞孔维护系统不堵塞，同时给系统提供氧气，提高土壤等的微生物活性，阀门打开时，风机产生气体有气提作用，将有井盖的蓄水池16内的雨水通过气提喷泉管17喷出，形成喷泉景观，且富氧后的雨水可以补充植被水分及提高水质净化功能。
吸水连接管18管径为DN80mm，伸入种植土壤层3内，管内装有未受污染的表土及颗粒活性炭，表土和颗粒活性炭的体积百分含量分别为60％和40％，缺水时，吸水连接管18可以将砾石层7的雨水输入给土壤供植物使用；溢水管15管径为DN200mm，其一端开口于蓄水层1以上，另一端连接有蓄水池16，下暴雨时，水位上升到溢流高度，可通过溢水管15进入蓄水池16。
本实施例的雨水花园系统接纳所汇集雨水前，初期雨水需进入弃流井弃流外排进行单独处理，或排入市政污水管网、雨污合流管网由污水处理厂进行集中处理，以减少初期雨水高浓度污染物对雨水花园系统的负担。雨水管先流经弃流井，井内设液位浮球开关控制进水口阀门，弃流井满井后自动关闭进水口阀门，雨水从雨水管继续流至雨水花园系统蓄水层1。
所述的初期雨水弃流井为一种容积法弃流井，其按8mm径流厚度计算降雨初期径流量设计容积，井内设液位浮球开关控制进出水口阀门，弃流井满井后关闭支管上的进水口阀门，雨水从雨水管直接流入雨水花园系统蓄水层1。弃流井内初期雨水通过排空管在24小时内缓慢流出。
按照以上结构参数设计，该雨水花园每年可以有效净化处理年降水量为1500～2000毫米的东南沿海及浙江大部地区(以1750毫米计算)降雨径流约1300m3，有效净化处理年降水量约为1000毫米的长江中下游地区降雨径流约740m3，对TSS、COD、TP和TN的削减率分别达到约91％、86％、92％、和75％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，包括由上到下依次设置的蓄水层(1)、覆盖层(2)、种植土壤层(3)、透水土工布(4)、人工填料(5)、砂层(6)、砾石层(7)、防水膜(8)和素土夯实(9)；所述的砾石层(7)内设有穿孔排水管(10)和穿孔曝气管(12)，所述的穿孔排水管(10)和穿孔曝气管(12)分别连接至一蓄水池(16)；
所述的穿孔曝气管(12)管径为DN50～100mm，管上穿孔的孔径10～20mm，与水平呈45度交错向下；
所述的穿孔曝气管(12)由曝气风机(13)提供气源，曝气风机(13)由太阳能板及电池组件(14)提供电源；
所述的穿孔曝气管(12)还连接有气提喷泉管(17)，该气提喷泉管(17)一端与穿孔曝气管(12)连通，另一端位于蓄水层(1)以上。
2.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的雨水花园系统接纳所汇集雨水前，初期雨水需进入弃流井弃流外排进行单独处理，或排入市政污水管网、雨污合流管网由污水处理厂进行集中处理，雨水管先流经弃流井，井内设液位浮球开关控制进水口阀门，弃流井满井后自动关闭进水口阀门，雨水从雨水管继续流至雨水花园系统蓄水层(1)。
3.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的蓄水层(1)高度为200～300mm，即蓄水层(1)的底部相比于社区绿地向下凹200～300mm，蓄水层(1)的边坡坡度为1:3～4，面积为10～40m2，雨水花园系统的汇水面积为蓄水层(1)面积的10～25倍。
4.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的覆盖层(2)厚度为50～100mm，选用砾石、树皮、腐熟纤维质或堆肥中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的种植土壤层(3)厚度为250～500mm，种植土壤选用当地的未受污染的表土或经有机介质改性的表土，所述的有机介质包括绿化废弃物、草炭、堆肥中的一种或几种，所述的种植土壤层(3)的渗透系数大于1×10-5m/s；
所述的种植土壤层(3)中种有植被，植被为耐水湿、耐旱和耐污染的观赏性多年生草本或灌木，植被的高度为20～80cm，且以本地植物为主；
所述的种植土壤层(3)内投加有蚯蚓，包括赤子爱胜蚓，蚯蚓的投加密度为50～200条/m2。
6.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的人工填料(5)的厚度为500～800mm，为沸石、颗粒活性炭和破碎的加气砖的混合物，该混合物中沸石的体积百分比为30～50％，颗粒活性炭的体积百分比15～30％，破碎的加气砖的体积百分比为30～40％；所述的颗粒活性炭的粒径不小于2cm，破碎加气砖的粒径为3～5cm。
7.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的砂层(6)厚度为50～100mm，粒径为0.3～0.5mm；所述的砾石层(7)为排水层，厚度为200～300mm，砾石粒径为5～8cm。
8.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的穿孔排水管(10)管径为DN100～150mm，管上穿孔的孔径1～3cm，与水平呈45度交错向下，穿孔排水管(10)管外部包裹有1～2层透水土工布，穿孔排水管(10)与蓄水池(16)之间设有排水管阀门(11)。
9.根据权利要求1所述的防堵塞海绵城市建设用雨水花园系统，其特征在于，所述的雨水花园系统设有吸水连接管(18)，管径为DN50～100mm，伸入种植土壤层(3)内，管内装有未受污染的表土及颗粒活性炭，表土和颗粒活性炭的体积百分含量分别为60～80％和40～20％；
所述的雨水花园系统还设有溢水管(15)，溢水管(15)一端开口于蓄水层(1)以上，另一端连接有蓄水池(16)，所述的溢水管(15)的管径为DN200～300mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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