CN113136920A - 一种雨水收集系统 - Google Patents

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马莉萍
李肖燕
邓学燊
张楠
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Abstract

本发明公开一种雨水收集系统，包括：地基、水势消能区、导流区、过渡区和蓄水区；其中，导流区与水势消能区连接，水势消能区的雨水能够流入导流区；过渡区与导流区连接，导流区的雨水能够流入过渡区；蓄水区与过渡区连接，过渡区的雨水能够流入蓄水区；区结构，蓄水区边沿用无砂混凝土砌成，使用时，来水首先落入到水势消能区对下落的水势进行消能，降低水势的冲击力，雨水经过水势消能区进行消能以后进入到导流区，此环节这一步主要是实现雨水径流汇集进入沟体，并能将大颗粒污染物的初步净化。经过净化后的雨水有过渡区流入蓄水区内，整个雨水收集过程，缓解来水冲刷并对雨水进行净化，实现雨水的合理收集。

Description

一种雨水收集系统
技术领域
本发明属于雨水收集技术领域，具体涉及一种雨水收集系统。
背景技术
随着城市化进程的加速，不透水面积增加导致的生态环境退化、水环境污染、城市内涝等环境问题日趋严重，不但造成了雨水资源的浪费、还使得洪峰提前，增大了城市管网的压力。因此，坚持“源头减排、过程控制、系统治理”的思路，“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”成为当务之急。
在海绵城市建设过程中，建筑与小区类项目的海绵化建设或者改造作为重要的源头减排措施，应当尤为重视。尤其是老旧小区，普遍存在雨水径流外排冲刷强烈、雨水资源未能有效蓄集利用的问题；而现状处理方式多是将来水排放至绿地，这样并不能降低对绿地的冲刷，且短时间内雨水并不能得到有效的入渗；采用消能回用装置，而现有的消能回用装置大多以金属、硬质化水池为主，成本高、与周围景观极不协调。特别是降雨初期径流，携带了大量的污染物，涌入附近的绿地或者其他低影响开发设施，有的甚至直接排入附近的雨水篦子。
发明内容
为此，本发明提供一种雨水收集系统，以解决现有技术中雨水收集不合理的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种雨水收集系统，包括：地基、水势消能区、导流区、过渡区和蓄水区；其中，所述导流区与水势消能区连接，所述水势消能区的雨水能够流入所述导流区；所述过渡区与所述导流区连接，所述导流区的雨水能够流入所述过渡区；所述蓄水区与所述过渡区连接，所述过渡区的雨水能够流入所述蓄水区。
系统整体呈蓄水区结构，蓄水区边沿用无砂混凝土砌成，使用时，来水首先落入到水势消能区对下落的水势进行消能，降低水势的冲击力，雨水经过水势消能区进行消能以后进入到导流区，此环节这一步主要是实现雨水径流汇集进入沟体，并能将大颗粒污染物的初步净化。经过净化后的雨水有过渡区流入蓄水区内，整个雨水收集过程，缓解雨落管出水冲刷并对雨水进行净化，实现雨水的合理收集。
进一步的，包括：所述地基包括由下到上设置的夯土层和碎石层。
进一步的，所述地基倾斜结构设置。
进一步的，所述水势消能区包括若干个大粒径石头。
进一步的，若干个所述大粒径石头设置成若干层，每次所述大粒径石头设置成漏斗结构。
进一步的，所述导流区包括若干小粒径石头。
进一步的，所述过渡区入水端高于所述导流区出水端并且低于所述水势消能区出水端；所述导流区上设置有挺水植物。
进一步的，所述导流区与所述过渡区之间设置有格栅。
进一步的，所述过渡区呈跌水结构，如：呈阶梯结构。
进一步的，所述蓄水区由下到上依次设置有夯土层、无砂混凝土层、生物介质层、沸石层和植被层；所述蓄水区上设置有溢流管。
由于上述技术特征，本发明至少具有如下优点：通过对来水进行消能、净化，就地进行蓄集利用，既能缓冲雨水径流带来的不利冲刷，又实现了雨水资源的循环利用，同时还兼具景观效果；经过景观净化塘的出水，可以根据现场的情况，连接下凹绿地、植草沟、生物滞留池等低影响开发设施。在面积允许的条件下，景观净化塘可尽可能多的储存雨水，利用植物、基质、微生物的相互作用净化水质，在晴天可用作绿化浇洒；还能够很好的结合现场的地形、地势、用地空间，灵活搭建；该工艺不受地域、季节等因素的限制，一定程度时实现了资源的循环利用，应用范围较广；此外该发明对卵石、砾石、沸石或是火山岩等基质能够为微生物的生长提供良好生存空间，在基质表面形成生物膜，提高水质的净化效果；植物的吸附作用以及根基微生物膜的形成也能对氮、磷等污染物有去除作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1是本发明具体实施方式提供的一种雨水收集系统整体结构示意图。
图中：地基1、水势消能区2、导流区3、过渡区4、蓄水区5、格栅6、夯土层11、碎石层12、大粒径石头21、小粒径石头31、挺水植物32、无砂混凝土层51、生物介质层52、沸石层53、植被层54、溢流管55。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明实施例1提供的一种雨水收集系统，请参阅图1所示，包括：地基1、水势消能区2、导流区3、过渡区4和蓄水区5；其中，导流区3与水势消能区2连接，水势消能区1的雨水能够流入导流区2；过渡区4与导流区2连接，导流区2的雨水能够流入过渡区4；蓄水区5与过渡区4连接，过渡区4的雨水能够流入蓄水区5。
为了更好的实施本实施例，包括：地基1包括由下到上设置的夯土层11和碎石层12。地基1倾斜结构设置。水势消能区2包括若干个大粒径石头21。若干个大粒径石头21设置成若干层，每次大粒径石头21设置成漏斗结构。导流区3包括若干小粒径石头31。过渡区4入水端高于导流区3出水端并且低于水势消能区2出水端，从而形成一个蓄水槽；导流区3上设置有挺水植物32。蓄水区5由下到上依次设置有夯土层11、无砂混凝土层51、生物介质层52、沸石层53和植被层54；蓄水区5上设置有溢流管55。
首先来水进入水势消能区(消能导流沟)，为了保证消能的效果，先端消能环节沟体宽度＞300mm，以满足来水充分消能的目的；长度＞400mm。然后顺流到末端导流区(导流环节)，此环节这一步主要是实现雨水径流汇集进入沟体，并能将大颗粒污染物的初步净化。沟体两侧宜采用无砂混凝土(孔隙大、传热性低、透水性好)。沟底最下层采用素土夯实，往上铺设200mm～300m厚粒径20～30mm砾石或碎石层；最上层，先端为了应对雨水径流来水的冲刷，发挥消能作用，铺设300～500mm厚粒径30～80mm平滑卵石层(入水口端宜采用大粒径卵石)，呈漏斗状排列，提高消能和不被冲刷流动的稳定效果；导流端主要是起引水导流的作用，可采用300～500mm厚粒径30～50mm平滑卵石层。导流端高差应低于先端50mm且导流端应留有200mm的蓄水空间。导流端可一定程度上营造厌氧环境，为反硝化细菌的生存提供重要载体。在导流端种植千屈菜、香蒲、灯心草、风车草、水竹芋等抗逆性相对较好又有一定景观效果的植物。为了保证景观效果和根系巩固基质效果，建议种植密度在20～30株/m2。在没有来水情况下，可呈现“旱溪”的景观效果，既提高水的净化效果又美化环境。
为了达到良好的景观和净化效果，水势消能区后端接入景观净化塘。建议此池体的水力停留时间应≥2h。此净化池的目的是对来水中的悬浮颗粒物、TN、TP、COD进行削减，并营造良好的景观效果。该水池采用近自然的打造方法，形状可根据地势自由搭配，但是调蓄容积应大于消能导流沟的蓄水能力。池体最下层素土夯实，依次往上铺设200mm无砂混凝土，500厚生物过滤介质(40％～50％粗砂，30％土壤，20％～30％松针、椰糠、棕榈纤维等有机栽培基质，这类基质既满足了资源的循环利用，且能够提供植物生长必须的营养)以及20～30mm厚沸石(强化除氮)，植物的种植以梭鱼草、灯心草、香蒲、美人蕉、黄菖蒲、水葱等为主，种植密度为10～25株/m2。其中梭鱼草对TN和TP均有比较好的去除效果；灯心草和香蒲能够有效的去除COD；美人蕉兼具去除作用的同时还具有一定的景观效果。景观净化塘设有溢流口，底部埋置管径为100-150mm的穿孔排水管。经过景观净化塘的出水，SS可以去除78％以上，TN去除65％以上，TP去除70％以上，COD去除70％以上。在无来水的情况下景观净化塘可营造“雨水花园”景观效果。
经过景观净化塘的出水，可以根据现场的情况，连接下凹绿地、植草沟、生物滞留池等低影响开发设施。在面积允许的条件下，景观净化塘可尽可能多的储存雨水，利用植物、基质、微生物的相互作用净化水质，在晴天可用作绿化浇洒。
本发明能够很好的结合现场的地形、地势、用地空间，灵活搭建。该工艺不受地域、季节等因素的限制，一定程度时实现了资源的循环利用，应用范围较广。此外该发明对卵石、砾石、沸石或是火山岩等基质能够为微生物的生长提供良好生存空间，在基质表面形成生物膜，提高水质的净化效果；植物的吸附作用以及根基微生物膜的形成也能对氮、磷等污染物有较好的去除作用。
实施例2
本发明实施例2提供的一种雨水收集系统，请参阅图1所示，包括：地基1、水势消能区2、导流区3、过渡区4和蓄水区5；其中，导流区3与水势消能区2连接，水势消能区1的雨水能够流入导流区2；过渡区4与导流区2连接，导流区2的雨水能够流入过渡区4；蓄水区5与过渡区4连接，过渡区4的雨水能够流入蓄水区5。
为了更好的实施本实施例，包括：地基1包括由下到上设置的夯土层11和碎石层12。地基1倾斜结构设置。水势消能区2包括若干个大粒径石头21。若干个大粒径石头21设置成若干层，每次大粒径石头21设置成漏斗结构。导流区3包括若干小粒径石头31。过渡区4入水端高于导流区3出水端并且低于水势消能区2出水端，从而形成一个蓄水槽；导流区3上设置有挺水植物32。导流区3与过渡区4之间设置有格栅6。蓄水区5由下到上依次设置有夯土层11、无砂混凝土层51、生物介质层52、沸石层53和植被层54；蓄水区5上设置有溢流管55。
首先来水进入水势消能区(消能导流沟)，为了保证消能的效果，先端消能环节沟体宽度＞300mm，以满足来水充分消能的目的；长度＞400mm。然后顺流到末端导流区(导流环节)，此环节这一步主要是实现雨水径流汇集进入沟体，并能将大颗粒污染物的初步净化。沟体两侧宜采用无砂混凝土(孔隙大、传热性低、透水性好)。沟底最下层采用素土夯实，往上铺设200mm～300m厚粒径20～30mm砾石或碎石层；最上层，先端为了应对雨水径流来水的冲刷，发挥消能作用，铺设300～500mm厚粒径30～80mm平滑卵石层(入水口端宜采用大粒径卵石)，呈漏斗状排列，提高消能和不被冲刷流动的稳定效果；导流端主要是起引水导流的作用，可采用300～500mm厚粒径30～50mm平滑卵石层。导流端高差应低于先端50mm且导流端应留有200mm的蓄水空间。导流端可一定程度上营造厌氧环境，为反硝化细菌的生存提供重要载体。在导流端种植千屈菜、香蒲、灯心草、风车草、水竹芋等抗逆性相对较好又有一定景观效果的植物。为了保证景观效果和根系巩固基质效果，建议种植密度在20～30株/m2。在没有来水情况下，可呈现“旱溪”的景观效果，既提高水的净化效果又美化环境。
消能导流沟的出口处设格栅。格栅分为上下两部分。以蓄水层底部为分界，上方采用粗格栅，粗格栅主要是拦截枯枝等这类漂浮状的污染物；下方采用细格栅，主要拦截大颗粒状的污染物。雨水流经格栅，首先起到二次消能的作用，经过消能导流沟的出水可由格栅均匀流出。其次，格栅拦截的枯枝落叶，枯枝落叶可作为腐殖质，为植物的生长提供一定的养分，植物的生长旺盛可提高抗冲击能力。再次，选取的挺水植物根系相对发达，可促进以革兰氏阴性菌为优势菌群的根际微生物的生长，使根际的水分状况和通气条件优于非根际，从而与植物的生长相辅相成。
为了达到良好的景观和净化效果，建议此池体的水力停留时间应≥2h。此净化池的目的是对来水中的悬浮颗粒物、TN、TP、COD进行削减，并营造良好的景观效果。该水池采用近自然的打造方法，形状可根据地势自由搭配，但是调蓄容积应大于消能导流沟的蓄水能力。池体最下层素土夯实，依次往上铺设200mm无砂混凝土，500厚生物过滤介质(40％～50％粗砂，30％土壤，20％～30％松针、椰糠、棕榈纤维等有机栽培基质，这类基质既满足了资源的循环利用，且能够提供植物生长必须的营养)以及20～30mm厚沸石(强化除氮)，植物的种植以梭鱼草、灯心草、香蒲、美人蕉、黄菖蒲、水葱等为主，种植密度为10～25株/m2。其中梭鱼草对TN和TP均有比较好的去除效果；灯心草和香蒲能够有效的去除COD；美人蕉兼具去除作用的同时还具有一定的景观效果。景观净化塘设有溢流口，底部埋置管径为100-150mm的穿孔排水管。经过景观净化塘的出水，SS可以去除85％以上，TN去除63％以上，TP去除75％以上，COD去除68％以上。在无来水的情况下景观净化塘可营造“雨水花园”景观效果。
经过景观净化塘的出水，可以根据现场的情况，连接下凹绿地、植草沟、生物滞留池等低影响开发设施。在面积允许的条件下，景观净化塘可尽可能多的储存雨水，利用植物、基质、微生物的相互作用净化水质，在晴天可用作绿化浇洒。
本发明能够很好的结合现场的地形、地势、用地空间，灵活搭建。该工艺不受地域、季节等因素的限制，一定程度时实现了资源的循环利用，应用范围较广。此外该发明对卵石、砾石、沸石或是火山岩等基质能够为微生物的生长提供良好生存空间，在基质表面形成生物膜，提高水质的净化效果；植物的吸附作用以及根基微生物膜的形成也能对氮、磷等污染物有较好的去除作用。
实施例3
本发明实施例3提供的一种雨水收集系统，请参阅图1所示，包括：地基1、水势消能区2、导流区3、过渡区4和蓄水区5；其中，导流区3与水势消能区2连接，水势消能区1的雨水能够流入导流区2；过渡区4与导流区2连接，导流区2的雨水能够流入过渡区4；蓄水区5与过渡区4连接，过渡区4的雨水能够流入蓄水区5。
为了更好的实施本实施例，包括：地基1包括由下到上设置的夯土层11和碎石层12。地基1倾斜结构设置。水势消能区2包括若干个大粒径石头21。若干个大粒径石头21设置成若干层，每次大粒径石头21设置成漏斗结构。导流区3包括若干小粒径石头31。过渡区4入水端高于导流区3出水端并且低于水势消能区2出水端，从而形成一个蓄水槽；导流区3上设置有挺水植物32。导流区3与过渡区4之间设置有格栅6。过渡区4呈阶梯结构。蓄水区5由下到上依次设置有夯土层11、无砂混凝土层51、生物介质层52、沸石层53和植被层54；蓄水区5上设置有溢流管55。
首先来水(如：雨落管的出水)进入水势消能区(消能导流沟)，为了保证消能的效果，先端消能环节沟体宽度＞300mm，以满足雨落管出水充分消能的目的；长度＞400mm。然后顺流到末端导流区(导流环节)，此环节这一步主要是实现雨水径流汇集进入沟体，并能将大颗粒污染物的初步净化。沟体两侧宜采用无砂混凝土(孔隙大、传热性低、透水性好)。沟底最下层采用素土夯实，往上铺设200mm～300m厚粒径20～30mm砾石或碎石层；最上层，先端为了应对雨水径流来水的冲刷，发挥消能作用，铺设300～500mm厚粒径30～80mm平滑卵石层(入水口端宜采用大粒径卵石)，呈漏斗状排列，提高消能和不被冲刷流动的稳定效果；导流端主要是起引水导流的作用，可采用300～500mm厚粒径30～50mm平滑卵石层。导流端高差应低于先端50mm且导流端应留有200mm的蓄水空间。导流端可一定程度上营造厌氧环境，为反硝化细菌的生存提供重要载体。在导流端种植千屈菜、香蒲、灯心草、风车草、水竹芋等抗逆性相对较好又有一定景观效果的植物。为了保证景观效果和根系巩固基质效果，建议种植密度在20～30株/m2。在没有来水情况下，可呈现“旱溪”的景观效果，既提高水的净化效果又美化环境。
消能导流沟的出口处设格栅。格栅分为上下两部分。以蓄水层底部为分界，上方采用粗格栅，粗格栅主要是拦截枯枝等这类漂浮状的污染物；下方采用细格栅，主要拦截大颗粒状的污染物。雨水流经格栅，首先起到二次消能的作用，经过消能导流沟的出水可由格栅均匀流出。其次，格栅拦截的枯枝落叶，枯枝落叶可作为腐殖质，为植物的生长提供一定的养分，植物的生长旺盛可提高抗冲击能力。再次，选取的挺水植物根系相对发达，可促进以革兰氏阴性菌为优势菌群的根际微生物的生长，使根际的水分状况和通气条件优于非根际，从而与植物的生长相辅相成。
经过消能导流沟的出水接下来进入景观净化塘。景观净化沟入水端做成阶梯状跌水的效果，在缓冲来水的情况下可实现跌水爆气的效果，增加水中溶解氧含量。为了达到良好的景观和净化效果，建议此池体的水力停留时间应≥2h。此净化池的目的是对来水中的悬浮颗粒物、TN、TP、COD进行削减，并营造良好的景观效果。该水池采用近自然的打造方法，形状可根据地势自由搭配，但是调蓄容积应大于消能导流沟的蓄水能力。池体最下层素土夯实，依次往上铺设200mm无砂混凝土，500厚生物过滤介质(40％～50％粗砂，30％土壤，20％～30％松针、椰糠、棕榈纤维等有机栽培基质，这类基质既满足了资源的循环利用，且能够提供植物生长必须的营养)以及20～30mm厚沸石(强化除氮)，植物的种植以梭鱼草、灯心草、香蒲、美人蕉、黄菖蒲、水葱等为主，种植密度为10～25株/m2。其中梭鱼草对TN和TP均有比较好的去除效果；灯心草和香蒲能够有效的去除COD；美人蕉兼具去除作用的同时还具有一定的景观效果。景观净化塘设有溢流口，底部埋置管径为100-150mm的穿孔排水管。经过景观净化塘的出水，SS可以去除85％以上，TN去除70％以上，TP去除75％以上，COD去除75％以上。在无来水的情况下景观净化塘可营造“雨水花园”景观效果。
经过景观净化塘的出水，可以根据现场的情况，连接下凹绿地、植草沟、生物滞留池等低影响开发设施。在面积允许的条件下，景观净化塘可尽可能多的储存雨水，利用植物、基质、微生物的相互作用净化水质，在晴天可用作绿化浇洒。
本发明能够很好的结合现场的地形、地势、用地空间，灵活搭建。该工艺不受地域、季节等因素的限制，一定程度时实现了资源的循环利用，应用范围较广。此外该发明对卵石、砾石、沸石或是火山岩等基质能够为微生物的生长提供良好生存空间，在基质表面形成生物膜，提高水质的净化效果；植物的吸附作用以及根基微生物膜的形成也能对氮、磷等污染物有较好的去除作用。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雨水收集系统，其特征在于，包括：地基、水势消能区、导流区、过渡区和蓄水区；
其中，所述导流区与水势消能区连接，所述水势消能区的雨水能够流入所述导流区；所述过渡区与所述导流区连接，所述导流区的雨水能够流入所述过渡区；所述蓄水区与所述过渡区连接，所述过渡区的雨水能够流入所述蓄水区。
2.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，包括：所述地基包括由下到上设置的夯土层和碎石层。
3.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述地基倾斜结构设置。
4.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述水势消能区包括若干个大粒径石头。
5.根据权利要求4所述的一种雨水收集系统，其特征在于，若干个所述大粒径石头设置成若干层，每次所述大粒径石头设置成漏斗结构。
6.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述导流区包括若干小粒径石头。
7.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述过渡区入水端高于所述导流区出水端并且低于所述水势消能区出水端；所述导流区上设置有挺水植物。
8.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述导流区与所述过渡区之间设置有格栅。
9.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述过渡区呈跌水结构。
10.根据权利要求1所述的一种雨水收集系统，其特征在于，所述蓄水区由下到上依次设置有夯土层、无砂混凝土层、生物介质层、沸石层和植被层；所述蓄水区上设置有溢流管。
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