CN113673075B - 建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统及其设计方法，所述方法包括：根据测量的排放口直径、排放口流量，结合沉砂池设计规范推荐的控制流速和预实验数据计算沉砂塘的设计深度、宽度和顺水流方向的长度；根据所述排放口的雨水径流，结合吸附倍数和通过预实验得到的建筑废弃物、蚝壳孔隙率进行计算得到所需透水滤坝的体积，进而得到所需材料用量；根据排放口实际地形和用地条件和所需透水滤坝体积确定需设置的透水滤坝数量及其宽度、深度和顺水流方向的长度。此设计方法操作性简便，建设的系统工程建设成本低，具有良好的经济效益和生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及城市河道整治技术领域，尤其是涉及一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统及其设计方法。
背景技术
随着给国民经济的快速发展，城市化进程大大加快，城市地面硬质化比例越来越高，汽车尾气、工地扬尘、餐饮垃圾等造成地面污染严重，降雨将地表污染物冲刷进入河道污染河道基底，使得水质恶化。
沿海地区是我国经济开放的主要窗口，城市发展快。人口多，城市更新带来大量建筑垃圾亟需资源化处理，而此类建筑垃圾多为普通烧结砖、低标号混凝土，内部孔隙多，吸附性较强，可以用于净化水质。
沿海地区盛产牡蛎，岭南地区蚝壳资源曾用于古代民居建设。近年来观赏鱼类养殖用蚝壳作为净化水质一种材料，研究发现蚝壳内部具有众多的互相连通的微孔，具有较强的吸附能力，能够很好地吸附水质中的的氮、磷、重金属等成分，因此具有良好的水质改良作用。
现有河道整治中为解决面源污染，多在河道两侧排放口末端加设截污管，按照一定截流倍数截流初期雨水，保障初期雨水不入河，此方法适用于所有河道，初期雨水收集较为彻底，但建设成本较高，且雨季导致下游污水厂处理负荷增加，减少河道基流，影响河道生态功能。因此，亟需一种建设成本低、不影响河道基流保障河道生态的削减城市河道面源污染的滤坝系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统及其设计方法，旨在解决面源污染削减方法建设成本高、影响河道生态功能的问题。
本发明提供一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法，包括：
S1.根据测量的排放口直径、排放口流量，结合沉砂池设计规范推荐的控制流速和预实验数据计算沉砂塘的设计深度、宽度和顺水流方向的长度；
S2.根据所述排放口的雨水径流，结合吸附倍数和通过预实验得到的建筑废弃物、蚝壳孔隙率进行计算得到所需透水滤坝的体积，进而得到所需材料用量；
S3.根据排放口实际地形和用地条件和所需透水滤坝体积确定需设置的透水滤坝数量及其宽度、深度和顺水流方向的长度。
本发明提供一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统，包括：沉砂塘和透水滤坝，所述沉砂塘中设置有清淤台阶，所述沉砂塘处于入河排放口，所述透水滤坝处于所述沉砂塘下游，所述透水滤坝主要由建筑废弃物和蚝壳组成。
采用本发明实施例，建筑废弃物和蚝壳组合而成的生态滤坝设计方法操作性简便，使用建筑废弃物和蚝壳，工程建设成本显著降低，能够保证在不影响河道基流和保障河道生态的条件下削减城市河道排放口面源污染，提升河道水质和生态，具有良好的经济效益和生态效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法流程图；
图2是本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统平面示意图；
图3是本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统断面示意图；
图4是深圳地区暴雨强度表；
图5是综合径流系数取值表。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，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。
方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法，图1是本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法具体包括：
S1.根据测量的排放口直径、排放口流量，结合沉砂池设计规范推荐的控制流速和预实验数据计算沉砂塘的设计深度、宽度和顺水流方向的长度。
在雨季，地面在雨水的冲刷和流动下不可避免会带来一些水土流失，所以为保证透水滤坝系统对面源污染的吸附效果，要设置沉砂塘对水流进行处理。沉砂塘深度与排放口直径的关系系数通过试验和已有规范综合取值为0.5～0.6，所以沉砂塘设计深度HC＝0.5～0.6D，其中，D为排放口直径。
基于公式1根据排放口流量、沉砂塘设计规范推荐的控制流速和所述沉砂塘深度计算沉砂塘设计宽度：
其中，B为沉砂塘设计宽度，Q为排放口流量，v为控制流速，Hc为沉砂塘设计深度，控制流速v根据沉砂塘设计规范取值范围为0.05～0.15m/s。
基于公式2根据设计暴雨强度、径流系数和排放口流域面积计算排放口流量：
Q＝qψF 公式2；
其中，q为设计暴雨强度，ψ为径流系数，F为排放口流域面积。
结合沉砂塘设计规范的表述和试验，取沉砂塘顺水流方向设计长度与控制流速v的关系系数为45～60，故沉砂塘顺水流方向设计长度应为 L＝45～60v。
S2.根据所述排放口的雨水径流，结合吸附倍数和通过预实验得到的建筑废弃物、蚝壳孔隙率进行计算得到所需透水滤坝的体积，进而得到所需材料用量。
基于公式3根据降雨量值、径流系数和排放口流域面积计算排放口的雨水径流：
W＝λψF 公式3；
其中，λ为降雨量值，W为λ降雨量对应的排放口的雨水径流，ψ为径流系数，F为排放口流域面积。
基于公式4根据所述雨水径流、吸附倍数和建筑废弃物、蚝壳孔隙率计算所述透水滤坝体积：
其中，T为吸附倍数，n为建筑废弃物、蚝壳的孔隙率。
根据常规标准吸附倍数T设置为1.5～2，建筑废弃物、蚝壳的孔隙率n 通过预试验得到。
S3.根据排放口实际地形和用地条件和所需透水滤坝体积确定需设置的透水滤坝数量及其宽度、深度和顺水流方向的长度。
以深圳市坪山河道综合整治工程在中下游12个排放口其中一个N5-2 排放口为具体实施例，采用本方法设计由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统的具体方式如下：
经测量，排放口直径为0.8m，根据公式HC＝0.5～0.6D计算沉砂塘设计深度：Hc＝0.5～0.6*0.8＝0.4～0.48m，取设计深度为0.45m；
计算排放口流量Q，根据公式Q＝qψF，其中，q为设计暴雨强度 (L/s.hm2)，ψ为径流系数，F为排放口流域面积，图4为深圳地区暴雨强度表，其中P表示降雨的重现期，t表示降雨历时，P和t相交的数值表示对应的设计暴雨强度，图5为综合径流系数取值表，标明了区域情况为城市建筑密集区、城市建筑较密集区和城市建筑稀疏区三种不同情况时分别对应的径流系数的取值范围，根据图4和图5可得，重现期为2年，降雨历时为30min的深圳地区，取设计暴雨强度q值为209.81mm，径流系数ψ取0.60，排放口流域面积F为11hm2，计算得到：
Q＝209.81×0.60×11＝1384.75(L/S)＝1.385m3/s
控制流速v取0.1m/s，将相关系数带入设计宽度计算公式得：
设计宽度取31m；
根据L＝45～60v计算沉砂塘设计长度为4.5～6.0m，取6m。
综上，N5-2沉砂塘设计尺寸为深度0.45m，宽度31m，顺水流方向长度为6m。
本次根据深圳地区面源污染研究，考虑所设计的滤坝系统削除10mm 初期降雨时携带的大量面源污染。基于W＝λψF，λ取值为10mm即0.01m，排放口流域面积F为11hm2，径流系数ψ取值为0.6，计算得到降雨量为 10mm是对应的排放口的雨水径流为：
W＝0.01×0.6×110000＝660m3
根据常规标准吸附倍数T取值1.5～2，经试验得到的建筑废弃物、蚝壳孔隙率约0.18～0.22，本次设计取0.20，带入体积计算公式求得：
V＝1.5×660/0.20＝4950m3
所以，本次透水滤坝体积不小于4950m3，综上，根据N5-2排放口实际地形和用地条件设计，N5-2透水滤坝设置3个，滤坝区域深度1.5m，宽度60m，顺水流方向长55m。
采用本发明实施例，给出了建筑废弃物和蚝壳组合而成的生态滤坝量化计算指标和设计方案，操作性简便，建设滤坝时使用建筑废弃物和蚝壳，工程建设成本显著降低，能够保证在不影响河道基流和保障河道生态的条件下削减城市河道排放口面源污染，提升河道水质和生态，具有良好的经济效益和生态效益。
系统实施例
根据本发明实施例，提供了一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统，图2是本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统平面示意图，如图2所示，根据本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统具体包括：沉砂塘和透水滤坝，沉砂塘中设置有清淤台阶，沉砂塘处于入河排放口，透水滤坝处于所述沉砂塘下游，透水滤坝主要由建筑废弃物和蚝壳组成，其中透水滤坝将蚝壳和建筑废弃物分别设置为蚝壳石笼和建筑废弃物池两部分，沉砂塘和包括蚝壳石笼和建筑废弃物池的透水滤坝的尺寸通过综合实际场地条件和处理水量设计计算所得。
图3为本发明实施例的由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统断面示意图，如图3所示，沉砂塘底部为平底，建筑废弃物池底为坡比不抖于 2％的纵坡。
本发明实施例是与上述方法实施例对应的系统实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统设计方法，其特征在于，包括：
S1.根据测量的排放口直径、排放口流量，结合沉砂池设计规范推荐的控制流速和预实验数据计算沉砂塘的设计深度、宽度和顺水流方向的长度；
S2.根据所述排放口的雨水径流，结合吸附倍数和通过预实验得到的建筑废弃物、蚝壳孔隙率进行计算得到所需透水滤坝的体积，进而得到所需材料用量；
S3.根据排放口实际地形和用地条件和所需透水滤坝体积确定需设置的透水滤坝数量及其宽度、深度和顺水流方向的长度；
所述透水滤坝将蚝壳和建筑废弃物分别设置为蚝壳石笼和建筑废弃物池两部分，沉砂塘底部为平底，建筑废弃物池底为坡比不抖于2％的纵坡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述沉砂塘设计宽度的具体计算方法为：
基于公式1根据排放口流量、沉砂塘设计规范推荐的控制流速和所述沉砂塘深度计算沉砂塘设计宽度：
其中，B为沉砂塘设计宽度，Q为排放口流量，v为控制流速，Hc为沉砂塘设计深度，控制流速v根据沉砂塘设计规范取值范围为0.05～0.15m/s。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述排放口流量的具体计算方法为：
基于公式2根据设计暴雨强度、径流系数和排放口流域面积计算排放口流量：
Q＝qψF 公式2；
其中，q为设计暴雨强度，ψ为径流系数，F为排放口流域面积。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雨水径流大小与降雨量成正比，具体计算方法为：
基于公式3根据降雨量值、径流系数和排放口流域面积计算雨水径流：
W＝λψF 公式3；
其中，λ为降雨量值，W为λ降雨量对应的排放口的雨水径流，ψ为径流系数，F为排放口流域面积。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透水滤坝体积具体计算方法为：
基于公式4根据所述雨水径流、吸附倍数和建筑废弃物、蚝壳孔隙率计算所述透水滤坝体积：
其中，T为吸附倍数，n为建筑废弃物、蚝壳的孔隙率，所述吸附倍数T根据常规标准应设置为1.5～2，所述建筑废弃物、蚝壳的孔隙率n通过预试验得到。
6.一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统，其特征在于，包括：沉砂塘和透水滤坝，所述沉砂塘中设置有清淤台阶，所述沉砂塘处于入河排放口，所述透水滤坝处于所述沉砂塘下游，所述透水滤坝主要由建筑废弃物和蚝壳组成。
7.根据权利要求6所述的一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统，其特征在于，所述沉砂塘底部为平底。
8.根据权利要求6所述的一种由建筑废弃物及蚝壳组合的透水滤坝系统，其特征在于，所述建筑废弃物池底为坡比不抖于2％的纵坡。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述建筑废弃物池的个数和大小基于根据场地条件和处理水量实际布置。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述透水滤坝将蚝壳和建筑废弃物分别设置为蚝壳石笼和建筑废弃物池两部分。
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