專利名稱：一種初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法
技術領域：
本發明涉及一種初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法，尤其是一種適用于工業、居住或辦公小區初期降雨徑流收集、分流、削峰及生態凈化的自動/生態聯合控制系統。
背景技術：
初期雨水(初期降雨徑流)中含有徑流的大部分污染物，包括顆粒態污染物、溶解性污染物。初期徑流的排放到城市水體給水環境帶來污染。由于城市不透水面積大，暴雨時初期徑流來勢猛，徑流高峰對城市主干管沖擊大，有時會造成城市淹水。初期雨水棄流設施是有效的水質控制技術，合理設計可控制徑流中大部分污染物。目前國內針對不同匯水面，如屋面和路面，已有一些定型的截污裝置和初期雨水棄流裝置。主要有(1)初期雨水棄流池。在雨落管或匯集口處按照所需棄流雨水量設計棄流池，一般用磚砌、混凝土現澆或預制；( 雨落管棄流裝置。是一種安裝在屋面雨落管上的棄流裝置，它是利用小雨通常沿管壁下流的特點進行棄流。這些棄流裝置在隨機降雨條件下，達到高效率分流初期徑流的目的。然而，這些初期分流裝置具有如下特點(1)典型區域屋面匯水面和路面匯水面的初期徑流控制量相對容易掌握，而收集來自于屋面、路面等不同匯水面混合的雨水管道的初期雨水控制量還沒有確定的方法，因此已有的初期雨水棄流設施都是針對某特定匯水面開發的，多用于分流屋面雨水；( 在目前的市政排水分流制系統中，雨污管網混接、亂接和錯接現象嚴重，也給雨水系統的初期降雨徑流分離和凈化帶來困難；C3)雨水初期分流設施，一般占地面積大，處理設施并沒有考慮與周圍環境相融合，并且自動化程度不高。因此，需要開發一種新的初期徑流控制方法，用于工業、居住或辦公小區分流制排水系統的初期降雨徑流收集、分流、削峰和生態凈化集成系統。
發明內容
為了解決小區排水系統雨水收集、分流、削峰和生態凈化的功能需求，本發明開發了一種初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法，具體為小區雨水調蓄池和植草溝聯合運行的自動/生態調控系統，目標是蓄存、分流和凈化降雨初期徑流，并通過實際工程進行了驗證。本發明的目標是這樣實現的(附
圖1)考慮小區匯水面的降雨特性，對市政檢查井實施改造，在市政檢查井后設置雨水調蓄池，在雨水調蓄設施中設置初期雨水控制泵， 通過其中液位和降雨歷時控制水泵的啟停，從而調控初期雨水的處理量。初期雨水控制泵將初期雨水輸送至連接于雨水調蓄池之后的植草溝進行利用和凈化，初期雨水泵在水位降低到一定位置后關停，調節池中的水位上升達到溢流水位時，后期雨水排入市政雨水管網或河道(附圖i)。降雨停后，初期雨水泵處于自動關閉狀態。其中，雨水滯留分流池初期徑流控制體積按下式估算V= ￥hFX10_3(l)
式中V——設計降雨徑流量，m3ψ——綜合徑流系統；F——7jC 面積，104m2;h——初期雨水控制降雨量，mm，一般屋面徑流為2_4mm，路面徑流為6_8mm，市政管道徑流為6-8mm ；植草溝的設計流程如下當降雨徑流流經植草溝時，經沉淀、過濾、滲透、持留及生物降解等共同作用，徑流中的污染物被去除。在降雨徑流污染控制和雨水利用系統中，植草溝的設計應盡可能增加持留、滲透、傳輸、凈化雨水能力，設計主要涉及水力計算和滿足水質凈化功能兩部分，同時考慮水文、土壤及植物類型等因素。進入植草溝系統的降雨徑流量Q1=FqFXlOD式中Gj1——設計降雨徑流量，m3/s ；ψ——綜合徑流系統；F——匯水面積，104m2 ；q——設計暴雨強度，L/s · 104m2植草溝水力計算根據工程實際情況和經驗數據，選擇植草溝形狀、確定植草溝坡度、粗糙度及斷面
尺寸，通過曼寧等式計算植草溝水流深度、流量及植草溝長度，曼寧等式表示為
2 i込二FxJ = ^l(3)
ηR = —(4)
P式中％——植草溝計算徑流量，m3/s ；V——雨水在植草溝斷面的平均流速，m/s ；A——植草溝橫斷面面積，m2 ；R——橫斷面的水力半徑，m ；i——草溝縱向坡度，m/m ；η——曼寧系數；ρ——濕周，m植草溝的長度為L = 60Q2t/A = 60Vt (5)式中L——植草溝設計長度，m ；t——水力停留時間，min ；植草溝設計要素校核用公式(2)和公式(3)驗算流量和流速，當以1年1遇的暴雨強度計算得出的 Q2 — a時，或以5年一遇的暴雨強度計算得出的a—a時，返回步驟(3)，調整相關參數， 直到滿足條件為止。當以ι年一遇的暴雨強度計算得出的込— a時，植草溝有足夠處理暴雨的能力；且以5年一遇的暴雨強度計算得出的Q1 — a時，植草溝中徑流流速和深度不會引起侵蝕，此時計算完畢。在設計要素的基礎上進一步對植草溝進行平面和高程布置，保證植草地溝的徑流水力臨界條件和污染物凈化效果。植草溝設計參數確定(1)曼寧系數η值曼寧系數η值在水流設計中是很重要的值，依賴于植草溝的許多物理特征，如溝底和溝邊坡的粗糙度、植物種植(類型、高度、密度)及植物對雨水在植草溝中的水流方式的影響、植草溝曲折變化程度、植草溝縱向坡度、以及雨水在植草溝中的侵蝕和沉淀等因素，此變量直接影響植草溝中水流的排放、流速的估算。需要指出，決定曼寧系數η值的和參數相關性較強，需綜合分析確定。根據經驗，植草溝排水能力的計算應采用較大的阻力系數，而植草溝的穩定性計算應采用較小的阻力系數。用下式計算曼寧系數η = (n0+n1+n2+n3+n4) Xm5(6)式中η—植草溝的曼寧粗糙系數；η0——與植草溝滲透材料有關的系數；H1——反映植草溝不規則程度的系數；η2——反映植草溝斷面變化的系數；η3——與植草溝控制堰或污染物攔截設置有關的系數；η4——與植草溝植物種植有關的系數；m5——反映植草溝曲折程度的系數。式中計算植草溝曼寧系數的各系數取值如表1所示。表1植草溝曼寧粗糙系數計算的各系數取值
權利要求
1.一種初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法，其特征是雨水通過區域市政管網系統進入雨水調蓄池，根據初期雨水在調蓄池中的水位決定雨水泵的啟停控制，從而進行初期雨水分流，初期雨水輸送至植草溝進行凈化后排放，后期雨水在調蓄池水位提升后或排入河道，或用于灌溉綠地，或排入市政雨水管網。
2.根據權利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法，其特征是雨水通過滯留分流設施進行初期雨水量的控制，初期徑流控制量為V= VhFX 10_3，其中，Ψ為綜合徑流系統，F為匯水面積；h為初期雨水控制降雨量。
3.根據權利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法，其特征是通過植草溝對分流后的雨水進行凈化，植草溝的水力計算、形狀設計、長度設計、坡度設計、斷面設計、草的高度設計等。
全文摘要
一種初期雨水收集、分流、削峰及生態凈化的方法。雨水通過市政雨水管道進入雨水調蓄池，通過泵的自動控制，將污染較為嚴重的初期暴雨徑流分離送入地表植草溝進行生態凈化和就地灌溉利用。后期含污染物很低的大流量雨水可進入市政管道或直接排入景觀河道進行利用。本方法與周圍綠化景觀相協調。本發明能收集、貯存暴雨徑流，削減洪峰，并將污染較為嚴重的初期暴雨有效分離凈化，占地面積小，能自動控制。既能使排出的雨水徑流水質提高，防止對受納水體的污染，又能夠提高對雨水資源的利用。
文檔編號E02B5/00GK102400494SQ20101027774
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者劉燕, 葉磊, 尹澄清, 趙洪濤 申請人:中國科學院生態環境研究中心