专利名称：一种初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法
技术领域：
本发明涉及一种初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法，尤其是一种适用于工业、居住或办公小区初期降雨径流收集、分流、削峰及生态净化的自动/生态联合控制系统。
背景技术：
初期雨水(初期降雨径流)中含有径流的大部分污染物，包括颗粒态污染物、溶解性污染物。初期径流的排放到城市水体给水环境带来污染。由于城市不透水面积大，暴雨时初期径流来势猛，径流高峰对城市主干管冲击大，有时会造成城市淹水。初期雨水弃流设施是有效的水质控制技术，合理设计可控制径流中大部分污染物。目前国内针对不同汇水面，如屋面和路面，已有一些定型的截污装置和初期雨水弃流装置。主要有(1)初期雨水弃流池。在雨落管或汇集口处按照所需弃流雨水量设计弃流池，一般用砖砌、混凝土现浇或预制；( 雨落管弃流装置。是一种安装在屋面雨落管上的弃流装置，它是利用小雨通常沿管壁下流的特点进行弃流。这些弃流装置在随机降雨条件下，达到高效率分流初期径流的目的。然而，这些初期分流装置具有如下特点(1)典型区域屋面汇水面和路面汇水面的初期径流控制量相对容易掌握，而收集来自于屋面、路面等不同汇水面混合的雨水管道的初期雨水控制量还没有确定的方法，因此已有的初期雨水弃流设施都是针对某特定汇水面开发的，多用于分流屋面雨水；( 在目前的市政排水分流制系统中，雨污管网混接、乱接和错接现象严重，也给雨水系统的初期降雨径流分离和净化带来困难；C3)雨水初期分流设施，一般占地面积大，处理设施并没有考虑与周围环境相融合，并且自动化程度不高。因此，需要开发一种新的初期径流控制方法，用于工业、居住或办公小区分流制排水系统的初期降雨径流收集、分流、削峰和生态净化集成系统。
发明内容
为了解决小区排水系统雨水收集、分流、削峰和生态净化的功能需求，本发明开发了一种初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法，具体为小区雨水调蓄池和植草沟联合运行的自动/生态调控系统，目标是蓄存、分流和净化降雨初期径流，并通过实际工程进行了验证。本发明的目标是这样实现的(附
图1)考虑小区汇水面的降雨特性，对市政检查井实施改造，在市政检查井后设置雨水调蓄池，在雨水调蓄设施中设置初期雨水控制泵， 通过其中液位和降雨历时控制水泵的启停，从而调控初期雨水的处理量。初期雨水控制泵将初期雨水输送至连接于雨水调蓄池之后的植草沟进行利用和净化，初期雨水泵在水位降低到一定位置后关停，调节池中的水位上升达到溢流水位时，后期雨水排入市政雨水管网或河道(附图i)。降雨停后，初期雨水泵处于自动关闭状态。其中，雨水滞留分流池初期径流控制体积按下式估算V= ￥hFX10_3(l)
式中V——设计降雨径流量，m3ψ——综合径流系统；F——7jC 面积，104m2;h——初期雨水控制降雨量，mm，一般屋面径流为2_4mm，路面径流为6_8mm，市政管道径流为6-8mm ；植草沟的设计流程如下当降雨径流流经植草沟时，经沉淀、过滤、渗透、持留及生物降解等共同作用，径流中的污染物被去除。在降雨径流污染控制和雨水利用系统中，植草沟的设计应尽可能增加持留、渗透、传输、净化雨水能力，设计主要涉及水力计算和满足水质净化功能两部分，同时考虑水文、土壤及植物类型等因素。进入植草沟系统的降雨径流量Q1=FqFXlOD式中Gj1——设计降雨径流量，m3/s ；ψ——综合径流系统；F——汇水面积，104m2 ；q——设计暴雨强度，L/s · 104m2植草沟水力计算根据工程实际情况和经验数据，选择植草沟形状、确定植草沟坡度、粗糙度及断面
尺寸，通过曼宁等式计算植草沟水流深度、流量及植草沟长度，曼宁等式表示为
2 i込二FxJ = ^l(3)
ηR = —(4)
P式中％——植草沟计算径流量，m3/s ；V——雨水在植草沟断面的平均流速，m/s ；A——植草沟横断面面积，m2 ；R——横断面的水力半径，m ；i——草沟纵向坡度，m/m ；η——曼宁系数；ρ——湿周，m植草沟的长度为L = 60Q2t/A = 60Vt (5)式中L——植草沟设计长度，m ；t——水力停留时间，min ；植草沟设计要素校核用公式(2)和公式(3)验算流量和流速，当以1年1遇的暴雨强度计算得出的 Q2 — a时，或以5年一遇的暴雨强度计算得出的a—a时，返回步骤(3)，调整相关参数， 直到满足条件为止。当以ι年一遇的暴雨强度计算得出的込— a时，植草沟有足够处理暴雨的能力；且以5年一遇的暴雨强度计算得出的Q1 — a时，植草沟中径流流速和深度不会引起侵蚀，此时计算完毕。在设计要素的基础上进一步对植草沟进行平面和高程布置，保证植草地沟的径流水力临界条件和污染物净化效果。植草沟设计参数确定(1)曼宁系数η值曼宁系数η值在水流设计中是很重要的值，依赖于植草沟的许多物理特征，如沟底和沟边坡的粗糙度、植物种植(类型、高度、密度)及植物对雨水在植草沟中的水流方式的影响、植草沟曲折变化程度、植草沟纵向坡度、以及雨水在植草沟中的侵蚀和沉淀等因素，此变量直接影响植草沟中水流的排放、流速的估算。需要指出，决定曼宁系数η值的和参数相关性较强，需综合分析确定。根据经验，植草沟排水能力的计算应采用较大的阻力系数，而植草沟的稳定性计算应采用较小的阻力系数。用下式计算曼宁系数η = (n0+n1+n2+n3+n4) Xm5(6)式中η—植草沟的曼宁粗糙系数；η0——与植草沟渗透材料有关的系数；H1——反映植草沟不规则程度的系数；η2——反映植草沟断面变化的系数；η3——与植草沟控制堰或污染物拦截设置有关的系数；η4——与植草沟植物种植有关的系数；m5——反映植草沟曲折程度的系数。式中计算植草沟曼宁系数的各系数取值如表1所示。表1植草沟曼宁粗糙系数计算的各系数取值
权利要求
1.一种初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法，其特征是雨水通过区域市政管网系统进入雨水调蓄池，根据初期雨水在调蓄池中的水位决定雨水泵的启停控制，从而进行初期雨水分流，初期雨水输送至植草沟进行净化后排放，后期雨水在调蓄池水位提升后或排入河道，或用于灌溉绿地，或排入市政雨水管网。
2.根据权利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法，其特征是雨水通过滞留分流设施进行初期雨水量的控制，初期径流控制量为V= VhFX 10_3，其中，Ψ为综合径流系统，F为汇水面积；h为初期雨水控制降雨量。
3.根据权利要求1所述的初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法，其特征是通过植草沟对分流后的雨水进行净化，植草沟的水力计算、形状设计、长度设计、坡度设计、断面设计、草的高度设计等。
全文摘要
一种初期雨水收集、分流、削峰及生态净化的方法。雨水通过市政雨水管道进入雨水调蓄池，通过泵的自动控制，将污染较为严重的初期暴雨径流分离送入地表植草沟进行生态净化和就地灌溉利用。后期含污染物很低的大流量雨水可进入市政管道或直接排入景观河道进行利用。本方法与周围绿化景观相协调。本发明能收集、贮存暴雨径流，削减洪峰，并将污染较为严重的初期暴雨有效分离净化，占地面积小，能自动控制。既能使排出的雨水径流水质提高，防止对受纳水体的污染，又能够提高对雨水资源的利用。
文档编号E02B5/00GK102400494SQ20101027774
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者刘燕, 叶磊, 尹澄清, 赵洪涛 申请人:中国科学院生态环境研究中心