一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井和截流方法
【专利摘要】本发明公开了一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井和截流方法，适用于分流制雨水管道的改造，所述截流井包括井体，进流管，截流管，水力自动控制堰，四块限位块，浮筒，扇形挡流侧板，泄流小孔，分隔墙，溢流管，人孔，踏步，堰板轴等;所述截流方法采用所述截流井实施，下雨时进水管的流量随着降雨的增大而增大，当增大到一定程度，射流外曲线越过自动控制堰，自动控制堰由于浮筒浮力作用，堰板打开，进流管的水流完全被弃流，直到进流管水量几乎为零，由于泄流孔的泄流作用，浮筒下降，堰板复位，实现了后期较干净的雨水进入受纳水体。所述截流井完全采用水力控制，无需其他控制设备，运行稳定，维护简单，管理方便。
【专利说明】一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井和截流方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雨水排水处理技术，尤其是涉及一种可以截留初期雨水而完全弃流后期雨水的截留技术。
[0002]
【背景技术】
[0003]由于人类文明的发展，人们对环境的重视程度逐渐增加，城市排水系统也发生着深刻的变化，合流制管道系统向着截流式合流制系统和分流制系统发展，分流制系统雨水完全就近排放水体。但是人类的生产、生活使得大量的污染物被排放到环境当中，被雨水冲刷进入受纳水体，造成了环境的严重污染，如果将雨水全部收集进入污水厂处理，将会对污水厂的稳定运行造成巨大的冲击，也会造成污水厂规模旱期的严重浪费。初期雨水淋洗大气，并冲刷下垫面的污染物，使得初期雨水径流中含有大量的有机物、病原体、油脂、悬浮固体等污染物质，因此初期雨水的污染程度较高，往往是雨水径流中污染最严重的部分，而后期雨水比较干净，排入水体不会造成严重的污染。因此如果将初期雨水径流截留进入污水厂进行处理再排放，是一种较好的方法。传统的堰式或者槽堰式截流井由于堰的作用，会阻碍雨水管中水流的顺利排放，槽式、槽堰式、堰式和跳越堰式截流井都存在后期干净雨水不能实现弃流等问题(前3种还存截流量不稳定的问题，大水量时，实际截流量会大幅度增加)。此外，传统的电动控制堰板升降来实现截流与弃流装置具有运行不够稳定，结构比较复杂，维护困难等缺点。
[0004]例如我国专利号200910191015.X曾公开的一种初期雨水弃流装置，其主要由汇水室、弃流隔断、弃流通水管、水流控制机构、弃流前室、弃流后室、分流溢流堰、分流导流室、延时自动排空机构等构成。该装置虽然能够实现初期雨水弃流，但装置结构复杂，成本昂贵，同时由于延时控制室的存在会造成早期的部分初期雨水残留在里面进而混杂在后期清洁雨水中排出，排水管的设置会导致始终会有部分清洁雨水顺排水管进入到初期雨水外排管道，故存在分离效果较差，分离不彻底的缺陷。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是:怎样提供一种结构简单，便于实施，成本低廉且分离效果好的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井和截流方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案:
一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，包括井体，位于井体侧壁的进流管和出流管，其特点在于，所述井体下部还设置有将进流管和出流管隔开的自动控制堰，自动控制堰沿垂直设置于进流管前下方，自动控制堰下部的井壁上和进流管同侧设置有截流管，所述自动控制堰上部中间正对进流管位置设置有缺口，缺口上远离进流管一侧安装有和缺口匹配的堰板，堰板下端通过转轴可转动地连接在缺口下表面，堰板上背离进流管的侧面还通过一个向下弯折的连接杆固定连接有一个浮筒，浮筒位于一个由自动控制堰和分隔墙围成的积水空间内，所述分隔墙低于自动控制堰高度且底部具有水平连通到出流管方向的井体内腔空间的泄流孔；所述出流管位于井体内腔空间底部位置。
[0008]本方案的截流井能够用于初期雨水截流使其从截流管流出，后期干净雨水均通过出流管流出，实现了雨水的自动控制分离。同时其结构仅仅由溢流堰、堰板、分隔墙和浮筒等简单结构组成，具有结构简单，便于实施，成本低廉的特点。
[0009]作为优化，所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近进流管方向位置还各设置有一个凸起的接流限位块，接流限位块用于支撑限位堰板保持为上端向进流管方向倾斜的接水状态；所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近出流管方向位置还各设置有一个凸起的复位限位块，接流限位块用于堰板复位时限位保持为竖直向上的闭合状态。
[0010]这样优化后，为堰板的开启与复位提供支点，有利于堰板的准确开闭，并且避免水流冲击对堰板的破坏。
[0011]作为优化，堰板两侧沿远离进流管的方向各固定连接有一上部为弧形边的扇形挡流侧板。这样可以防止水力从堰板上重新回流到截流槽中。
[0012]作为优化，浮筒的筒体置于堰板的侧面，避免了水流的冲击破坏。
[0013]本发明还公开了一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流方法，其特点在于，采用了上述结构的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，并使得需要截流的初期雨水从进流管进入井体内腔后，由于水量较小直接落入到进流管和自动控制堰之间的井体空腔内并经截流管流到污水处理厂进行处理，随着进流管的流量增大，射流外曲线越过自动控制堰板顶部进入到自动控制堰和分隔墙之间的积水空间内，积水空间内水位上涨并带动浮筒上浮，进而带动堰板上端往进流管方向旋转为打开状态，堰板打开后靠接流限位块保持倾斜角度稳定使得后期雨水越过堰板，让后期干净的雨水均通过出流管外排。当雨停或者减小为不适宜直接外排的微雨后，进流管水量减小到低于泄流孔流量时，积水空间内的积水通过分隔墙下方的泄流孔排出，使得浮筒上升带动堰板复位完成一个工作周期。
[0014]本发明中，所述截流井的进水管的流量随着降雨的增大而增大，当增大到一定程度，射流外曲线越过自动控制堰，自动控制堰由于浮筒浮力作用，堰板打开，进流管的水流完全被弃流，直到进流管水量几乎为零，由于泄流孔的泄流作用，浮筒下降，堰板复位，实现了后期较干净的雨水进入受纳水体。所述截流井完全采用水力控制，无需其他控制设备，运行稳定，维护简单，管理方便。
[0015]本发明中，进流管水流越过堰板后，堰板与分隔墙中间的区域积水，堰板在浮筒浮力的顶托作用下向着进流管的方向旋转打开，水流完全被弃流。当堰板处于完全打开的状态时，进流管的射流内曲线也会超越堰顶，所以能够实现后期完全不截流。本发明完全实现了水力控制，装置简单，管理方便。本发明设置的堰板实现的是旋转开启，转动灵活。本发明中，在截流井井体中设置了分隔墙，墙体中间靠近底部设置泄流小孔，为浮筒的作用创造了条件。本发明中在堰板两边设置了 4个限位块，为堰板的开启与复位提供支点，有利于堰板的准确开闭，并且避免水流冲击对堰板的破坏。本发明中，堰板关于进流管纵剖面对称，两边宽度优选为超过管道内径5-10厘米，两侧加装挡流侧板，避免了水流从堰板上回到截流槽中。
[0016]本发明中，堰板的旋转实现了两个作用，一是减少了堰与进流管的距离，二是降低了堰口的高度，两种作用，都有利于水流跳越堰板，实现弃流。
[0017]本发明采用的截流井结构简单，功能实现过程简单，克服了传统垂直升降式堰板容易出现故障的问题
本发明中泄流小孔优选设置在分隔墙中间靠近底部的位置，其口径通过以分隔墙高度作为作用水头和后期最小控制流量计算得出，同时由于水流的冲击，小孔难于被堵塞。
[0018]综上所述，本发明能够将雨水径流中污染较严重的初期雨水截流进入污水厂，而后期较干净的雨水实现完全弃流，有效地减少了污水厂的建设规模和环境保护，且运行无能耗，维护简单。同时，具有截流井结构简单，便于实施，成本低廉且分离效果好的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明截流井的平面示意图。
[0020]图2是图1中B-B剖面结构示意图。
[0021]图3是图1中C-C剖面结构示意图。
[0022]图4是图1中A-A剖面结构示意图。
[0023]图5是图1中A-A剖面结构示意图的小水量情况。
[0024]图6是图1中A-A剖面结构示意图的前期中水量情况。
[0025]图7是图1中A-A剖面结构示意图的前期较大水量也就是需要控制的流量，浮筒作用前的情况。
[0026]图8是图1中A-A剖面结构示意图的较大水量，浮筒作用后的情况。
[0027]图9是图1中A-A剖面结构示意图的后期较小流量情况。
[0028]【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的结构作进一步的详细说明。
[0030]具体实施时，如图1-图9所示，一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，包括井体，位于井体侧壁的进流管I和出流管9 (即溢流管)，所述井体下部还设置有将进流管I和出流管9隔开的自动控制堰，自动控制堰沿垂直设置于进流管I前下方，自动控制堰下部的井壁上和进流管同侧设置有截流管2，所述自动控制堰上部中间正对进流管位置设置有缺口，缺口上远离进流管一侧安装有和缺口匹配的堰板3，堰板3下端通过转轴13可转动地连接在缺口下表面，堰板3上背离进流管I的侧面还通过一个向下弯折的连接杆固定连接有一个浮筒5，浮筒5位于一个由自动控制堰和分隔墙8围成的积水空间内，所述分隔墙8低于自动控制堰高度且底部具有水平连通到出流管9方向的井体内腔空间的泄流孔7 ;所述出流管9位于井体内腔空间底部位置。所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近进流管方向位置还各设置有一个凸起的接流限位块4，接流限位块4用于支撑限位堰板3保持为上端向进流管方向倾斜的接水状态；所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近出流管方向位置还各设置有一个凸起的复位限位块12，接流限位块12用于堰板3复位时限位保持为竖直向上的闭合状态。堰板两侧沿远离进流管的方向各固定连接有一上部为弧形边的扇形挡流侧板
6。图中标号10为人孔，标号11为踏步梯，以方便人员上下井。
[0031]一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流方法，采用了上述的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，并使得需要截流的初期雨水从进流管进入井体内腔后，由于水量较小直接落入到进流管和自动控制堰之间的井体空腔内并经截流管流到污水处理厂进行处理，随着进流管的流量增大，射流外曲线越过自动控制堰板顶部进入到自动控制堰和分隔墙之间的积水空间内，积水空间内水位上涨并带动浮筒上浮，进而带动堰板上端往进流管方向旋转为打开状态，堰板打开后靠接流限位块保持倾斜角度稳定使得后期雨水越过堰板，让后期干净的雨水均通过出流管外排。
[0032]具体地说，降雨事件发生后，下垫面雨水汇集进入分流制的雨水管网系统中，通过管道输送至截流井处，根据水量的变化，水量较大时，堰板实现自动开启弃流，降雨结束后并且管内径流消失后，堰板复位，进入下一场降雨事件的待机状态。
[0033]如图5和图6，进流管的流量小于需要截流的流量，射流外曲线在堰板截流范围之内，堰板会处于竖直状态，水量完全进入截流管，输送至下游处理厂或者调蓄池中。
[0034]如图7所示，进流管的流量较大，射流曲线部分越过了堰板顶，落到堰板和分隔墙中间的区域，由于泄流孔泄流量小于进入的流量，堰板和分隔墙中间的区域积水，水位上升，推动浮筒作用于堰板，堰板开启(如图8)，进流管的流量全部越过堰板弃流。由于开启后的堰板能够使得射流内曲线越过堰板，所以，后期只要有流量(如图9)，浮筒就会产生作用，堰板就会处于开启状态，作用结果是后期较干净的雨水全部溢流。
[0035]一场降雨产生的径流停止后，泄流孔会慢慢将堰板与分隔墙中间部分的水泄掉，浮筒下降，堰板随着浮筒复位回到图4所示状态，一个工作周期完毕，进入下一个周期的待机状态。
【权利要求】
1.一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，包括井体，位于井体侧壁的进流管和出流管，其特征在于，所述井体下部还设置有将进流管和出流管隔开的自动控制堰，自动控制堰沿垂直设置于进流管前下方，自动控制堰下部的井壁上和进流管同侧设置有截流管，所述自动控制堰上部中间正对进流管位置设置有缺口，缺口上远离进流管一侧安装有和缺口匹配的堰板，堰板下端通过转轴可转动地连接在缺口下表面，堰板上背离进流管的侧面还通过一个向下弯折的连接杆固定连接有一个浮筒，浮筒位于一个由自动控制堰和分隔墙围成的积水空间内，所述分隔墙低于自动控制堰高度且底部具有水平连通到出流管方向的井体内腔空间的泄流孔；所述出流管位于井体内腔空间底部位置。
2.如权利要求1所述的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，其特征在于，所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近进流管方向位置还各设置有一个凸起的接流限位块，接流限位块用于支撑限位堰板保持为上端向进流管方向倾斜的接水状态；所述自动控制堰上部缺口两侧壁上靠近出流管方向位置还各设置有一个凸起的复位限位块，接流限位块用于堰板复位时限位保持为竖直向上的闭合状态。
3.如权利要求1或2所述的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，其特征在于，堰板两侧沿远离进流管的方向各固定连接有一上部为弧形边的扇形挡流侧板。
4.一种水力自动控制的跳越堰初期雨水截流方法，其特征在于，采用了如权利要求3所述的水力自动控制的跳越堰初期雨水截流井，并使得需要截流的初期雨水从进流管进入井体内腔后，由于水量较小直接落入到进流管和自动控制堰之间的井体空腔内并经截流管流到污水处理厂进行处理，随着进流管的流量增大，射流外曲线越过自动控制堰板顶部进入到自动控制堰和分隔墙之间的积水空间内，积水空间内水位上涨并带动浮筒上浮，进而带动堰板上端往进流管方向旋转为打开状态，堰板打开后靠接流限位块保持倾斜角度稳定使得后期雨水越过堰板，让后期干净的雨水均通过出流管外排。
【文档编号】E03F5/00GK103590484SQ201310584247
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】付国楷, 陈水平, 张梦玲, 吴越, 陆颂, 徐官安, 雷莉 申请人:重庆大学