雨水口改造方法与流程

本发明涉及雨水口改造技术领域，特别是指一种雨水口改造方法。

背景技术：

随着我国工业点源污染得到有效控制和城市污水收集-处理系统的逐步完善，由降雨冲刷引起的城市面源污染仍然对我国地表水环境构成了严重威胁。地表径流的随机性、集中排放、冲击负荷大、源头监测难、比点源污染难以控制处理等特点，已经引起国际社会的高度重视。

为了有效解决城市内涝及城市面源污染问题，海绵城市建设已成为我国城市化进程中的一项重要措施。低影响开发技术通过大量分散式的微观景观尺度措施维持和再现城市开发前的水文过程，通过截留、渗透、过滤等措施对于雨水进行源头控制。

目前，国内海绵城市建设基本上基于对已建城区进行海绵设施改建，海绵城市建设过程中，原有路面雨水口废除，新雨水口增设于路面周围的绿地。但据现场观测，绿地中改建的雨水口普遍存在由于高程问题而带来的雨水口溢流问题。雨水口设置于绿地地势最低点，路面径流汇集进入绿地，由于雨水口地势过低，径流雨水顺势流入雨水口，径流雨水不仅对草地带来一定的冲刷作用，也使得草地未能充分发挥对径流雨水的净化作用，导致径流雨水直接经雨水口排入市政雨水管网。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种雨水口改造方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明实施例提供了一种雨水口改造方法，包括以下步骤：包括以下步骤：

制作溢流环；其中，所述溢流环包括截留壁，所述截留壁的下部为密闭环周，所述截留壁的上部开设有多个截流孔，所述多个截流孔沿着所述截留壁的周向均匀分布；

将所述溢流环固定在雨水口上。

可选地，制作溢流环，包括：

根据低势绿地的蓄水量，计算所述密闭环周的高度；

根据雨水径流总量、雨水下渗量和所述低势绿地的蓄水量，计算所述截流孔的横截面积；

基于所述密闭环周的高度和所述截流孔的横截面制作溢流环。

可选地，根据低势绿地的蓄水量，计算所述密闭环周的高度，包括：

采用以下公式计算低势绿地的蓄水量：u=q1-s1；

其中，u为低势绿地的蓄水量，q1为低势绿地的雨水径流量，s1为低势绿地的雨水下渗量；

将所述低势绿地的蓄水量与所述低势绿地的渗透面积相除得到的商作为所述密闭环周的高度。

可选地，采用如下公式计算所述低势绿地的雨水径流量：

其中，h为初期弃流量，为综合雨量径流系数，f为汇水面积。

可选地，采用如下公式计算所述低势绿地的雨水下渗量：

s1＝akjasts

其中，a为综合安全系数，k为土壤渗透系数，j为水力坡降，as为低势绿地的渗透面积，ts为第一渗透时间。

可选地，根据雨水径流总量、雨水下渗量和所述低势绿地的蓄水量，计算所述截流孔的横截面积，包括：

根据以下公式计算所述截流孔的流量：

v＝q2×t-s2-u

其中，v为截流孔的流量，q2为雨水径流总量，t为降雨历时，s2为雨水下渗量，u为低势绿地的蓄水量；

将所述截流孔的流量与所述截流孔的期望流速相除得到的商作为所述截流孔的总横截面积；

基于所述截流孔的总横截面积确定单个所述截流孔的高度和宽度。

可选地，采用如下公式计算所述雨水径流总量：

q2＝ψqf

其中，ψ为综合流量径流系数，q为当地暴雨强度，f为汇水面积。

可选地，采用如下公式计算所述绿地的雨水下渗量：

s2＝akjat

其中，a为综合安全系数，k为土壤渗透系数，j为水力坡降，a为渗透面积，t为第二渗透时间。

可选地，所述多个截流孔包括多个第一截流孔和多个第二截流孔，所述截流孔的形状为矩形；

所述多个第一截流孔位于同一水平线上，形成第一截流孔排，所述多个第二截流孔位于同一水平线上，形成第二截流孔排，且所述第一截流孔排与所述第二截流孔排互相平行。

可选地，所述第一截流孔与所述第二截流孔交错设置。

本发明实施例针对普遍存在的由于地势高程控制不佳带来的雨水口溢流问题，通过溢流环底部设置一定高度的密闭环周，达到降低径流流速、增大雨水下渗量和净化量的目的，特别是污染严重的初期暴雨径流，通过溢流环上部开设有截流孔，用来截获水中枯叶及大颗粒物质。通过溢流环对径流雨水的消能、过滤和净化作用，最终溢流的雨水通过雨水口进入市政雨水管道，达到减少城市面源污染的作用。本发明通过对雨水口加筑溢流环，减缓绿地径流流速，增强植物对雨水的下渗和净化作用，特别是污染严重的初期暴雨径流。本发明通过调整雨水口来增加对径流雨水的消能、净化作用对于控制城市面源污染具有十分重要的意义，适用于雨水口直接与市政雨水管连接的情况，可以有效降低市政雨水管的水质压力，提高水质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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为本发明实施例的溢流环的立体图；

图2为本发明实施例的低势绿地的结构示意图；

图3为本发明实施例的溢流环的主视图；

图4为本发明实施例的雨水口改造前的示意图；

图5为本发明实施例的雨水口改造后的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

针对目前普遍存在的由于雨水口地势过低而带来的径流雨水冲刷现象严重和净化效果不佳的问题，本发明实施例提供了一种雨水口改造方法，该方法可以在不对路面高程做出大范围调整的情况下即可缓解雨水冲刷和净化问题。该方法通过在雨水口增设溢流环，不仅可以过滤径流雨水中的杂质，还可以增强对径流雨水的消能、截留和净化作用，从而有效降低市政雨水管的水质压力，达到控制城市面源污染的作用。

作为本发明的一个实施例，所述雨水改造方法包括以下步骤：

步骤101，制作溢流环；其中，所述溢流环包括截留壁，所述截留壁的下部为密闭环周，所述截留壁的上部开设有多个截流孔，所述多个截流孔沿着所述截留壁的周向均匀分布。

步骤102，将所述溢流环固定在雨水口上。

本发明实施例提供的方法，通过设计不同规格的溢流环，并将溢流环加筑雨水口，增加对地表初期径流雨水的截留渗滤作用，在削减径流水动力的同时，承担地表径流的排放功能。如图1所示，所述溢流环1分为上下两部分，溢流环1的下部为具有一定高度的密闭环周11，溢流环1的上部开设有截流孔12。

由海绵城市建设技术指南可知，溢流环的顶部标高一般应高于低势绿地5-10cm。但是，存在雨水口标高与路面标高差距过大的现象，所以溢流环的总体高度应根据现场具体情况做出适当的调整，溢流环总体高度的设置应保证绿地径流雨水不漫流回路面。

可选地，在步骤101中，制作溢流环，包括：根据低势绿地的蓄水量，计算所述密闭环周的高度；根据绿地的雨水径流量、绿地的雨水下渗量和所述低势绿地的蓄水量，计算所述截流孔的横截面积；基于所述密闭环周的高度和所述截流孔的横截面制作溢流环。在本发明的实施例中，首先分别计算得到密闭环周的高度和截流孔的横截面，然后基于密闭环周的高度和截流孔的横截面制作溢流环，使得该溢流环不仅可以过滤径流雨水中的杂质，还可以增强对径流雨水的消能、截留和净化作用，从而有效降低市政雨水管的水质压力，达到控制城市面源污染的作用。

在溢流环的下部设置一定高度的密闭环周，用于降低径流雨水流速、增大雨水下渗量和净化量，特别是污染严重的初期暴雨径流。研究发现，合理控制初期雨水径流可有效解决城市面源污染问题。根据不同区域城市面源污染状况，确定初期弃流量，如图2所示，根据蓄水量＝径流量-渗透量，计算初期弃流量的最大积水深度，则初期弃流量形成的最大积水深度即为溢流环下部密闭环周的高度。

区域各水文要素之间存在如下水量平衡关系：

q1＝s1+z+u+q3

其中，q1为低势绿地的雨水径流量，m³；

s1为低势绿地的雨水下渗量，m³；

z为低势绿地的雨水蒸发量，m³；

u为低势绿地的蓄水量，m³；

q3为雨水溢流外派量，m³；

因此，低势绿地的蓄水量：u＝q1-s1-q3-z

在本发明的实施例中，溢流环下部密闭环周高度的设计按照可充分截留初期雨水弃流量的原则，即保证初期弃流雨水不发生溢流，q3＝0；由于蒸发量较小，z可以忽略，z＝0。

因此，根据低势绿地的蓄水量，计算所述密闭环周的高度，包括：

采用以下公式计算低势绿地的蓄水量：u＝q1-s1；

将所述低势绿地的蓄水量与所述低势绿地的渗透面积相除得到的商作为所述密闭环周的高度。

可选地，低势绿地的雨水径流量可由初期弃流量、综合雨量径流系数和汇水面积计算得出。具体地，可以采用如下公式计算所述低势绿地的雨水径流量：

其中，q1为低势绿地的雨水径流量，m³；

h为初期弃流量，mm；

为综合雨量径流系数；

f为汇水面积，hm²。

需要说明的是，初期雨水弃流量(mm)可以根据区域面源污染状况，根据《海绵城市建设技术指南》中汇水面种类及其对应的雨量径流系数，通过加权平均计算雨水口服务汇水区的综合雨量径流系数。可选地，所述综合雨量径流系数可以采用以下公式计算得到：

其中，为某一种汇水面种类(比如沥青路面、草坪等)的雨量径流系数；

sn为某一种汇水面面积，m²。

可选地，可以采用如下公式计算所述低势绿地的雨水下渗量：

s1＝akjasts

其中，s1为低势绿地的雨水下渗量，m³；

a为综合安全系数；

k为土壤渗透系数，m/s；

j为水力坡降；

as为低势绿地的渗透面积，m²；

ts为第一渗透时间，s。

在本发明的实施例中，综合安全系数的取值可以是0.5-1，水利坡度j＝1，渗透时间指降雨过程中设施的渗透历时，一般可取2小时。as一般为低势绿地最低处的渗透面积，如图2所示，也可以将低势绿地的最低处渗透面积和斜坡渗透面积之和作为as，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例根据低势绿地的蓄水量等于低势绿地容积，计算蓄水深度(积水深度)，即为溢流环密闭环周的高度。因此，溢流环的密闭环周的高度可充分截留初期雨水，增大初期雨水在低势绿地的停留时间和净化作用。

溢流环上部：在溢流环上部设置矩形孔，用于拦截径流中杂质，保障溢流进雨水口的水中杂质较少。同时在每个矩形孔上部保留一定高度的不开孔部分，用于在低势绿地内水流速相对较缓的情况下，阻挡漂浮在水面上部的悬浮物、溶胶状物质，从而达到更好的净化效果。

在溢流环上开设截流孔可以减小通过低势绿地进入雨水篦子的水流流速，如此当遇大雨及暴雨时，通过低势绿地与溢流环的双重运用，将雨水短暂储蓄后再下渗或流入雨水井可一定程度上减缓雨水汇入市政管网的速度，从而降低强降雨时市政管网的排水压力。另一方面溢流环可使流量均匀地分布在溢流环上半部的进水截面上，避免进入雨水篦子的水量及水速过大冲击使雨水篦子中的过滤层中堆积的淤泥、腐质物翻腾和破碎。可选地，根据雨水径流总量、所述低势绿地的雨水下渗量和所述低势绿地的蓄水量，计算所述截流孔的横截面积，包括：

根据以下公式计算所述截流孔的流量：

v=q2t-s2-u

其中，为截流孔的流量，q2为雨水径流量，t为降雨历时，s2为雨水下渗量，u为低势绿地的蓄水量；

将所述截流孔的流量与所述截流孔的期望流速相除得到的商作为所述截流孔的总横截面积；

基于所述截流孔的总横截面积确定单个所述截流孔的高度和宽度。

可选地，可以采用如下公式计算所述绿地的雨水下渗量：

q2=ψqf

其中，ψ为综合流量径流系数；

q为当地暴雨强度；

f为汇水面积。

其中，综合流量径流系数根据《海绵城市建设技术指南》中汇水面种类及其对应流量径流系数加权平均得出。

可选地，所述综合流量径流系数ψ可以采用以下公式计算得到：

其中，ψn为某一种汇水面种类(比如沥青路面、草坪等)的流量径流系数；

sn为某一种汇水面面积，m²。

需要说明的是，当地暴雨强度可通过查阅当地降雨资料由公式得出，例：重现期t＝5时，深圳暴雨强度q＝14.914/(t+12.388)0.602，t—降雨历时。

可选地，采用如下公式计算所述雨水下渗量：

s2＝akjat

其中，a为综合安全系数；

k为土壤渗透系数，m/s；

j为水力坡降；

a为渗透面积，m²；

t为第二渗透时间，s。

在本发明的实施例中，综合安全系数的取值可以是0.5-1，水利坡度j＝1，渗透时间指降雨过程中设施的渗透历时，一般可取2小时。其中，a可以是低势绿地的最低处渗透面积和斜坡渗透面积之和，也可以仅是低势绿地的最低处渗透面积，本发明实施例对此不作限制。

当径流总量超过溢流环下部密闭环周所截留的蓄水量时，雨水溢流现象即刻发生。溢流环上部孔洞总面积的计算可由径流总量、渗透量、蓄水量和孔洞处流速得出，其中蓄水量为上述溢流环下部密闭环周形成的蓄水量；孔洞处流速根据管网条件给出设计值(可根据现场实际情况与设计做出调整)。

a=(q2t-s2-u)/v

其中，a为截流孔的总横截面积，m²；

t为降雨历时，

u为低势绿地的蓄水量，m³；

v为截流孔的期望流速，m²/s。

那么，单个截流孔的横截面积a孔＝a/n

式中，n为截流孔的数量，个。

其中，截流孔的数量、形状、排列方式根据具体溢流环情况定制，推荐矩形形状。水力学中对于不可压缩流体，在横截面积相同的微圆通道和矩形通道中流动时，圆管湿周要小于矩形管湿周，因此流体在矩形管中流动时的表面张力更大，则需克服表面张力的驱动力就越大。因此，溢流环上部设置矩形孔而非圆孔，这可使汇入低势绿地的雨水能够渗透或得到有效净化后流入市政管网，雨水“缓”流的效果应该稍加明显。

可选地，如图1所示，所述多个截流孔12包括多个第一截流孔121和多个第二截流孔122，所述截流孔12的形状为矩形；所述多个第一截流孔121位于同一水平线上，形成第一截流孔排，所述多个第二截流孔122位于同一水平线上，形成第二截流孔排，且所述第一截流孔排与所述第二截流孔排互相平行。采用这种设计方式，可以有效截流杂质，且保证水流稳定通过截流孔。可选地，所述第一截流孔与所述第二截流孔交错设置，以有效截流杂质，且保证水流稳定通过截流孔。

在本发明的实施例中，所述溢流环用于加强绿地对径流雨水将能、下渗、过滤和净化作用。所述溢流环主要分为溢流环密闭环周和截流孔两部分。路面径流汇集进入低势绿地，溢流环通过滞留径流雨水从而消减径流雨水流速，缓解雨水径流对绿地的冲刷现象；溢流环可延长径流雨水在绿地的停留时间，加强对径流雨水的下渗和净化作用。溢流环下部的密闭环周高度通过初期雨水弃流确定。降雨冲刷初期重污染的雨水被溢流环下部密闭环周截留，增加初期雨水在绿地的停留时间，从而极大的改善对初期径流雨水的净化效果；发生强降雨事件时，溢流环上部设施的截流孔可过滤因径流雨水冲刷带来的杂质。溢流环可根据现场条件直接卡在雨水口井盖和本体之间的缝隙里或者粘结于雨水口周围，如图4-5所示，本发明能够在不对地势高程做出大幅度整改的情况下增加对径流雨水的控制效果，具有安装操作简易、拆卸方便及运行维护简便等特点。

取深圳某区域低位绿地内一雨水口作为案例示范点，根据现场情况设计雨水口溢流环。

据相关资料显示，相对于深圳而言，8mm左右的初期径流中污染物的平均负荷率高，超过8mm后的污染物负荷率增加很少。因此，为有效控制径流污染，可初步确定初期径流弃流量为8mm。

通过对现场的丈量计算，雨水口相较于草坪低25cm。结合海绵城市建设技术指南，溢流环顶部标高一般应高于低势绿地底部5-10cm。但由于现场雨水口与路面标高差距过大，所以设计溢流环总高为18cm。低势绿地在无降雨事件发生时无蓄水，因此，径流不外排情况下低势绿地的蓄水量：

u＝q1-s1

雨水口汇水面种类包括沥青路面和绿地两种，通过测量其汇水面面积和海绵城市建设技术指南中涉及的汇水面种类和雨量径流系数计算雨水口汇水区范围内的综合雨量径流系数。现场雨水口汇水面种类包括沥青路面和草坪两种，草坪内有低势绿地。沥青路面长18.25m，宽5.5m；草坪总长为18.25m，总宽为5.35m。查阅海绵城市建设技术指南可知沥青路面雨量径流系数0.8-0.9，草坪的雨量径流系数为0.15。草坪总宽度减去低势绿地宽度后，得到的草坪宽为4.2m。

f＝(18.25)×(4.2+5.5)＝117.025m²

h＝8mm

s1＝0.75×2.16×10^-5×0.3×14.55×2×3600＝0.509m³

u＝0.708-0.509＝0.198m³

所以，初期弃流量可在低势绿地中形成0.198m³的蓄水量即为低势绿地的积水量，设积水深度h1为未知数x，则蓄水量为:

h1＝4cm

因此，溢流环下部密闭环周的高度为4cm。

深圳暴雨强度：

降雨历时t取值25min，重现期为5年时，

暴雨强度q＝14.914/(t+12.388)^0.602＝1.685mm/min＝2.81×10^-5m/s

综合径流系数ψ：

绿地雨水径流量：q2＝ψqf＝0.4969×2.81×10^-5×14.55×(4.2+5.5)＝0.00197m³/s

雨水下渗量：s2＝akjat＝1×2.16×10^-5×14.55×(0.3+0.45+0.45)×2×3600＝2.715m³

根据现场雨水口状况及查阅当地降雨情况，孔洞处设计流速取值0.5m/s。

孔洞总面积:a＝(q2×t-s2-u2)/v＝(0.00197×25×60-2.715-0.198)/0.5＝0.08m²

为达到更好的拦截径流杂质、降低流速及延长溢流孔缓滞时间，设计两排溢流孔且上下交错布置。每排每半圆孔洞个数n取40个，共计160个。则单个孔洞面积为a孔＝a/n＝0.08/160＝0.0005m²

则设计单个孔洞长1cm，宽5cm，同排单孔间隔2cm。

设计校核：

已知雨水口直径80cm，即周长为2.51m。

全部孔洞长与间隔宽相加总计l＝80×0.01+79×0.02＝2.38m＜雨水口周长

符合设计要求。

由此可见，本发明实施例针对普遍存在的由于地势高程控制不佳带来的雨水口溢流问题，通过溢流环底部设置一定高度的密闭环周，达到降低径流流速、增大雨水下渗量和净化量的目的，特别是污染严重的初期暴雨径流，通过溢流环上部开设有截流孔，用来截获水中枯叶及大颗粒物质。通过溢流环对径流雨水的消能、过滤和净化作用，最终溢流的雨水通过雨水口进入市政雨水管道，达到减少城市面源污染的作用。本发明通过对雨水口加筑溢流环，减缓绿地径流流速，增强植物对雨水的下渗和净化作用，特别是污染严重的初期暴雨径流。本发明通过调整雨水口来增加对径流雨水的消能、净化作用对于控制城市面源污染具有十分重要的意义，适用于雨水口直接与市政雨水管连接的情况，可以有效降低市政雨水管的水质压力，提高水质。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。