本发明涉及给排水技术领域，具体是涉及一种与自然水体连通的管道的治理系统及方法。
背景技术
国内一些城市如上海、深圳等由于地下水位较高，城市的河道水位较高，地下水很容易渗入管道中，特别是管道破损严重时。目前这些城市中，管道都处于高水位运行的状态。
面对这种高水位情况，在晴天时，管道内有地下水入渗，如果强制排空管道内的水时，由于污水浓度并不高且水量较大，很容易造成污水厂处理压力大；而且，不断会有地下水入渗，如果一直抽会导致地面下陷；同时，当管道内的水被排空时，管道内的沉积物容易板结，不易被流水冲刷掉。因此，晴天时，不能直接将与管道内的水抽光。
但是，如果管道内的水一直放置在管道内，则会面临更多的问题，尤其是当管道为直接与自然水体连通的管道时。具体的问题如下：当管道内存满水，由于生活污水进入管道后，该管道内晴天积存的水就会变为污水，一旦降雨，由于管道与自然水体连通，这些管道里面的污水就会直接排入到自然水体内，对自然水体造成污染。
而且，当管道内长期存满水，水又不流动，管道底部就会积累大量的沉积物，当降暴雨时，管道底部的沉积物就会混合雨水形成污水，排到自然水体(如河道)，进一步对自然水体造成污染。
因此，在地下水位较高的城市，管道内的污水如何处理是一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种与自然水体连通的管道的治理系统及方法。本发明能够防止与自然水体连通的管道内污水进入自然水体，从而避免对自然水体造成污染，同时降低污水厂处理压力。
本发明提供一种与自然水体连通的管道的治理系统，该系统包括：
管道，所述管道包括多个分管路和一个汇集管路；
至少一个分流装置，所述分流装置设于分管路上，每个分管路通过分流装置可分别与汇集管路和自然水体连通；
每个分流装置均具有至少一个进水口、第一出水口和第二出水口，所述进水口与所述分管路的进水端连通，所述第一出水口可与自然水体连通，所述第二出水口可与汇集管路连通；
存储池，所述存储池可与汇集管路连通，用于收集从汇集管路排出的雨水与所述管道内的积水混合后的污水。
在上述技术方案的基础上，所述系统包括第一开关件和第二开关件，所述第一开关件安装于靠近所述第一出水口处，用于截止和导通所述分流装置与自然水体的管路；
沿所述存储池的进水方向，所述第二开关件设置于所述存储池进水口或所述存储池进水口前侧，用于截止和导通所述分流装置与所述存储池的管路。
在上述技术方案的基础上，所述系统包括第三开关件，所述第三开关件安装于靠近第二出水口处，用于截止和导通所述分流装置与汇集管路之间的管路；所述第二出水口通过截流管与汇集管路连通。
在上述技术方案的基础上，所述存储池内设有智能喷射器和潜污泵，所述智能喷射器用于曝气冲洗所述存储池，所述潜污泵用于将存储池的污水排出。
在上述技术方案的基础上，所述分流装置为分流井、截流井或弃流井。
在上述技术方案的基础上，所述系统还包括拦渣装置，用于拦截悬浮物和漂浮物，所述拦渣装置设于所述分流装置内或所述分流装置与所述存储池之间。
在上述技术方案的基础上，所述系统还包括控制系统，所述控制系统包括液位计和与液位计信号连接的控制器；
所述液位计用于监测所述存储池内的液位高度；
所述控制器用于根据所述液位高度控制所述分流装置分别与所述自然水体和所述存储池之间的管路的导通和截止。
在上述技术方案的基础上，所述控制器内设有液位阈值；
当未达到液位阈值时，所述分流装置与所述存储池之间的管路导通，所述分流装置与所述自然水体之间的管路截止；
当达到液位阈值时，所述分流装置与所述存储池之间的管路截止，所述分流装置与所述自然水体之间的管路导通。
本发明提供一种与自然水体连通的管道的治理方法，使用上述与自然水体连通的管道的治理系统，该方法包括：
当降雨时，所述分流装置与存储池导通，管道内积存的污水经雨水冲刷排至存储池内，当存储池达到预设的最高蓄水水位时，存储池与管道的通路关闭；
此时，所述分流装置与自然水体之间的管路导通，雨水排放至自然水体，降雨结束后，所述分流装置与自然水体之间的管路关闭。
在上述技术方案的基础上，所述系统还包括控制系统，所述控制系统包括液位计和与液位计信号连接的控制器；
所述控制器内设有液位阈值；
所述液位计监测到的所述存储池内的液位高度低于液位阈值时，所述控制器控制所述存储池与所述分流装置之间的管路导通，控制所述自然水体与所述分流装置之间的管路截止；
所述液位计检测到的所述存储池内的液位高度高于液位阈值时，所述控制器控制所述存储池与所述分流装置之间的管路截止，控制所述自然水体与所述分流装置之间的管路导通。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明在降雨时，通过分流装置将雨水与管道内的积水混合后的污水和干净的雨水进行分流，存储池收集雨水与管道内的积水混合后的污水，防止污水进入自然水体，对自然水体造成污染，同时将干净的雨水排到自然水体，实现雨水的循环利用。而且，通过存储池方式存储污水，错开了雨水洪峰，然后再排至污水处理厂，降低污水厂处理压力。
(2)本发明设有控制系统，通过存储池的液位高度，可以实现本发明系统自动控制分流，当液位计监测到的存储池内的液位高度低于液位阈值时，控制器控制存储池与分流装置之间的管路导通，控制自然水体与分流装置之间的管路截止；液位计检测到的存储池内的液位高度高于液位阈值时，控制器控制存储池与分流装置之间的管路截止，控制自然水体与分流装置之间的管路导通。本发明的控制系统能够实现本系统的自动化控制，降低了人员维护成本。
(3)本发明能够对已有合流管和雨水管的改造，尤其适用于地下水位较高城市，解决了已有管道由于常年存有的积水发酵发臭或者混入生活污水管道内存有一定量的污水，在下雨天时，随着雨水一起排入自然水体的问题，改造成本低，具有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明与自然水体连通的管道的治理系统的实施例一的结构示意图。
图2是本发明与自然水体连通的管道的治理系统的实施例二的结构示意图。
附图标记：管道1、分管路101、汇集管路102、存储池2、潜污泵201、智能喷射器202、自然水体3、第一开关件4、第二开关件5、拦截件6、水泵7、分流井8、拦渣装置9、第三开关件10、截流管11。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种与自然水体连通的管道的治理系统，包括：管道1、至少一个分流装置8和存储池2；
管道1，包括多个分管路101和一个汇集管路102；分流装置8设于分管路101上，每个分管路101通过分流装置8可分别与汇集管路102和自然水体3连通；
其中，每个分流装置8均具有至少一个进水口、第一出水口和第二出水口，进水口与分管路101的进水端连通，第一出水口可与自然水体3连通，第二出水口可与汇集管路102连通；
存储池2可与汇集管路102连通，用于收集从汇集管路102排出的雨水与管道1内的积水混合后的污水。管道1可以为分流制的雨水管，也可以为合流管。分流装置8为分流井、截流井或弃流井。
具体地，系统包括第一开关件4和第二开关件5，第一开关件4安装于靠近第一出水口处，用于截止和导通分流装置8与自然水体3的管路；
沿存储池2的进水方向，第二开关件5设置于存储池2进水口或存储池2进水口前侧，用于截止和导通分流装置8与存储池2的管路。其中，第一开关件4可以为闸门、堰门和气枕等，第二开关件5也可以为为闸门、堰门和气枕等。其中，第一开关件4和第二开关件5根据实际的管道情形，可以单独设置也可以一起设置。
进一步地，系统还可以包括第三开关件，第三开关件安装于靠近第二出水口处，用于截止和导通分流装置8与汇集管路102之间的管路；第二出水口通过截流管与汇集管路102连通。
其中，存储池2内设有智能喷射器202和潜污泵201，智能喷射器202用于曝气冲洗存储池2，潜污泵201用于将存储池2的污水排出。
可选地，系统还包括拦渣装置9，用于拦截悬浮物和漂浮物，拦渣装置9设于分流装置8内或分流装置8与存储池2之间。
其中，在本发明中，系统还包括控制系统，控制系统包括液位计和与液位计信号连接的控制器；
液位计用于监测存储池2内的液位高度；
控制器用于根据液位高度控制分流装置8分别与自然水体3和存储池2之间的管路的导通和截止。
控制器内设有液位阈值；
当未达到液位阈值时，分流装置8与存储池2之间的管路导通，分流装置8与自然水体3之间的管路截止；
当达到液位阈值时，分流装置8与存储池2之间的管路截止，分流装置8与自然水体3之间的管路导通。
下面列举两个本发明的系统的具体结构形式：
实施例一
参见图1所示，本发明的系统包括：管道1、冲洗装置、存储池2、第一开关件4、第二开关件5、第三开关件10、拦截件6、分流装置8和拦渣装置9。
其中，管道1，包括多个分管路101和一个汇集管路102；分流装置8设于分管路101上，每个分管路101通过分流装置8可分别与汇集管路102和自然水体3连通。其中，每个分流装置8均具有至少一个进水口、第一出水口和第二出水口，进水口与分管路101的进水端连通，第一出水口可与自然水体3连通，第二出水口可与汇集管路102连通；存储池2可与汇集管路102连通，收集的雨水与管道1内的积水混合后的污水和/或冲洗装置冲洗积水管道的冲洗水。
存储池2内设有智能喷射器202和潜污泵201，智能喷射器202用于曝气冲洗存储池2，潜污泵201用于将存储池2的污水排出。存储池2通过污水管路与污水处理厂连通。潜污泵201可作为水泵7，当然也可以额外设置水泵7，水泵7可以设于分流装置8中，也可以设于管道1中。其中，拦截件6为偏心堵门。
其中，第一开关件4可以为下开式堰门或气枕，设于分流装置8壁处，第二开关件5可以为上开式闸门，设于存储池2的进水口处。其中，系统包括第三开关件，第三开关件10安装于靠近第二出水口处，用于截止和导通分流装置8与汇集管路102之间的管路；第二出水口通过截流管11与汇集管路102连通。在本实施例中，每个分管路101上均设有分流装置8。
实施例二
参见图2所示，实施例二与实施例一的区别在于：有两个分管路101通过一个分流装置8进行分流，将该分流装置8设于一个分管路101上，该分流装置8有两个进水口，分别与两个分管路101连通，另一个分管路101通过管道与分流装置8的进水口连通。可以想到的是，一个分流装置8可以对一个、两个或多个分管路101进行分流。在本实施例中，其中一个分流装置8内设有水泵7。
本发明还提供一种与自然水体连通的管道的治理方法，使用上述与自然水体3连通的管道1的治理系统，该方法包括：
当降雨时，分流装置8与存储池2导通，管道1内积存的污水经雨水冲刷排至存储池2内，当存储池2达到预设的最高蓄水水位时，存储池2与管道1的通路关闭；
此时，分流装置8与自然水体3之间的管路导通，雨水排放至自然水体3，降雨结束后，分流装置8与自然水体3之间的管路关闭。
具体地，系统还包括控制系统，控制系统包括液位计和与液位计信号连接的控制器；
控制器内设有液位阈值；
液位计监测到的存储池2内的液位高度低于液位阈值时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路导通，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止；
液位计检测到的存储池2内的液位高度高于液位阈值时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路截止，控制自然水体3与分流装置8之间的管路导通。
此外，本发明实施例还提供一种与自然水体连通的管道的治理系统，包括：分流装置8、冲洗装置和存储池2；
其中，冲洗装置用于冲洗管道1；分流装置8具有至少一个进水口、第一出水口和第二出水口，进水口与管道1的出水端连通，第一出水口可与自然水体3连通；存储池2可与第二出水口连通，用于收集雨水与管道1内的积水混合后的污水和/或冲洗装置冲洗管道1的冲洗水。管道1可以为分流制的雨水管，也可以为合流管。
具体地，系统包括第一开关件4和第二开关件5，第一开关件4安装于靠近第一出水口处，用于截止和导通分流装置8与自然水体3的管路；沿存储池2的进水方向，第二开关件5设置于存储池2进水口或存储池2进水口前侧，用于截止和导通分流装置8与存储池2的管路。第一开关件4和第二开关件5根据实际的管道情形，可以单独设置也可以一起设置。其中，第一开关件4可以为闸门、堰门和气枕等，第二开关件5也可以为为闸门、堰门和气枕等。
当本实施例是针对已经有的管道1进行改造情况，由于现有的管道1没有进行清理，常年有污水在其内沉积形成的淤泥，当下暴雨时，会将管道1内的淤泥冲起。本系统的冲洗装置可以包括清淤设备，用于清理管道1底部的淤泥；清淤设备包括高压水枪或冲洗机器人，通过高压水枪或冲洗机器人将管道1底部的淤泥清松。
当管道1为新建管道或者已经进行了清淤的情况，后期为了维护管道1内的清洁，设置冲洗装置，冲洗装置包括至少一个设于管道1内的拦截件6，用于拦截管道1内的积水，沿水流方向，当拦截件6开启时，拦截件6上游的拦截的水冲洗拦截件6下游的管道1。拦截件6可以是偏心堵门、闸门或堰门或其他能够实现水位变化的结构，可以全部封闭管道1也可以部分封闭管道1。当管道1为雨水管时，拦截件6可设于雨水管的雨水井处。
进一步地，管道1内可以设有用于监测水位的液位计，在管道1内的水位超过设定水位h1时，将管道1内的水排出，当管道1内的水位降至h0时，停止排放，保持管道1内有一定的水，避免淤泥板结，同时，通过抽取管道1内的水，防止管道内充满水，水又不流动，管道1底部有大量沉积物。可选地，系统还包括水泵7，当管道1内的液位超过设定液位时，水泵7将管道1内的水排出到污水处理厂或存储池2。水泵7设于管道1内，可以直接将污水输送到污水处理厂。或存储池2内设有用于将存储池2的污水排出的潜污泵201，潜污泵201作为水泵7，将管道1内的污水输送到存储池2后，再经存储池2输送到污水处理厂。具体地，分流装置8内设有晴天泵和雨天泵，雨天泵的出水口为第一出水口，晴天泵的出水口为第二出水口。
可选地，存储池2内设有智能喷射器202和潜污泵201，智能喷射器202用于曝气冲洗存储池2，潜污泵201用于将存储池2的污水排出。存储池2通过污水管路与污水处理厂连通。此时，存储池2相当于调蓄池。分流装置8为分流井、截流井或弃流井。
进一步地，管道1可以包括多个分管路101和与多个分管路101连通的一个汇集管路102，汇集管路102通过分流装置8可分别与自然水体3和存储池2连通，冲洗装置用于冲洗分管路101。
可选地，系统还包括拦渣装置9，用于拦截悬浮物和漂浮物，拦渣装置9设于分流装置8内或分流装置8与存储池2之间。拦渣装置9可以采用网状结构。
其中，系统还包括控制系统，控制系统包括雨量计、液位计和分别与雨量计、液位计信号连接的控制器；
雨量计用于监测降雨量；
液位计用于监测存储池2内的液位高度；
控制器用于根据降雨量和/或液位高度控制分流装置8分别与自然水体3和存储池2之间的管路的导通和截止。
为了控制本系统更好地实现功能，控制器与第一开关件4、第二开关件5、潜污泵201、智能喷射器202、拦截件6和管道1内用于监测水位的液位计连接。
进一步地，冲洗装置也与控制器信号连接，控制器用于根据冲洗装置工作信号控制分流装置8分别与自然水体3和存储池2之间的管路的导通和截止。
其中，控制器内设有雨量阈值和液位阈值；
当未达到雨量阈值时，分流装置8与存储池2之间的管路截止，分流装置8与自然水体3之间的管路截止；
当达到雨量阈值未达到液位阈值时，分流装置8与存储池2之间的管路导通，分流装置8与自然水体3之间的管路截止；
当达到雨量阈值达到液位阈值时，分流装置8与存储池2之间的管路截止，分流装置8与自然水体3之间的管路导通。
本发明还提供一种与自然水体连通的管道的治理方法，使用上述与自然水体3连通的管道1的治理系统，该方法包括雨天模式和冲洗模式，根据使用需要选择雨天模式或者冲洗模式，具体如下：
雨天模式：
当降雨时，分管路101与存储池2导通，分管路101内积存的污水经雨水冲刷排至存储池2内，当存储池2达到预设的最高蓄水水位时，存储池2与分管路101的通路关闭；
此时，分管路101与自然水体3之间的管路导通，雨水排放至自然水体3，降雨结束后，分管路101与自然水体3之间的管路关闭。
具体地，该系统包括控制系统，控制系统包括雨量计、液位计和分别与雨量计、液位计信号连接的控制器；
雨天模式还包括：
在控制器内设置雨量阈值和液位阈值；
当雨量计监测到的降雨量小于雨量阈值，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路截止，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止。此时，管道1的水位上升。
当雨量计监测到降雨量达到雨量阈值，同时液位计监测到的存储池2内的液位高度低于液位阈值时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路导通，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止。此时，控制器控制拦截件6开启，冲洗管道1。控制器实现管道1冲洗的控制。
当雨量计监测到的降雨量达到雨量阈值，同时液位计检测到的存储池2内的液位高度高于液位阈值时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路截止，控制自然水体3与分流装置8之间的管路导通。
其中，存储池2的最高水位可通过液位计监测，存储池2可以设置为容积v＝v1+v2，v1为晴天时积存在管路内的水量，v2为收集一定毫米数初雨所需的存储容积。在实际应用中，可以根据具体情况，设置存储池2的容积和最高蓄水水位，控制存储池2达到预设的最高蓄水水位时，混有积水的雨水已全部收集，干净的雨水排放至自然水体3。
可选地，当管道1内的水位超过设定水位h1时，第二开关件5稍稍开启，启动水泵7将管道1内的水排至存储池2；
当管道1内的水位超过警戒水位h2时，第二开关件5全开，管道1中积存的水迅速排至存储池2内，其中，h2≥h1。
当管道1内的水位超过警戒水位h2时，然后径流的初雨也会进入存储池2内。
当存储池2达到预设的最高蓄水水位时，第二开关件5关闭，第一开关件4开启，干净的雨水排放至自然水体3。
冲洗模式：
当冲洗装置工作时，分管路101与存储池2之间的管路导通，冲洗装置冲洗管道1的冲洗水排至存储池2内，当存储池2达到预设的最高蓄水水位时，分管路101与存储池2的通路关闭，冲洗装置停止工作。
一般，对于现状管道1原则上首先要进行一次彻底的清淤。可选地，冲洗装置为高压水枪或冲洗机器人；冲洗模式包括：
分管路101与存储池2处于导通状态，用高压水枪或冲洗机器人把分管路101底部的的淤泥清松，水流带动管道1底部的淤泥一起流入存储池2。
其中，首次采用高压水枪或冲洗机器人对分管路101进行冲洗后，冲洗后的水流入存储池2；
首次冲洗以后，间隔一定时间将自然水体的水引入分管路101内，再次对分管路101进行冲洗，冲洗分管路101的流水进入存储池2。在实际应用中，排空存储池2之后，关闭第二开关件5，对于淹没式管道1，可以开启第一开关件4，把河道里面的水引入管道1，然后关闭第一开关件4，进行第二次冲洗，管道1基本可以冲洗干净。对于非淹没管道1，可以采用把河道里面的水通过水泵7抽送至该管道1，进行第二次冲洗，然后排空存储池2。
当管道1完成第一次彻底冲洗后，可以设置定期采用水力自动冲洗模式，冲洗周期可以设置为一月进行一次冲洗，每次连续冲洗两次。水力自动冲洗模式不需要用高压水枪或冲洗机器人。
当每个分管路101内安装有至少一个拦截件6时，冲洗模式包括：采用拦截件6将分管路101分段，拦截件6上游的水位上升，当水位上升到一定高度后，拦截件6开启，冲洗拦截件6下游的管路；
当有多个间隔设置的拦截件6时，从靠近存储池2的拦截件6开始，依次通过拦截件6开启拦截件6后段的管路，使流水冲洗拦截件6下游的管路。其中，采用拦截件6冲洗管道时，可以将河道的水引入，也可以利于降雨时的雨水。
进一步地，为了将雨水用于管道的冲洗，当雨量计监测到的降雨量小于雨量阈值，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路截止，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止。管道1的水位上升，控制器控制拦截件6将管道1分段；当雨量计监测到降雨量达到雨量阈值，同时液位计监测到的存储池2内的液位高度低于液位阈值时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路导通，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止，控制器控制拦截件6从靠近存储池2的拦截件6开始，依次控制拦截件6开启，冲洗拦截件6下游的管路，雨水与管道内的积水混合后的污水入存储池2。控制器实现管道1冲洗的控制。同时，当往管道1注水的时候，控制件控制存储池2与分流装置8之间的管路的截止、导通以及拦截件6的方式与雨水原理类似。
当一分管路101的拦截件6打开冲洗该分管路101时，该分管路101与存储池2之间的管路导通，同时其他分管路101的拦截件6关闭，其他分管路101与存储池2之间的管路截止，依次冲洗每一分管路101。其中，降雨时，控制器单个分管路101的冲洗的原理与控制管道1冲洗原理相同。
其中，该系统中控制器还与冲洗装置信号连接；冲洗模式还包括：控制器根据冲洗装置工作信号时，控制器控制存储池2与分流装置8之间的管路导通，控制自然水体3与分流装置8之间的管路截止。
本发明的方法还包括，晴天模式：
当分管路101内的水位超过设定水位h1时，将分管路101内的水排出，当分管路101内的水位降至水位h0时，停止排放；其中，h1≥h0。实际应用中，水泵一般都需要一个启泵水位和一个停泵水位。具体地，分管路101内的管道液位计与控制器信号连接，当分管路101内的水位超过设定水位h1时，管道液位计将液位信号发送给控制器，控制器启动水泵7将分管路101内的水排出，分管路101内的水位降至水位h0，管道液位计将液位信号发送给控制器，控制器控制水泵7停止排水。
具体地，存储池2进口处的第二开关件5处于关闭状态，第一开关件4处于关闭防倒灌的状态，由于现状的分管路101存在地下水入渗的情况，所以晴天分管路101内积存有一定的水位，分管路101混接的生活污水也会进入分管路101内。
当分管路101内的水位超过设定水位h1时，第二开关件5、第三开关件10稍稍开启，启动水泵7，把水排到存储池2处理，当分管路101内的水位降至h0时，第二开关件5关闭，潜污泵201排空存储池2后关闭，能够防止水泵7一直抽地下水，造成市里地下水位下降。其中，水泵7可以把水直接排到污水管，也可以将水排入到存储池2后再排出到污水处理厂。同时，保持分管路101内的水位始终位于水位h0，便于计算分管路101的积存在管路内的水量，结合需要收集的雨量，从而计算存储池2的容积和最高蓄水水位，当存储池2达到预设的最高蓄水水位时，混有积水的雨水已全部收集，干净的雨水排放至自然水体3，有利于实现水体循环利用，控制精准，保障进入自然水体的水为干净的雨水，精确控制，降低了人员维护成本。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。