海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统与流程

本发明涉及一种雨水的收集净化调蓄利用方法及系统，尤其是一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统，属于海绵城市建设技术领域。

背景技术：

在城市道路规划建设中，为缓解日益拥堵的交通状况，高架桥越来越多，产生了比较大的高架路面面积，形成了较大的汇水面，降雨时高架路面上将汇集大量雨水径流，若按传统的雨水快排方式不仅浪费大量的水资源，还将增加城市排水系统的负担，而高架下的绿化带的养护却需要大量浇灌用水。此外，高架桥上频繁的交通量，导致高架路面上沉积了大量污染物，在降雨过程中，沉积在路面上的大量污染物如颗粒物、有机物、氮磷、重金属、油脂等将混入雨水径流中，使高架路面径流污染十分严重，若直接排入附近水体，则会导致水体严重污染。

当前，海绵城市建设理念融入城市高架排水和景观系统的建造、设计和开发中，还需要一段时间。目前高架下绿化带多仅具单一景观功能，并未实现对高架下绿化带的滞留、净化、调蓄功能的充分利用,为单纯的造景绿化，为维持绿化带的景观效果，无雨或干旱季节还需额外浇灌自来水，极大地增加了市政设施的运维成本。

因此需要一种技术将当前城市高架下的绿化地面充分利用起来，在对雨水进行净化的同时进行蓄存利用，既减轻下雨时临近高架桥的市政雨水管网的负荷，也可降低城市高架绿化带日常维护时的浇灌成本。同时也可实现从源头上对高架路面上雨水径流及污染的有效控制及充分利用，建设环境友好型、资源节约型的城市高架桥。

通过对国内专利文献进行检索，发现有相关专利。如申请号cn201810662529.8，名称为“一种高架桥下的立体绿化方法及装置”的发明专利申请公开了一种高架桥下的立体绿化方法及装置，筛选了适于高架桥下生长的植物，在栽培基质中应用高吸水材料，采用模块化种植方式，对高架桥下的种植模块进行浸润式浇灌，实现雨水资源化，突破传统桥阴绿地平面绿化、藤蔓类垂直绿化形式和植物所用种类的限制，对高架桥的立体灰色空间进行绿化，使高架桥下绿化植物种类呈现多样性，提高高架桥下绿化景观质量，使立面绿化与高架桥融为一体，高架桥与城市景观融合，改善了城市高架及周边环境的割裂状况，使高架桥下及周边的景观环境可达、可用，成为积极的公共空间，将高架线从污染线转化成生态线、生命线，生态廊道，为城市高架下空间利用提供可复制模式。

又如申请号cn201711315778.1，名称为“高架桥下低维护持久景观水景及雨水自净化系统”的发明专利申请公开了一种高架桥下低维护持久景观水景及雨水自净化系统，包括：高架桥雨水收集模块，设置在高架桥面下方的雨水缓冲模块，铺设在雨水缓冲模块下方的潜流湿地，设置在潜流湿地中央的生态水池，以及设置在生态水池一侧的地下蓄水池。本高架桥下低维护持久景观水景及雨水自净化系统设计巧妙，通过高架桥雨水收集模块、雨水缓冲模块、潜流湿地、生态水池和地下蓄水池之间的配合，实现了雨水的收集、净化、储蓄及循环利用，解决了高架桥雨水直接排到市政管道而产生的压力过大造成路面积水及景观维护难造成的景观效果差以及雨水资源浪费的问题。

上述文献一虽然也是一种高架桥雨水收集利用的生态处理方式，但其采用模块化的绿化方式，不利于水分及营养物质的流通，且其对雨水的净化处理仅采用过滤器，没有采用生态处理方式净化，成本过高。文献二的方案需要的地面范围较大，不能灵活应用于不同的场合中。因此，还是需要改进。

技术实现要素：

本发明针对当前高架桥雨水收集利用中存在的问题，提出了一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用方法及系统，将高架桥面的雨水收集后，充分利用高架桥下的绿化地面，对收集的雨水进行净化蓄存利用。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用方法，通过设置收集输送单元对高架桥桥面雨水进行收集输送，在高架桥下设置生态净化处理单元和储存调蓄单元对收集的雨水进行过滤、沉淀和降解净化处理后对净化处理后的雨水进行储存，储存调蓄单元连接有控制装置对储存的雨水进行利用。

进一步地，设置收集输送单元对高架桥桥面雨水进行收集输送是指设置开口端在桥面的管道连接至生态净化处理单元，将桥面雨水收集后输送至生态净化处理单元。

进一步地，在高架桥下设置生态净化处理单元和储存调蓄单元是指在高架桥下设置雨水花园进行净水处理，并在雨水花园与收集输送单元的末端设置过滤沉淀区对雨水进行前期过滤沉淀处理；在雨水花园下方的位置设置储存调蓄单元对净化处理后的雨水进行储存。

进一步地，储存调蓄单元的规模根据高架桥桥面汇水面积、雨水径流厚度和雨量径流系数确定。

进一步地，控制装置对储存的雨水进行利用是指在种有植被的土壤中设置土壤水分探头实时探测土壤水分含量并反馈至与其连接的水分控制驱动器，水分控制驱动器根据土壤水分探头的探测结果确定植被喷淋系统的开启和关闭。

进一步地，控制装置对储存的雨水进行利用还包括在储存调蓄单元设置水位探头探测水位，并设置水位控制驱动器与水位探头连接，水位控制驱动器根据水位探头探测的水位和用水单元的需求控制用水单元水泵的开启和关闭。

一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用系统，包括对高架桥雨水进行收集的收集输送单元，与收集输送单元连通、对收集后的雨水进行过滤、沉淀和降解净化的生态净化处理单元，与生态净化处理单元连通、对净化后的雨水进行储存的储存调蓄单元，以及与储存调蓄单元控制连接的对储存的雨水进行利用的控制装置。

进一步地，收集输送单元包括开口端在桥面、末端连通至生态净化处理单元入口处的管道。

进一步地，生态净化处理单元包括与收集输送单元的末端连接的过滤沉淀区、与过滤沉淀区出水口连接的雨水花园。

进一步地，过滤沉淀区为进水口高于出水口的碎石堆，碎石堆内碎石堆高0.2-0.3m,碎石粒径范围20-50mm。

进一步地，雨水花园内填有对雨水进行净化处理的填料，其顶部下凹，下凹深度为200-300mm。

进一步地，填料的厚度不低于700mm。

进一步地，填料从上往下依次分为覆盖层、种植层、过渡层、砾石层。

进一步地，覆盖层为树皮或腐熟纤维质材料，粒径为40-60mm，厚度为50-100mm。

进一步地，种植层组分为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，粒径范围分别为0.5-2.5mm、0.5-1.5mm、4-10mm，混合比例（质量比）分别为40-60%、30-40%和10-20%，厚度为400-600mm。

进一步地，过渡层为中砂，粒径为0.3-1.5mm，厚度为50-100mm。

进一步地，砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合而成，砾石和木屑或碎纸片的粒径范围分别为5-20mm、5-10mm，厚度为200-300mm。

进一步地，雨水花园底部和侧面距底部300-400mm范围内均铺设透水土工布，包裹雨水花园中填料。

进一步地，雨水花园种植有浅根且短时间耐水淹植被。

进一步地，雨水花园内设置与市政雨水管网连通的溢流管。

进一步地，控制装置包括实时探测土壤水分含量的土壤水分探头、与土壤水分探头连接并接受其反馈信息的水分控制驱动器、由水分控制驱动器控制其开启和关闭的喷淋系统。

进一步地，控制装置还包括设置在储存调蓄单元的水位探头、与水位探头连接的水位控制驱动器、与用水单元连接并受水位可控制驱动器控制的水泵。

本发明的有益效果是：

本发明通过在高架桥下设置桥面雨水的生态净化系统的方式，充分利用原有的场地对桥面被污染的雨水进行净化处理后蓄存，再利用蓄存的雨水对桥下的绿化植物浇灌，既减轻下雨时临近高架桥的市政雨水管网的负荷，也可降低城市高架绿化带日常维护时的浇灌成本。同时也可实现从源头上对高架路面上雨水径流及污染的有效控制及充分利用，建设环境友好型、资源节约型的城市高架桥，满足当前海绵城市建设的需要。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例一

一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用系统，在高架桥下设置管道作为收集输送单元对桥面雨水进行收集，在实际应用中，高架桥本身会设有雨落管，通常是连接到市政管道，在本实施例中，可以利用原有的雨落管，将其出水口改掉，加上雨水径流延申至后续处理部位。

在桥下管道的出水口或雨水径流的末端处设置碎石堆作为过滤沉淀区，随时堆的入水口稍低于地面，或者管道的出水口伸入碎石堆一部分，以便管道收集的雨水能够顺畅地流入碎石堆而不至于碎石堆附近的地面积水。碎石堆内堆放碎石，碎石高度为0.2-0.3m，碎石粒径范围20-50mm，且优选的堆放方式为入水口侧的碎石粒径较大、出水口侧的碎石粒径较小，以及上方的碎石粒径较大、下方的碎石粒径较小，以将雨水内较大的污染物截留后过滤沉淀。碎石堆的出水口低于其入水口，保证初步过滤沉淀后的雨水从出水口处流出，而不会在入水口处产生倒流。碎石堆的深度可大于碎石的高度。碎石堆的出水口位于碎石的最下方处。

碎石堆的出水口处设有雨水花园，雨水花园的顶部下凹200-300mm，以与碎石堆的出水口平齐或者低于碎石堆的出水口，保证过滤沉淀后的雨水流入雨水花园进行净化。对于雨水花园面积的确定，发达国家规范要求服务面积与雨水花园面积比为20:1，按照控制80%全年降雨量目标，服务面积与雨水花园面积比应不低于5:1；按照控制60%全年降雨量目标，服务面积与雨水花园面积比应不低于8:1，在实际使用中可以根据年降水量和服务面积来最终确定雨水花园的规模。

雨水花园内填有厚度不低于700mm的填料，从上到下依次为覆盖层、种植层、过渡层、砾石层。填料上种植有浅根且短时间耐水淹植被，如如鸢尾等。覆盖层为树皮或腐熟纤维质材料，粒径为40-60mm，厚度为50-100mm；种植土层填料组分为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，粒径范围分别为0.5-2.5mm、0.5-1.5mm、4-10mm，混合比例（质量比）分别为40-60%、30-40%和10-20%，厚度为400-600mm；过渡层为中砂，粒径为0.3-1.5mm，厚度为50-100mm；砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合而成，砾石和木屑或碎纸片的粒径范围分别为5-20mm、5-10mm,厚度为200-300mm。雨水花园底部和侧面距底部300-400mm范围内均铺设透水土工布，包裹雨水花园中填料，保证桥面雨水经雨水花园净化处理后能够流出，而雨水花园的填料结构不会改变，不会影响雨水花园的净化处理效果，保证长期的处理效果。

在雨水花园的正下方为储存调蓄单元，本实施例中，储存调蓄单元的规模按控制80%全年降雨量作为目标雨量、对应目标雨量的90%确定，目标雨量因地区不同而异，譬如株洲目标雨量约为28mm，储存单元规模应按收集25mm雨量确定。）储存调蓄单元的底部和四周均为不透水结构，顶部可采用具有局部开口的支撑结构，以保证净化处理后的雨水从雨水花园流入储存调蓄单元。

储存调蓄单元还连接有对储存的雨水进行控制利用的控制装置，即在高架桥下种有植被的土壤中设有实时探测土壤水分含量的土壤水分探头和喷淋系统，在储存调蓄单元附近设有水分控制驱动器与土壤水分探头和喷淋系统连接，土壤水分探头实时探测生态净化单元土壤水分含量并反馈至水分控制驱动器，水分控制驱动器根据土壤水分头探测结果确定生态净化单元喷淋系统的开启和关闭，实现高架桥下植被的自动浇灌，降低高架桥下绿化维护的人工劳动强度。

实施例二

本实施例中，雨水花园内设置溢流管，溢流管包括横管和竖管，横管设置在上下两端，竖管将两端的横管连通，下端的横管设在砾石层的底端，且在下端的横管上开有用透水土工布包裹的进水孔，上端的横管最高度超出雨水花园顶部、出口连接至临近的市政雨水管网，超过雨水花园处理能力或储存调蓄单元能力的雨水径流将通过溢流管排入临近的市政雨水管网。

实施例三

本实施例中，对储存调蓄单元的雨水进行利用控制的控制装置还包括在储存调蓄单元内设置水位探头和水泵，水泵与道路洒水等其他用水单元连接，同时还设置水位控制驱动器接收水位探头探测的水位信息、并根据水位信息控制水泵的开启与关闭，以优先高架桥下植被的浇灌。

实施例四

本实施例中，储存调蓄单元不是设置在雨水花园的正下方，可以设置在高架桥下面的其他位置，顶部平齐或者低于雨水花园的底部，当雨水花园与储存调蓄单元之间有一定距离时，可通过管道连接。

如图1所示，上述实施例还涉及一种海绵城市高架桥雨水收集净化调蓄生态利用方法，通过设置收集输送单元对高架桥桥面雨水进行收集输送，在高架桥下设置生态净化处理单元和储存调蓄单元对收集的雨水进行过滤、沉淀和降解净化处理后对净化处理后的雨水进行储存，储存调蓄单元连接有控制装置对储存的雨水进行利用。改变原来直接将桥面污水排入市政管道的方式，充分利用高架桥下面的空间对桥面被污染的雨水进行生态净化处理后储存利用，既减轻市政管网的负荷，也降低城市高架绿化带日常维护时的浇灌成本。

设置收集输送单元对高架桥桥面雨水进行收集输送是指设置开口端在桥面的管道连接至生态净化处理单元，将桥面雨水收集后输送至生态净化处理单元。对桥面雨水进行收集输送的管道既包括高架桥上原有的雨落管，也包括连接在雨落管及生态净化处理单元之间的管道或者雨水径流。

在高架桥下设置生态净化处理单元和储存调蓄单元是指在高架桥下设置雨水花园进行净水处理，并在雨水花园与收集输送单元的末端设置过滤沉淀区对雨水进行前期过滤沉淀处理；在雨水花园下方的位置设置储存调蓄单元对净化处理后的雨水进行储存。采用生态处理方式对雨水进行净化处理后就地储存，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

储存调蓄单元的规模根据高架桥桥面汇水面积、雨水径流厚度和雨量径流系数确定。根据高架桥所处的位置的降水情况及汇水情况设计储存调蓄单元的规模，既最大满足使用的需要也便于控制建设成本。

控制装置对储存的雨水进行利用是指在种有植被的土壤中设置土壤水分探头实时探测土壤水分含量并反馈至与其连接的水分控制驱动器，水分控制驱动器根据土壤水分探头的探测结果确定植被喷淋系统的开启和关闭，实现高架桥下植被的自动浇灌，降低高架桥下绿化维护的人工劳动强度。

控制装置对储存的雨水进行利用还包括在储存调蓄单元设置水位探头探测水位，并设置水位控制驱动器与水位探头连接，水位控制驱动器根据水位探头探测的水位和用水单元的需求控制用水单元水泵的开启和关闭，优先高架桥下植被的浇灌。

通过上述实施例可以看出本发明具有以下有益效果：

本发明通过在高架桥下设置桥面雨水的生态净化系统的方式，充分利用原有的场地对桥面被污染的雨水进行净化处理后蓄存，再利用蓄存的雨水对桥下的绿化植物浇灌，既减轻下雨时临近高架桥的市政雨水管网的负荷，也可降低城市高架绿化带日常维护时的浇灌成本。同时也可实现从源头上对高架路面上雨水径流及污染的有效控制及充分利用，建设环境友好型、资源节约型的城市高架桥，满足当前海绵城市建设的需要。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。