用于處理初期雨水的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理初期雨水的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化發(fā)展的不斷加快，城市內(nèi)澇、初期雨水污染和河道黑臭的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，這些問(wèn)題嚴(yán)重地影響居民的生活與身體健康。主要原因是由于城市化快速發(fā)展，城市內(nèi)水系不斷減少，不透水路面的覆蓋率逐漸升高，導(dǎo)致降雨徑流無(wú)法通過(guò)地面下滲，形成積水之后在城市內(nèi)部造成嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。同時(shí)由于城市面源污染問(wèn)題嚴(yán)重，雨水徑流沖刷路面還會(huì)造成初期雨水污染的問(wèn)題，有研究表明，徑流中污染物濃度:C0D平均值為242mg/L，NH3-N平均值為323.5mg/L，TN平均值為419mg/L，TP平均值為10.9mg/L。其污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)的基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)V類(lèi)水質(zhì)，屬于劣V類(lèi)水;若不對(duì)初期雨水進(jìn)行有效的凈化就排入自然水體，將會(huì)對(duì)自然水體帶來(lái)嚴(yán)重污染，從而加劇河道黑臭的問(wèn)題。城市內(nèi)澇和自然水體的污染現(xiàn)已成為制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題，采取相應(yīng)的措施來(lái)增強(qiáng)雨水的截留、回用、下滲補(bǔ)充地下水以及防止自然水體污染勢(shì)在必行。
[0003]為了解決以上問(wèn)題，中國(guó)目前大力推行海綿城市建設(shè)，海綿城市是指城市在降雨的時(shí)候，能夠?qū)⒔涤陱搅鲀艋?、下滲和儲(chǔ)存，并在需要時(shí)將蓄存的水“釋放”加以利用。海綿城市的建設(shè)包括總體規(guī)劃和局部建設(shè)，雨水花園系統(tǒng)就是海綿城市局部建設(shè)的重要模塊之一。雨水花園屬于土地處理系統(tǒng)中的一種，是集生物滯留池和植草溝兩者優(yōu)點(diǎn)于一體的低影響開(kāi)發(fā)模塊，被用于匯聚和吸收來(lái)自地面的雨水徑流。雨水花園的構(gòu)造主要由植被層、土壤層、人工填料層和礫石層組成，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用還可添加蓄水層和透水層。雨水花園一般建設(shè)在地勢(shì)較低區(qū)域的自然或人工挖掘的淺凹式綠地，種植有各種灌木、花草以及樹(shù)木等植物。植被層能夠減緩降雨徑流的沖擊達(dá)到滯留雨水的目的，人工填料層內(nèi)的微生物作用使深入雨水花園系統(tǒng)的雨水得以?xún)艋?，透水層使雨水能夠滲入地下補(bǔ)充地下水，同時(shí)蓄水層安裝的雨水回用管道能夠?qū)⒂晁▓@系統(tǒng)凈化過(guò)的雨水回收利用或排入自然水體?？梢?jiàn)，雨水花園系統(tǒng)是一種生態(tài)可持續(xù)的雨水控制與利用設(shè)施。
[0004]雨水花園因其系統(tǒng)布置靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且適用性廣泛，適用于海綿城市建設(shè)中控制城市降雨徑流污染與截留雨水徑流。但是傳統(tǒng)的雨水花園系統(tǒng)還存在著一些不足，如在寒冷氣候下處理效果嚴(yán)重下降、甚至存在著植物死亡的問(wèn)題;運(yùn)行一段時(shí)間后土壤受到污染出現(xiàn)板結(jié)問(wèn)題影響下滲效果;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的雨水花園對(duì)于污染物的去除效率不能夠達(dá)到較高的水平等；目前公開(kāi)的專(zhuān)利大多是提高雨水花園的徑流削減效果或?qū)坝^(guān)效果進(jìn)行改造，沒(méi)有針對(duì)初期雨水中的氮污染物處理采取有效的強(qiáng)化處理手段，存在著出水的氮污染含量依然較高的問(wèn)題。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)的雨水花園系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于處理初期雨水的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)及其應(yīng)用，該系統(tǒng)將多級(jí)雨水花園進(jìn)行串聯(lián)組合并且加入折流的過(guò)流方式，以加強(qiáng)去除污染物的能力，達(dá)到處理初期雨水污染和改善景觀(guān)效果的目的。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案一是:一種用于處理初期雨水的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的過(guò)濾區(qū)、多級(jí)折流區(qū)和下滲回用區(qū)，所述多級(jí)折流區(qū)包含第一級(jí)折流區(qū)、奇數(shù)個(gè)中間級(jí)折流區(qū)和最后級(jí)折流區(qū)，所述過(guò)濾區(qū)與第一級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述過(guò)濾區(qū)底部和第一級(jí)折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，奇數(shù)級(jí)折流區(qū)與后端相鄰的偶數(shù)級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)與后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，所述最后級(jí)折流區(qū)與下滲回用區(qū)之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻，所述下滲回用區(qū)末端設(shè)置有超標(biāo)雨水溢流堰。
[0007]優(yōu)選的，所述多級(jí)折流區(qū)采用由向上流的第一級(jí)折流區(qū)、向下流的第二級(jí)折流區(qū)和向上流的第三級(jí)折流區(qū)組成的三級(jí)折流結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)折流區(qū)與第二級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置傳輸雨水的溢流隔墻，所述第二級(jí)折流區(qū)與第三級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述第二級(jí)折流區(qū)底部和第三級(jí)折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水。
[0008]優(yōu)選的，所述過(guò)濾區(qū)底部和第一級(jí)折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管。
[0009]優(yōu)選的，所述過(guò)濾區(qū)從上往下依次設(shè)置有碎石緩沖層、砂濾層、過(guò)渡層和卵石層，所述過(guò)濾區(qū)的卵石層底部設(shè)置有將雨水傳輸至第一級(jí)折流區(qū)的穿孔管。
[0010]優(yōu)選的，各級(jí)折流區(qū)從上往下依次設(shè)置有植被層、土壤層、砂濾層、過(guò)渡層和卵石層，所述第一級(jí)折流區(qū)的卵石層底部設(shè)置有接收來(lái)自過(guò)濾區(qū)的雨水的穿孔管，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)的卵石層底部和后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)的卵石層底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管。
[0011]優(yōu)選的，所述下滲回用區(qū)從上到下依次設(shè)置有植被層、土壤層、砂濾層、過(guò)渡層和卵石層，所述下滲回用區(qū)底部通過(guò)不透水矮墻分隔成下滲區(qū)和雨水回用區(qū)，所述下滲區(qū)設(shè)置有位于卵石層底部的透水層，所述雨水回用區(qū)設(shè)置有位于卵石層底部的不透水層，所述不透水層上方設(shè)置有回收處理后雨水的雨水回用管，所述雨水回用管外部覆蓋有濾網(wǎng)。
[0012]優(yōu)選的，所述下滲區(qū)和雨水回用區(qū)的面積相等。
[0013]優(yōu)選的，所述過(guò)濾區(qū)、多級(jí)折流區(qū)和下滲回用區(qū)的高度依次降低。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案二是:一種利用多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)處理初期雨水的方法，采用上述的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)，并包括以下步驟:
(1)降雨時(shí)雨水在路面產(chǎn)生雨水徑流，當(dāng)雨水徑流匯集到雨水花園系統(tǒng)的入口時(shí)，過(guò)濾區(qū)頂部對(duì)雨水徑流進(jìn)行緩沖減速，雨水以向下流的方式到達(dá)過(guò)濾區(qū)底部以去除雨水中的大量固體污染物，徑流中僅殘留有溶解性污染物；
(2)雨水從過(guò)濾區(qū)底部進(jìn)入第一級(jí)折流區(qū)后，在奇數(shù)級(jí)折流區(qū)通過(guò)溢流隔墻進(jìn)入后端相鄰的偶數(shù)級(jí)折流區(qū)，在偶數(shù)級(jí)折流區(qū)底部進(jìn)入后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)，雨水在折流區(qū)內(nèi)上下交錯(cuò)折流通過(guò)以延長(zhǎng)雨水在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)對(duì)雨水進(jìn)行充氧以增強(qiáng)雨水的生物處理效果；
(3)雨水從最后級(jí)折流區(qū)通過(guò)溢流隔墻進(jìn)入下滲回用區(qū)后，雨水以向下流的方式進(jìn)入下滲回用區(qū)底部，其中一部分雨水直接下滲進(jìn)入地下以補(bǔ)充地下水資源，另一部分雨水被回用。
[0015]優(yōu)選的，該方法還可以包括步驟(4)當(dāng)降雨徑流量超過(guò)設(shè)計(jì)量時(shí)，由于初期污染嚴(yán)重的雨水已經(jīng)被雨水花園系統(tǒng)充分收納，較干凈的雨水徑流則通過(guò)雨水花園系統(tǒng)的各個(gè)隔墻逐區(qū)溢流至末端的超標(biāo)雨水溢流堰，最后被送入雨水管網(wǎng)、雨水回用設(shè)施或雨水收納水體。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:通過(guò)過(guò)濾區(qū)保護(hù)雨水花園系統(tǒng)內(nèi)土壤與植被，同時(shí)有效減少進(jìn)入系統(tǒng)的固體污染物;通過(guò)多級(jí)折流區(qū)的折流方式來(lái)延長(zhǎng)雨水徑流在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的生物處理效果;通過(guò)下滲回用區(qū)的下滲和雨水回用功能，在滿(mǎn)足雨水下滲的要求的同時(shí)，還能夠?qū)⑻幚砗蟮挠晁厥赵倮?該系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛，可適用于公園、居民小區(qū)、校園和城市綠化等，能夠有效地對(duì)初期雨水中的污染物進(jìn)行處理，同時(shí)還能夠?qū)⑻幚砗筝^干凈的雨水滲入地下或者收集回用，從而降低徑流總量、削減徑流峰值，達(dá)到環(huán)境保護(hù)和景觀(guān)改善的目的，在海綿城市建設(shè)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中標(biāo)記:1、碎石緩沖層;2、砂濾層;3、過(guò)渡層;4、卵石層;5、穿孔管;6、土壤層;7、植被層;8、溢流隔墻;9、非溢流隔墻；10、透水層；11、雨水回用管；12、不透水層；13、超標(biāo)雨水溢流堰；14、過(guò)濾區(qū)；15、折流區(qū)；15a、第一級(jí)折流區(qū)；15b、中間級(jí)折流區(qū)或第二級(jí)折流區(qū)；15c、最后級(jí)折流區(qū)或第三級(jí)折流區(qū)；16、下滲回用區(qū)；16a、下滲區(qū)；16b、雨水回用區(qū)；17、濾網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0020]如圖1所示，一種用于處理初期雨水的多級(jí)折流式雨水花園系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的過(guò)濾區(qū)14、多級(jí)折流區(qū)15和下滲回用區(qū)16，所述多級(jí)折流區(qū)15包含第一級(jí)折流區(qū)15a、奇數(shù)個(gè)中間級(jí)折流區(qū)15b和最后級(jí)折流區(qū)15c，所述過(guò)濾區(qū)14與第一級(jí)折流區(qū)15a之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述過(guò)濾區(qū)14底部和第一級(jí)折流區(qū)15a底部相連通以傳輸雨水，奇數(shù)級(jí)折流區(qū)與后端相鄰的偶數(shù)級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻8，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)與后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，所述最后級(jí)折流區(qū)15c與下滲回用區(qū)16之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻8，所述下滲回用區(qū)16末端設(shè)置有超標(biāo)雨水溢流堰13。
[0021]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述多級(jí)折流區(qū)15采用由向上流的第一級(jí)折流區(qū)15a、向下流的第二級(jí)折流區(qū)15b(即中間級(jí)折流區(qū))和向上流的第三級(jí)折流區(qū)15c(即最后級(jí)折流區(qū))組成的三級(jí)折流結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)折流區(qū)15a與第二級(jí)折流區(qū)15b之間設(shè)置傳輸雨水的溢流隔墻8，所述第二級(jí)折流區(qū)15b與第三級(jí)折流區(qū)15c之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述第二級(jí)折流區(qū)15b底部和第三級(jí)折流區(qū)15c底部相連通以傳輸雨水。
[0022]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述過(guò)濾區(qū)14底部和第一級(jí)折流區(qū)15a底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管5，所述偶數(shù)級(jí)折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級(jí)折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管5，如第二級(jí)折流區(qū)15b和第三級(jí)折流區(qū)15c通過(guò)底部的穿孔管5傳輸雨水。
[0023]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述過(guò)濾區(qū)14從上往下依次設(shè)置有碎石緩沖層1、砂濾層2、過(guò)渡層3和卵石層4，所述過(guò)濾區(qū)14的卵石層4底部設(shè)置有將雨水傳輸至第一級(jí)折流區(qū)15a的穿孔管5。其中，碎石緩沖層I的作用是對(duì)來(lái)自路面的雨水徑流進(jìn)行減速，防止沖刷破壞雨水花園系統(tǒng)內(nèi)的土壤層6和植被層7。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例中，各級(jí)折流區(qū)15從上往下依次設(shè)置有植被層7、土壤層6、砂濾層
2、過(guò)渡層3和卵石層4，所述第一級(jí)折流區(qū)15a的卵石層4底部設(shè)置有接收來(lái)自過(guò)濾區(qū)1