用于處理初期雨水的多級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題越來越嚴重，這些問題嚴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)致降雨徑流無法通過地面下滲，形成積水之后在城市內(nèi)部造成嚴重的城市內(nèi)澇。同時由于城市面源污染問題嚴重，雨水徑流沖刷路面還會造成初期雨水污染的問題，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。其污染程度遠遠高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)的基本項目標(biāo)準(zhǔn)V類水質(zhì)，屬于劣V類水;若不對初期雨水進行有效的凈化就排入自然水體，將會對自然水體帶來嚴重污染，從而加劇河道黑臭的問題。城市內(nèi)澇和自然水體的污染現(xiàn)已成為制約中國經(jīng)濟發(fā)展的主要問題，采取相應(yīng)的措施來增強雨水的截留、回用、下滲補充地下水以及防止自然水體污染勢在必行。
[0003]為了解決以上問題，中國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候，能夠?qū)⒔涤陱搅鲀艋⑾聺B和儲存，并在需要時將蓄存的水“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)點于一體的低影響開發(fā)模塊，被用于匯聚和吸收來自地面的雨水徑流。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、花草以及樹木等植物。植被層能夠減緩降雨徑流的沖擊達到滯留雨水的目的，人工填料層內(nèi)的微生物作用使深入雨水花園系統(tǒng)的雨水得以凈化，透水層使雨水能夠滲入地下補充地下水，同時蓄水層安裝的雨水回用管道能夠?qū)⒂晁▓@系統(tǒng)凈化過的雨水回收利用或排入自然水體。可見，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重下降、甚至存在著植物死亡的問題;運行一段時間后土壤受到污染出現(xiàn)板結(jié)問題影響下滲效果;傳統(tǒng)設(shè)計方法的雨水花園對于污染物的去除效率不能夠達到較高的水平等；目前公開的專利大多是提高雨水花園的徑流削減效果或?qū)坝^效果進行改造，沒有針對初期雨水中的氮污染物處理采取有效的強化處理手段，存在著出水的氮污染含量依然較高的問題。因此，有必要對傳統(tǒng)的雨水花園系統(tǒng)進行升級改造。

【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折流式雨水花園系統(tǒng)及其應(yīng)用，該系統(tǒng)將多級雨水花園進行串聯(lián)組合并且加入折流的過流方式，以加強去除污染物的能力，達到處理初期雨水污染和改善景觀效果的目的。
[0006]為了實現(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折流式雨水花園系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的過濾區(qū)、多級折流區(qū)和下滲回用區(qū)，所述多級折流區(qū)包含第一級折流區(qū)、奇數(shù)個中間級折流區(qū)和最后級折流區(qū)，所述過濾區(qū)與第一級折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述過濾區(qū)底部和第一級折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，奇數(shù)級折流區(qū)與后端相鄰的偶數(shù)級折流區(qū)之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻，所述偶數(shù)級折流區(qū)與后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述偶數(shù)級折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，所述最后級折流區(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，所述多級折流區(qū)采用由向上流的第一級折流區(qū)、向下流的第二級折流區(qū)和向上流的第三級折流區(qū)組成的三級折流結(jié)構(gòu)，所述第一級折流區(qū)與第二級折流區(qū)之間設(shè)置傳輸雨水的溢流隔墻，所述第二級折流區(qū)與第三級折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻，所述第二級折流區(qū)底部和第三級折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水。
[0008]優(yōu)選的，所述過濾區(qū)底部和第一級折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管，所述偶數(shù)級折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管。
[0009]優(yōu)選的，所述過濾區(qū)從上往下依次設(shè)置有碎石緩沖層、砂濾層、過渡層和卵石層，所述過濾區(qū)的卵石層底部設(shè)置有將雨水傳輸至第一級折流區(qū)的穿孔管。
[0010]優(yōu)選的，各級折流區(qū)從上往下依次設(shè)置有植被層、土壤層、砂濾層、過渡層和卵石層，所述第一級折流區(qū)的卵石層底部設(shè)置有接收來自過濾區(qū)的雨水的穿孔管，所述偶數(shù)級折流區(qū)的卵石層底部和后端相鄰的奇數(shù)級折流區(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、過渡層和卵石層，所述下滲回用區(qū)底部通過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，所述過濾區(qū)、多級折流區(qū)和下滲回用區(qū)的高度依次降低。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案二是:一種利用多級折流式雨水花園系統(tǒng)處理初期雨水的方法，采用上述的多級折流式雨水花園系統(tǒng)，并包括以下步驟:
(1)降雨時雨水在路面產(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，過濾區(qū)頂部對雨水徑流進行緩沖減速，雨水以向下流的方式到達過濾區(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)雨水從過濾區(qū)底部進入第一級折流區(qū)后，在奇數(shù)級折流區(qū)通過溢流隔墻進入后端相鄰的偶數(shù)級折流區(qū)，在偶數(shù)級折流區(qū)底部進入后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)，雨水在折流區(qū)內(nèi)上下交錯折流通過以延長雨水在系統(tǒng)內(nèi)的停留時間，同時對雨水進行充氧以增強雨水的生物處理效果；
(3)雨水從最后級折流區(qū)通過溢流隔墻進入下滲回用區(qū)后，雨水以向下流的方式進入下滲回用區(qū)底部，其中一部分雨水直接下滲進入地下以補充地下水資源，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)降雨徑流量超過設(shè)計量時，由于初期污染嚴重的雨水已經(jīng)被雨水花園系統(tǒng)充分收納，較干凈的雨水徑流則通過雨水花園系統(tǒng)的各個隔墻逐區(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:通過過濾區(qū)保護雨水花園系統(tǒng)內(nèi)土壤與植被，同時有效減少進入系統(tǒng)的固體污染物;通過多級折流區(qū)的折流方式來延長雨水徑流在系統(tǒng)內(nèi)的停留時間，增強系統(tǒng)的生物處理效果;通過下滲回用區(qū)的下滲和雨水回用功能，在滿足雨水下滲的要求的同時，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，能夠有效地對初期雨水中的污染物進行處理，同時還能夠?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，達到環(huán)境保護和景觀改善的目的，在海綿城市建設(shè)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的多級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、過濾區(qū)；15、折流區(qū)；15a、第一級折流區(qū)；15b、中間級折流區(qū)或第二級折流區(qū)；15c、最后級折流區(qū)或第三級折流區(qū)；16、下滲回用區(qū)；16a、下滲區(qū)；16b、雨水回用區(qū)；17、濾網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0019]為了讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
[0020]如圖1所示，一種用于處理初期雨水的多級折流式雨水花園系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的過濾區(qū)14、多級折流區(qū)15和下滲回用區(qū)16，所述多級折流區(qū)15包含第一級折流區(qū)15a、奇數(shù)個中間級折流區(qū)15b和最后級折流區(qū)15c，所述過濾區(qū)14與第一級折流區(qū)15a之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述過濾區(qū)14底部和第一級折流區(qū)15a底部相連通以傳輸雨水，奇數(shù)級折流區(qū)與后端相鄰的偶數(shù)級折流區(qū)之間設(shè)置有傳輸雨水的溢流隔墻8，所述偶數(shù)級折流區(qū)與后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述偶數(shù)級折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)底部相連通以傳輸雨水，所述最后級折流區(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)明實施例中，所述多級折流區(qū)15采用由向上流的第一級折流區(qū)15a、向下流的第二級折流區(qū)15b(即中間級折流區(qū))和向上流的第三級折流區(qū)15c(即最后級折流區(qū))組成的三級折流結(jié)構(gòu)，所述第一級折流區(qū)15a與第二級折流區(qū)15b之間設(shè)置傳輸雨水的溢流隔墻8，所述第二級折流區(qū)15b與第三級折流區(qū)15c之間設(shè)置有非溢流隔墻9，所述第二級折流區(qū)15b底部和第三級折流區(qū)15c底部相連通以傳輸雨水。
[0022]在本發(fā)明實施例中，所述過濾區(qū)14底部和第一級折流區(qū)15a底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管5，所述偶數(shù)級折流區(qū)底部和后端相鄰的奇數(shù)級折流區(qū)底部設(shè)置有傳輸雨水的穿孔管5，如第二級折流區(qū)15b和第三級折流區(qū)15c通過底部的穿孔管5傳輸雨水。
[0023]在本發(fā)明實施例中，所述過濾區(qū)14從上往下依次設(shè)置有碎石緩沖層1、砂濾層2、過渡層3和卵石層4，所述過濾區(qū)14的卵石層4底部設(shè)置有將雨水傳輸至第一級折流區(qū)15a的穿孔管5。其中，碎石緩沖層I的作用是對來自路面的雨水徑流進行減速，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)明實施例中，各級折流區(qū)15從上往下依次設(shè)置有植被層7、土壤層6、砂濾層
2、過渡層3和卵石層4，所述第一級折流區(qū)15a的卵石層4底部設(shè)置有接收來自過濾區(qū)1