一種可除淤的多功能雨水管控設施及使用方法與流程
2023-10-06 18:08:34 2
本發明屬於海綿城市低影響開發技術領域，具體涉及一種可除淤的多功能雨水管控設施及使用方法。
背景技術：
隨著城市化建設進程的加快，雨水管控問題日益突出。近年來，我國幾乎所有的大中型城市在雨季都飽受洪澇災害的困擾。一方面城市雨水災害頻發，威脅城市安全。另一方面，大多數城市水資源短缺。更為值得注意的是，城市發展促使地表徑流增大，從而加重城市水系汙染。城市面臨著缺水、洪水泛濫、水汙染三重考驗，僅靠單一的調水、排水、淨水工程難以實現城市雨水系統的可持續發展，因此，如何加強城市雨水管控，合理解決城市雨水問題成為研究的熱點。
國外研究取得了一定進展，如美國的最佳管理措施（Best Management Practices，BMP），英國的可持續排水系統（Sustainable Discharge System，SuDS），澳大利亞的水敏感性城市設計（Water Sensitive Urban Design，WSUD）等。而我國雨水管控方面的研究及實踐起步較晚，借鑑發達國建經驗，調蓄池、生物滯留池、雨水花園等低影響雨水管控設施得到一定的應用，但大多功能相對單一，有待進一步完善。
針對城市雨水資源化利用問題，已有「一種集、蓄、排一體化雨洪截滯涵及雨水資源化方法」（專利申請號：2016105952306）的研究，該雨水資源化設施及方法集多功能一體，適用於泥沙較少，不容易產生淤積且暴雨頻次相對較小的城市，而對於泥沙多，暴雨頻發的城市，若無除淤設備，則容易發生淤堵，影響設施功能的正常發揮，因此，本發明結合城市雨水系統規劃控制目標，在「一種集、蓄、排一體化雨洪截滯涵及雨水資源化方法」（專利申請號：2016105952306）的基礎上開展進一步研究，建立可除淤的多功能低影響雨水管控設施，為城市雨水管控提供技術支撐。
技術實現要素：
本發明的目的是解決城市水資源短缺、水汙染嚴重和洪澇災害頻發及現有的雨水管控設施自身淤泥堵塞問題。
為此，本發明提供了一種可除淤的多功能雨水管控設施，包括凸型截流暗涵和生態林，所述凸型截流暗涵設於地面下，所述生態林由地上部分和地下部分組成，所述生態林設於凸型截流暗涵的兩側水平段上方，所述生態林與凸型截流暗涵相通，所述凸型截流暗涵上設有多個排水孔，所述凸型截流暗涵底部設有除淤裝置。
所述凸型截流暗涵包括水平段的蓄水區和垂直段的溢流區。
所述溢流區頂部設有格柵，所述蓄水區內間隔布置有溢流板，所述每個溢流板底部設有排水孔，所述每個溢流板上遊設有除淤裝置，所述溢流板長度與凸型截流暗涵的水平段長度相同，高度與蓄水區高度相同。
所述生態林地上部分為由動植物層組成的滯留區，地下部分由上至下分別為過濾區、滲透區及排水區，所述排水區上層為透水土工布，下層通過排水管與凸型截流暗涵水平段的蓄水區相通。
所述除淤裝置包括設於凸型截流暗涵底部中間的落淤池和設於落淤池內的提淤箱。
所述凸型截流暗涵底板分為三部分，兩側為坡降區，從兩側向中間的坡降比為1%，中間為平緩區，沿水流方向比降為1‰。
所述凸型截流暗涵頂部高於兩側生態林滯留區底部20~50cm。
所述過濾區由厚度為40~80cm的土壤組成，所述滲透區由砂礫石組成，厚度為15~25 cm。
本發明還提供了一種可除淤的多功能雨水管控設施的使用方法，將可除淤的多功能雨水管控設施置於山腳下，位於山體與城市之間，凸型截流暗涵5設於地面下，一側生態林與山腳相接。
所述可除淤的多功能雨水管控設施環山體布置。
本發明的有益效果是：
1、低影響開發：採用生態複合型暗涵結構，不僅可以有效利用地下空間高程，節約流域場地資源，對周圍環境影響較小，且結合自然生態的方式實現設施功能，該雨水管控設施從自身建設及設施功能兩個角度出發，維護城市4自然水文特徵，減小對生態系統的衝擊。
2、多功能一體化：結合不同城市4低影響雨水系統規劃需求，以徑流總量控制為規劃目標，採用滲、滯、蓄、淨、用、排等多種綜合技術，解決城市4雨水問題，提升景觀價值。
（1）徑流量控制，減輕下遊城市防洪負荷
可除淤的低影響多功能雨水管控設施布置在山腳下，通過其滲、滯、蓄作用相結合，收集部分山體雨水，從而削減洪峰流量，延緩峰現時間，減少城市徑流量，減緩雨水管網負荷。
（2）徑流汙染控制，減小城市水系汙染
雨水徑流是城市面源汙染的重要組成部分，可除淤的多功能雨水管控設施一方面通過減小雨水徑流量而降低城市面源汙染，另一方面設施自身具有淨化水體功能，通過生態林的過濾作用，提高蓄滯及外滲水體水質，減輕城市水系汙染。
（3）雨水資源化利用，緩解水資源短缺問題
可除淤的低影響多功能雨水管控設施可收集、儲蓄山體雨水，通過排水孔對收集水體進行釋放，以進行有效回用，避免雨水浪費，提高雨水利用率，減少資源浪費。
（4）景觀性，提升城市景觀價值
凸型截流暗涵與生態林相結合，集生態功能與使用功能為一體，增加系統的美觀及娛樂性，提升城市美學價值。
3、解決設施淤堵問題：在蓄水區底部布置除淤裝置，可用以收集設施中長期積累而成的淤泥，進行定期清淤，以免堵塞溢流板底部的排水孔，保障設施排水通暢，以使設施功能得以正常發揮。
4、淨化功能：生態林底部設有排水區，與設蓄水區相通，其滯留雨水通過排水管排入蓄水區，通過外滲匯入下遊城市，生態林結合自身的過濾及淨化作用，提高外排雨水的水質，淨化雨水。
5、貫穿環繞式布置：服務範圍廣，可全面收集山體雨水，便於對整個山體區域進行雨水管控，相對於集中式及分布式布置而言，針對大區域雨水系統具有明顯優勢。
下面將結合附圖做進一步詳細說明。
附圖說明
圖1是本發明頂部平面示意圖；
圖2是本發明底部平面示意圖；
圖3是本發明型橫剖面示意圖
圖4是本發明生態林段縱剖面示意圖；
圖5是本發明凸型截流暗涵段縱剖面示意圖。
圖中：1、生態林；2、格柵；3、山體；4、城市；5、凸型截流暗涵；6、滯留區；7、過濾區；8、滲透區；9、透水土工布；10、排水管；11、混凝土襯砌；12、溢流板；13、排水孔；14、落淤池；15、提淤箱；16、鋼繩。
具體實施方式
實施例1：
本實施例提供了一種可除淤的多功能雨水管控設施，包括凸型截流暗涵5和生態林1，所述凸型截流暗涵5設於地面下，所述生態林1由地上部分和地下部分組成，所述生態林1設於凸型截流暗涵5的兩側水平段上方，所述生態林1與凸型截流暗涵5相通，所述凸型截流暗涵5上設有多個排水孔13，所述凸型截流暗涵5底部設有除淤裝置。
本發明原理及工作過程：凸型截流暗涵5收集並儲蓄雨水，生態林1吸收、蓄滯（之後由生態林1的底部進入凸型截流暗涵5）、淨化雨水並外滲，減小徑流量，降低城市4的防洪負荷及面源汙染。雨水收集完畢，需對收集後的雨水進行釋放回用，通過排水孔13或管線排出收集的雨水，便於雨水回用。
當該雨水管控設施長時間運行後，雨水所攜帶泥沙發生沉積，為防止淤泥堵塞排水孔13，凸型截流暗涵5底部設有除淤裝置：可定期運用人工或機械設備通對淤泥進行清理，以保障設施排水通暢。
實施例2：
在實施例1的基礎上，本實施例提供了一種如圖1、圖2所示的可除淤的多功能雨水管控設施，所述凸型截流暗涵5包括水平段的蓄水區和垂直段的溢流區。
所述溢流區頂部設有格柵2，所述蓄水區內間隔布置有溢流板12，所述每個溢流板12底部設有排水孔13，所述每個溢流板12上遊設有除淤裝置，所述溢流板12長度與凸型截流暗涵5的水平段長度相同，高度與蓄水區高度相同。
如圖3、圖4所示，所述生態林1地上部分為由動植物層組成的滯留區6，地下部分由上至下分別為過濾區7、滲透區8及排水區，所述排水區上層為透水土工布9，下層通過排水管10與凸型截流暗涵5水平段的蓄水區相通。排水管10可選擇PVC管。
本實施例中，除淤的多功能雨水管控設施布置於山腳下位於山體3與城市4之間，環山體3布置，即山體3、雨水管控設施、城市4三者在橫向呈套環式布置，縱向呈階梯型布置。
雨水管控設施設置於山體3底部，一方面收集並儲蓄雨水，便於雨水回收利用，減小下遊城市4的徑流量，降低城市4的防洪負荷；另一方面通過生態林1的蓄滯及淨化作用，提高集水及滲水水質，減輕城市4水體汙染；
具體過程如下：小雨時，雨水進入生態林1的蓄滯區進行蓄滯；大雨時，部分雨水由生態蓄滯區及格柵2去除大顆粒固體物質後漫流進入凸型截流暗涵5，凸型截流暗涵5底部等間距布置有溢流板12，將凸型截流暗涵5蓄水區分隔為獨立的「水池」（如圖4、圖5所示），用以沿段收集山體3雨水，而同時另一部分進入生態林1蓄滯，減小徑流量，延緩峰現時間。其中，緊鄰山體3的生態林1一方面起蓄滯、淨化作用，另一方面減小雨水流速，起到消能作用，減輕對雨水管控設施的衝刷，同時防止發生水躍，致使雨水管控設施無法有效收集雨水；暴雨時，當蓄水區蓄滿後，雨水通過溢流區外溢雨水，此時生態林1吸收、蓄滯雨水並外滲；待雨水收集完畢，需對收集後的雨水進行釋放回用，通過排水孔13排出收集的雨水，便於雨水回用。其中，排水孔13的數量及尺寸由水力計算確定，每隔100~200m距離設置溢流板12。
實施例3：
在實施例2的基礎上，本實施例提供了一種可除淤的多功能雨水管控設施，所述除淤裝置包括設於凸型截流暗涵5底部中間的落淤池14和設於落淤池14內的提淤箱15。
所述凸型截流暗涵5底板分為三部分，兩側為坡降區，從兩側向中間的坡降比為1%，中間為平緩區，沿水流方向比降為1‰。
除淤裝置保障設施的正常運行，便於設施的後期維護管理。具體過程如下：雨水從山體3流下，經雨水管控設施內側的滯留區6及凸型截流暗涵5頂部的格柵2時，部分大顆粒物質被阻隔、過濾，但水體仍會攜帶大量細顆粒物質，最終流入凸型截流暗涵5內，當雨水量較少，流速較小時，水體攜沙流動能力減弱，細顆粒物質沉積，若未及時清理，極易形成淤泥，導致排水孔13堵塞，引起雨水管控設施排水不暢，影響雨水的回用。如圖3所示，針對此種情況，在凸型截流暗涵5底部設置除淤裝置，通過底板坡降區及平緩區將淤泥收集於提淤箱15內，定期採用人工或機械設備通過鋼繩16將提淤箱15從落淤池14中提出，對箱內淤泥進行清理，再將提淤箱15放入落淤池14中。其中，提淤箱15和落淤池14的高度均不高於平緩區。
本實施例中，凸型截流暗涵5四周均為混凝土襯砌11，底部為預製混凝土板，溢流板12為預製混凝土板，底部與凸型截流暗涵5底部預製混凝土板相連，頂部為半圓形，落淤池14位於凸型截流暗涵5底板中部，內置提淤箱15，鋼繩16底端與提淤箱15固定，頂端與格柵2活動式相連，落淤池14及提淤箱15尺寸由結構計算確定。
如圖3、圖4所示，生態林1地上部分為蓄滯區，主要為動植物，地下部分由上至下分別為過濾區7、滲透區8及排水區，過濾區7由土壤組成，滲透區8由砂礫石組成，排水區由透水土工布9及PVC排水管10組成。生態林1蓄滯區底部比格柵2低20~50cm；過濾區7中土壤為動植物提供生長場所，並吸收、蓄滯、淨化雨水，其厚度一般為40~60cm，若需植樹，厚度應增加至80cm，動植物結合當地特點進行選取；滲透區8主要起排水及滲透作用，由粗砂及礫石組成，其厚度控制在15~25cm；排水區上層為透水土工布9，下層為與蓄水區相連的PVC排水管10，土工布將砂礫石與排水管10隔離，避免堵塞排水管10，導致淨化水體無法進入蓄水區。
實施例4：
在前述實施例的基礎上，本實施例提供了一種可除淤的多功能雨水管控設施的使用方法，將可除淤的多功能雨水管控設施置於山腳下，位於山體3與城市4之間，凸型截流暗涵5設於地面下，一側生態林1與山腳相接。
所述可除淤的多功能雨水管控設施環山體3布置。
凸型截流暗涵5可以有效利用地下空間高程，節約流域場地資源，對周圍環境影響小，且結合自然生態的方式實現設施功能；環山體3布置，貫穿整個山體3區域，服務範圍廣，可全面收集山體3雨水，便於對整個山體3區域進行雨水管控，相對於集中式及分布式布置而言，針對大區域雨水系統具有明顯優勢。
以上各實施例沒有詳細敘述的方法和結構屬本行業的公知常識，這裡不一一敘述。
以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。