專利名稱：一種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法
技術領域：
本發明涉及雨水收集處理技術領域，具體涉及ー種能夠高效截留去除雨水徑流中污染物，并且能夠有效降低徑流流速、消減徑流峰值流量的新型植被淺溝及雨水回收處理方法。
背景技術：
市政排水系統建設在很多城市中還不夠完菩，例如在中國的城市中，隨著城市的擴張，排水系統出現的城市內澇和面源污染問題日漸突出。近年來中國各城市內澇頻發，給國家和社會帶來了巨大的經濟損失，同時也嚴重威脅到了居民的安全，這使得內澇作為一個社會問題得到了越來越廣泛的關注。城市內澇原因是多方面的，但究其根源，在于城市化所導致的硬化面積擴張和自然生態環境的破壞。硬化路面減少了雨水下滲的途徑，提高了徑流流速，導致徑流匯流時間降低，使排水管網不堪重負，最終導致城市內澇。部分城市希 望通過提高管道設計重現期解決此問題，但存在城市管道系統結構復雜，建設周期長，投資及維護成本高，且舊城區地下管線結構錯綜復雜，施工難度大等一系列問題。此外，目前我國ー些大型城市，如北京、上海等已基本完成點源污染控制，但面源污染形勢依舊嚴峻。雨水徑流是城市面源污染的主要來源，其可生化性差，B0D5:C0D通常小于O. 2, SS含量較高,且含有一定量的N、P等營養物質以及重金屬離子,并且一般雨季集中、雨水徑流水量及水質波動大，存在傳統物化方法處理占地面積大、處理成本高等問題。專利號為200920208812. X的中國實用新型專利公開了ー種由雨水收集自動分流站、雨水調蓄、深度處理、儲水控制和PLC集成控制部分構成的雨水收集自動處理裝置，該裝置占地少，施工安裝簡單，系統集成和控制一體化自動運行，但是在雨水浄化、特別是化學污染物的處理方面效果不好。再如申請號為201010623420. 7的中國發明專利申請，公布了ー種雨水徑流強化處理回用停車位及人行道系統，在深度I. 2 I. 5m的坑中自下至上依次設置有隔水層、卵石支撐層、吸附填料層、過濾填料層、鋼格柵板層、透水層，該系統還包括以隔水層為井底以混凝土為井壁的貫穿其它各層的回用水井，卵石支撐層中水平設置集水管層，集水管層由縱橫交錯相接的開有孔的集水管構成，其中有一個或者多個集水管通過回用水井井壁上的開ロ接到回用水井，該技術方案具有透水、過濾、吸附、儲存以及回用雨水等多重功能，但是結構復雜，不易實施和維護。植被淺溝是在地表溝渠中種有植被的ー種工程性措施，一般通過重力流收集處理徑流雨水，當雨水流經淺溝時，在沉淀、過濾、滲透、吸收及生物降解等共同作用下，徑流中的污染物被去除，達到雨水徑流的收集利用和徑流污染控制的目的。植被淺溝作為ー種分散式雨水利用設施，結構簡單、投資小、建設快、易維護，在徑流輸送的過程中能實現徑流雨水的持續凈化，且出水水質相對穩定，特別對小降雨事件有很好的處理效果，同時可有效削減徑流峰值，更符合生態城市的理念，還能營造良好的景觀效果，是ー種有前景的雨水處理與利用設施。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了ー種新型植被淺溝，淺溝底部埋設了滲排管，使淺溝的傳輸、過濾和滲透能力得到了顯著的提升，且占地面積小、結構緊湊、截污能力強，能適用于城市高密度區域雨水徑流污染控制系統。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案。ー種新型植被淺溝，包括植被層和淺溝，淺溝包括淺溝底部和邊坡，淺溝底部埋設有滲排管。優選的是，滲排管的管外壁包裹有土工布，周圍還鋪設有濾料層。在上述任一方案中優選的是，為減少下滲量，滲排管周圍鋪設的濾料層厚度ミ 50mmo
在上述任一方案中優選的是，濾料層包括粗砂。在上述任一方案中優選的是，粗砂為人工改造土壤或沙礫。在上述任一方案中優選的是，滲排管的尺寸根據下滲水量進行校核，源頭部分在滿足排水要求時可適當減小管徑。在上述任一方案中優選的是，植被層與淺溝兩側邊坡及淺溝底部連接形成蓄水層。在上述任一方案中優選的是，蓄水層的高度為25mm 75mm。在上述任一方案中優選的是,植被層包括植被和種植土層。在上述任一方案中優選的是，植被的高度為50mm 100mm。在上述任一方案中優選的是，種植土層的高度為50mm。本發明的另ー個方面是還提供了一種采用上述新型植被淺溝處理徑流雨水的方法，包括如下步驟
第一歩，使地表徑流雨水進入淺溝后沿坡向流動，當地表徑流雨水以重力流的方式以較低流速流過時，通過其滯留、植被過濾、吸附和滲透作用對徑流雨水進行凈化，有效去除雨水徑流中的懸浮顆粒污染物和部分溶解性污染物，同時降低徑流流速、消減徑流量。第二步，部分徑流雨水被聚集于淺溝底部，通過下滲作用進入滲排管周圍填充的人工改造土壤或沙礫構成的濾料層。第三歩，過濾后的徑流雨水再經滲排管排入受納水體或其他處理設施。本發明的這種新型植被淺溝強化了植被淺溝的傳輸、過濾和滲透能力，進而降低雨水徑流流速，削減峰流量，通過滯留、植物過濾和滲透作用，有效去除雨水徑流中的懸浮顆粒污染物和部分溶解性污染物。與傳統植被淺溝相比，本發明的新型植被淺溝底部設計了滲排管，使淺溝的傳輸、過濾和滲透能力得到了顯著的提升。此外，本發明還具有如下特點
I.占地面積小，傳輸能力強，能夠有效降低徑流流速，削減徑流峰值。2.滲透性好，對原狀土壤的滲透系數基本無要求。3.具有良好的過濾性能，出水水質穩定。4.最低有效設計長度比傳統植被淺溝短，適于小距離傳輸雨水。5.新型植被淺溝如和其他LID/BMP工程措施聯合使用，可組成ー種高效集成雨水利用與處理系統。
6.新型植被淺溝施工及運行維護簡單、成本低廉，可一定程度上取代傳統雨水管道。
圖I是按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法的新型植被淺溝的ー實施例的橫斷面結構示意 圖2是按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法的水中懸浮物SS去除效果不意 圖3是按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法的化學需氧量COD去除效果不意 圖4是按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法的總磷TP去除 效果不意 圖5是按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法的氨氯去除效果示意 附圖標記
I.淺溝底部，2.邊坡，3.滲排管，4. 土工布，5.粗砂，6.蓄水層，7.植被，8.種植土層，9.地表徑流雨水
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作詳細說明，以下描述僅作為示范和解釋，并不對本發明作任何形式上的限制。在如圖I所示的實施例中，按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法，新型植被淺溝包括植被層和淺溝，淺溝包括淺溝底部I和邊坡2，淺溝底部I埋設有滲排管3，滲排管3的管外壁包裹有土工布4，周圍還鋪設有濾料層。在本實施例中，濾料層包括粗砂5，粗砂5可以是人工改造土壤或沙礫。為減少下滲量，滲排管周圍鋪設的粗砂5厚度不宣超過50_。在本實施例中，滲排管3的尺寸根據下滲水量進行校核，源頭部分可適當減小管徑，但要滿足排水要求。在本實施例中，植被層包括植被7和種植土層8，植被7的高度為50mm 100mm，種植土層8 —般選取50mm。植被層與淺溝兩側邊坡及淺溝底部連接形成蓄水層6，蓄水層6的高度一般為25mm 75mm。按照本發明的ー種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法，采用了新型植被淺溝、可有效處理徑流雨水的方法的工作流程如下
第一歩，地表徑流雨水9進入淺溝后沿坡向流動，當地表徑流雨水9以重力流的方式以較低流速流過時，可通過其滯留、植被過濾、吸附和滲透作用對徑流進行凈化，有效去除雨水徑流中的懸浮顆粒污染物和部分溶解性污染物，同時起到降低徑流流速、消減徑流量的作用；
第二步，部分徑流雨水聚集于淺溝底部1，通過下滲作用進入滲排管3周圍填充的人工改造土壤或沙礫構成的濾料層；第三步，過濾后的徑流雨水再經滲排管3排入受納水體或其他處理設施。
具體實施方式
I
模擬的新型植被淺溝的設計參數如下
斷面形式拋物線形 覽度Im 長度60m 坡度0. 005 最大有效水深0. 25m 濕周0. 94m
滲透系數 K :1. 71X10-4m。
利用屋面及路面人工清掃所得SS人工配水作為實驗用水，其SS、TP、NH4+-N濃度分別為 987mg/L、2. lmg/L 和 4. 92mg/L。模擬I年I遇暴雨強度為279. 73 (L/sha)的降雨，模擬徑流流速為4m3/h，考察植被淺溝的徑流污染控制能力。選取淺溝起始IOm長度段,分別在距離進水口 O. 5m、lm、2m、3m、4m和7m處設置取樣點，各取樣點分別取蓄水層表層出水、滲排管出水和淺溝底部IOcm處土壤的滲出水，水質凈化效果如圖2至圖5所示。隨著淺溝長度的増加，各污染物的去除率逐漸升高；在淺溝的斷面垂直方向上，各污染物出水的濃度順序為土壤滲出水〈滲排管出水〈表層出水。新型植被淺溝表層出水水平方向上SS、TP和氨氮得到了較好的去除，達到了徑流雨水水質控制的目的。由于徑流雨水中COD的溶解性較強，去除率約為50%。
具體實施方式
2
模擬的新型植被淺溝設計參數同具體實施方式
I。分別以2.00m3/h、3.30m3/h、4. 20m3/h、6. 10m3/h自淺溝進水端集中進水，考察淺溝表層水深和表層水流速，進而估測植被淺溝的徑流削減能力，新型植被淺溝徑流削減能力分析如表I所示
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實驗表明，新型植被淺溝表層出水流量為進水流量的20. 25%、22. 07%、24. 04%和27. 38%，對進水流量的削減達到了 72. 62% 79. 75%，可見，新型植被淺溝具有明顯的徑流削減效果。以上所述僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非是對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。本發明的ー種新 型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法包括上述各部分的任意組合。
權利要求
1.ー種新型植被淺溝，包括植被層和淺溝，其特征在于所述淺溝包括淺溝底部和邊坡，淺溝底部埋設有滲排管。
2.如權利要求I所述的新型植被淺溝，其特征在于所述滲排管的管外壁包裹有土工布，周圍還鋪設有濾料層。
3.如權利要求2所述的新型植被淺溝，其特征在于所述滲排管周圍鋪設的濾料層厚度 < 50mm。
4.如權利要求2或3所述的新型植被淺溝，其特征在于所述濾料層包括粗砂。
5.如權利要求4所述的新型植被淺溝，其特征在于所述粗砂為人工改造土壌或沙礫。
6.如權利要求1-3中任一項所述的新型植被淺溝，其特征在于所述滲排管的尺寸根據下滲水量進行校核，源頭部分在滿足排水要求時可適當減小管徑。
7.如權利要求I所述的新型植被淺溝，其特征在于所述植被層與淺溝兩側邊坡及淺溝底部連接形成蓄水層。
8.如權利要求7所述的新型植被淺溝，其特征在于所述蓄水層的高度為25mm i5mm。
9.如權利要求I或7所述的新型植被淺溝，其特征在于所述植被層包括植被和種植土層。
10.ー種新型植被淺溝處理徑流雨水的方法，包括如權利要求ι-ll中任一項所述的新型植被淺溝，其特征在于包括如下步驟 第一歩，使地表徑流雨水進入淺溝后沿坡向流動，當地表徑流雨水以重力流的方式以較低流速流過時，通過其滯留、植被過濾、吸附和滲透作用對徑流進行凈化，有效去除雨水徑流中的懸浮顆粒污染物和部分溶解性污染物，同時降低徑流流速、消減徑流量； 第二步，部分徑流雨水被聚集于淺溝底部，通過下滲作用進入滲排管周圍填充的人工改造土壤或沙礫構成的濾料層； 第三步，過濾后的徑流雨水再經滲排管排入受納水體或其他處理設施。
全文摘要
本發明提供了一種新型植被淺溝及其用于處理徑流雨水的方法，新型植被淺溝包括植被層和淺溝，淺溝包括淺溝底部(1)和邊坡(2)，淺溝底部(1)埋設有滲排管(3)。當地表徑流雨水(9)進入淺溝后沿坡向流動，可通過滯留、植被(7)過濾、吸附和滲透作用對徑流進行凈化，部分聚集于淺溝底部(1)的徑流雨水通過下滲作用進入滲排管(3)周圍的濾料層，過濾后的徑流雨水再經滲排管(3)排入受納水體或其他處理設施。本發明的新型植被淺溝底部設計了滲排管(3)，使淺溝的傳輸、過濾和滲透能力得到了顯著的提升，且占地面積小、結構緊湊、截污能力強，能適用于城市高密度區域雨水徑流污染控制系統。
文檔編號E03B3/02GK102839744SQ201210335370
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者李海燕, 賈朝陽, 魏鵬, 李俊奇 申請人:北京建筑工程學院