雨水滞留系统

技术领域

本发明涉及城市雨水管理技术领域，尤其是涉及一种雨水滞留系统。

背景技术

随着城市化进程的不断加剧，城市自然水文特征遭到破坏，带来了水资源、水环境、水安全等系列问题，为此，我国于2013年提出建设海绵城市。雨水源头减排系统是海绵城市建设技术体系之一，而生物滞留技术是重要的源头减排技术之一，主要通过介质入渗、过滤吸附及植物等的综合作用削减径流雨水水量并去除污染物，在我国得到广泛应用。

根据生物滞留技术的水量和水质控制原理，影响其水量和水质控制效果的关键是土壤介质的入渗、过滤及吸附性能，而决定这些综合性能的关键参数即为入渗系数，入渗系数太大，污染物在介质中停留时间短，很难得到充分过滤和吸附而被去除，此外，入渗系数大，土壤介质的保水性能差，也不利于植物生长；相反，如果入渗系数太小，处理水量有限，需要的设施规模大，投资成本高，而且，入渗系数小，表层滞蓄的雨水需要较长时间才能排空，即排空时间长，容易滋生蚊蝇，且植物会因淹水时间太长而死亡。

综上，土壤介质的入渗系数是关键指标，根据国外研究和实践经验，生物滞留系统建设运行初期，当蓄水深度为0.3m时，排空时间的最佳范围为1h～3h，对应的入渗系数为0.1m/h～0.3m/h。随着设施的持续运行，污染物持续累积，入渗系数降低，当超过24h时，需重新更换土壤介质。在我国，首先，上述规范化的设计参数尚未形成，其次，对应的土壤介质配比也未形成，不利于生物滞留系统的规范化、规模化推广。

在我国，雨水滞留系统通常包括土壤介质层、过渡层(用于避免土壤流失)和砾石排水层，排水层中含有穿孔排水管。其中，土壤介质层上种植生物，土壤介质层为生物提供生长条件，采用土工布或砂作为过渡层；穿孔排水管穿孔孔径大于2mm，为避免排水层中的介质经进水孔进入排水管内而流失，需用透水土工布包裹。由于上层土壤介质中粉土或黏土过多，随雨水渗流过程流失严重，不断在过渡层累积，导致过渡层堵塞，从而导致雨水滞留系统易失效；或部分粉土或黏土直接流失进入排水层，造成排水层堵塞，或由排水管排出滞留系统，最终导致整个结构层塌陷损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雨水滞留系统，在一定程度上解决介质随入渗过程流失，导致系统失效、结构损坏的技术问题。

本发明提供了一种雨水滞留系统，包括：由上而下设置的覆盖层、土壤介质层和排水层；所述覆盖层包括多个覆盖层再生骨料颗粒，所述土壤介质层包括土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件，所述排水层包括多个排水再生骨料颗粒。

进一步地，所述覆盖层再生骨料颗粒的直径为5mm-31.5mm。

进一步地，所述土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件的质量比例为9:1-10:1。

进一步地，所述土壤介质再生骨料组合件包括多个第一粒径骨料颗粒、多个第二粒径骨料颗粒、多个第三粒径骨料颗粒、多个第四粒径骨料颗粒和多个第五粒径骨料颗粒；所述第一粒径骨料颗粒的直径为4.75mm-9.5mm，多个所述第一粒径骨料颗粒的总质量占所述土壤介质再生骨料组合件的总质量的0-5％；所述第二粒径骨料颗粒的直径为2.36mm-4.75mm，多个所述第二粒径骨料颗粒的总质量占所述土壤介质再生骨料组合件的总质量的5％-40％；所述第三粒径骨料颗粒的直径为0.3mm-2.36mm，多个所述第三粒径骨料颗粒的总质量占所述土壤介质再生骨料组合件的总质量的20％-60％；所述第四粒径骨料颗粒的直径为0.15mm-0.3mm，多个所述第四粒径骨料颗粒的总质量占所述土壤介质再生骨料组合件的总质量的20％-35％；所述第五粒径骨料颗粒的直径为0mm-0.15mm，多个所述第五粒径骨料颗粒的总质量占所述土壤介质再生骨料组合件的总质量的4％-10％；

所述园林绿化废弃物堆肥产物组合件包括有机质，且所述有机质占所述园林绿化废弃物堆肥产物组合件的总质量不小于35％。

进一步地，所述排水层包括多个第一排水骨料颗粒、多个第二排水骨料颗粒、多个第三排水骨料颗粒、多个第四排水骨料颗粒和多个第五排水骨料颗粒；所述第一排水骨料颗粒的直径为4.75mm-19mm，多个所述第一排水骨料的总质量占所述排水层的总质量的40％-70％；所述第二排水骨料颗粒的直径为2.36mm-4.75mm，所述第二排水骨料颗粒的总质量占所述排水层的总质量的5％-40％；所述第三排水骨料颗粒的直径为0.3mm-2.36mm，所述第二排水骨料颗粒的总质量占所述排水层的总质量的10％-45％；所述第四排水骨料颗粒的直径为0.15mm-0.3mm，所述第四排水骨料的总质量占所述排水层的总质量的0％-12％；所述第五排水骨料颗粒的直径为0mm-0.15mm，所述第五排水骨料的总质量占所述排水层的总质量的0％-3％。

进一步地，所述再生骨料覆盖层的厚度不小于50mm，所述再生土壤介质层的厚度为450mm-1200mm，所述再生骨料排水层厚度为350mm-500mm。

进一步地，所述雨水滞留系统还包括排水管，所述排水管设置在所述排水层；所述排水管的长度方向与所述再生骨料排水层的长度方向一致；所述排水管的铺设坡度为0.3％-0.6％。

进一步地，所述排水管的顶部与所述再生骨料排水层的顶部之间的距离不小于200mm，所述排水管的底部与所述再生骨料排水层的底部之间的距离不小于50mm，所述排水管的侧部与所述再生骨料排水层的侧部的距离不小于150mm。

进一步地，所述排水管上设有至少两个进水孔组，所述进水孔组设置在所述排水管的下半部分；所述进水孔组包括多个进水孔，多个所述进水孔沿所述排水管的长度方向间隔设置，所述进水孔的宽度方向与所述排水管的长度方向重合，所述进水孔的宽度不大于1mm。

进一步地，所述进水孔的横截面积为所述排水管的外表面积的1％-3％。

本发明提供一种雨水滞留系统，包括：由上而下设置的覆盖层、土壤介质层和排水层；所述覆盖层包括多个覆盖层再生骨料颗粒，所述土壤介质层包括土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件，所述排水层包括多个排水再生骨料颗粒。

覆盖层包括多个覆盖层再生骨料颗粒，则当雨水进入该雨水滞留系统后，覆盖层可以初步拦截雨水中的一部分泥沙，减少进入再生土壤介质层的泥沙，从而减少再生土壤介质层堵塞，同时能够对雨水中重金属等污染物进行初步吸附；雨水经初步处理后进入土壤介质层，土壤介质层中的土壤介质再生骨料组合件能够对粉状物进行拦截，避免粉状物随雨水渗流流失，避免粉状物进入排水层，避免整个结构层塌陷损坏；同时，对重金属等污染物进行进一步吸附，此外，再生骨料组合件中粉状介质的比例较低，可进一步降低土壤介质层和排水层堵塞风险，避免整个结构层塌陷损坏。

本发明提供的雨水滞留系统避免设置传统的过渡层和排水管包裹土工布，整体结构简单，能够保证运行初期入渗系数，堵塞风险低，失效风险小，整个结构层稳定可靠，并能保证土壤含水率和有机质含量，不影响植物生长。

应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的雨水滞留系统的结构示意图；

图2为图1所示的雨水滞留系统中排水管的第一视角结构设计意图；

图3为图1所示的雨水滞留系统中排水管的第二视角结构设计意图；

图4为本发明实施例提供的雨水滞留系统的入渗系数实验结果表。

附图标记：1-覆盖层；2-土壤介质层；3-排水层；4-排水管；5-进水孔；6-防渗土工布；7-植物。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本发明实施例提供的雨水滞留系统不仅适用于处理道路雨水径流，也适用于处理屋面雨水。

如图1所示，本发明提供一种雨水滞留系统，包括：由上而下设置的覆盖层1、土壤介质层2和排水层3；覆盖层1包括多个覆盖层1再生骨料颗粒，土壤介质层2包括土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件，排水层包括多个排水再生骨料颗粒。

其中，园林绿化堆肥产物组合件的原料主要来源于城市园林绿化植物修剪物、枯枝落叶等，通过粉碎、发酵、翻堆等过程加工而成的堆肥产物，可作为绿化用有机基质，保证植物生长所需养分。

本实施例中，覆盖层1包括多个覆盖层1再生骨料颗粒，则当雨水进入该雨水滞留系统后，覆盖层1可以初步拦截雨水中的一部分泥沙，减少进入再生土壤介质层2的泥沙，从而减少再生土壤介质层2堵塞，同时能够对雨水中重金属等污染物进行初步吸附；雨水经初步处理后进入土壤介质层2，土壤介质层2中的土壤介质再生骨料组合件能够对粉状物进行拦截，避免粉状物随雨水渗流流失，避免粉状物进入排水层3，避免整个结构层塌陷损坏；同时，对重金属等污染物进行进一步吸附，此外，再生骨料组合件中粉状介质的比例较低，可进一步降低土壤介质层和排水层堵塞风险，避免整个结构层塌陷损坏。

本实施例提供的雨水滞留系统避免设置传统的过渡层和排水管包裹土工布，整体结构简单，能够保证运行初期入渗系数，堵塞风险低，失效风险小，整个结构层稳定可靠，并能保证土壤含水率和有机质含量，不影响植物生长；能保证系统运行初期排空时间达到1h～3h。

另外，本实施例提供的雨水滞留系统中的覆盖层1、土壤介质层2和排水层3均用到了再生骨料，再生骨料为用建筑垃圾(例如：红砖和混凝土块)经破碎、筛分、拌和而制成的骨料，是可再生资源，能够降低雨水滞留系统的生产成本。

可以在土壤介质层2内种植植物7，例如：花卉、灌木或者乔木等，从而提高雨水滞留系统对雨水的处理效果。

其中，覆盖层1包括多个覆盖层1再生骨料颗粒，覆盖层1再生骨料颗粒的直径为5mm-31.5mm，例如：5mm、8mm、10mm、12.5mm、16mm、19.5mm、22mm、26.5mm、28mm或者31.5mm等。采用直径为5mm-31.5mm覆盖层1再生骨料颗粒能够对雨水中的泥沙进行初步拦截，同时避免影响雨水的渗透。

在上述实施例基础之上，进一步地，土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件的质量比例为9:1-10:1。本实施例中，土壤介质再生骨料组合件和园林绿化废弃物堆肥产物组合件的质量比例可以为9:1、9.2:1、9.4:1、9.6:1、9.8:1或者10:1等，一方面保障对雨水中的粉状物的拦截，另一方面能够为植物的生长提供养分。

在上述实施例基础之上，土壤介质再生骨料组合件包括多个第一粒径骨料颗粒、多个第二粒径骨料颗粒、多个第三粒径骨料颗粒、多个第四粒径骨料颗粒和多个第五粒径骨料颗粒，多个第一粒径骨料颗粒、多个第二粒径骨料颗粒、多个第三粒径骨料颗粒、多个第四粒径骨料颗粒和多个第五粒径骨料颗粒相互混合设置；第一粒径骨料颗粒的直径为4.75mm-9.5mm，例如：4.75mm、5.0mm、6.0mm、7.5mm、8.5mm、9.0mm或者9.5mm等，多个第一粒径骨料颗粒的总质量占土壤介质再生骨料组合件的总质量的0％-5％，例如：0％、1％、2％、3％、4％或5％等；第二粒径骨料颗粒的直径为2.36mm-4.75mm，例如：2.36mm、3.0mm、4.0mm或4.75mm等，多个第二粒径骨料颗粒的总质量占土壤介质再生骨料组合件的总质量的5％-40％，例如：5％、10％、20％、30％或40％等；第三粒径骨料颗粒的直径为0.3mm-2.36mm，例如：0.3mm、0.4mm、1mm、2mm或2.36mm等，多个第三粒径骨料颗粒的总质量占土壤介质再生骨料组合件的总质量的20％-60％，例如：20％、30％、40％、50％或60％等；第四粒径骨料颗粒的直径为0.15mm-0.3mm，例如：0.15mm、0.2mm或0.3mm等，多个第四粒径骨料颗粒的总质量占土壤介质再生骨料组合件的总质量的20％-35％，例如：20％、30％或35％等；第五粒径骨料颗粒的直径为0mm-0.15mm，例如：0.05mm、0.1mm或0.15mm等，多个第五粒径骨料颗粒的总质量占土壤介质再生骨料组合件的总质量的4％-10％，例如：4％、5％、8％或10％等。

本实施例中，土壤介质层2中的土壤介质再生骨料组合件采用上述结构可以保证土壤介质的初始稳定入渗系数满足0.1m/h～0.3m/h的技术要求，以其中5个土壤介质再生骨料组合件进行实验的结论如图4所示，稳定入渗系数均趋近于0.15m/h得到较好的入渗系数。需要说明的是，随着设施建成运行，不断有泥沙随雨水径流进入雨水滞留系统，渗透系数将不断下降，当渗透系数小于0.0125m/h时，应对覆盖层1中的表层和土壤介质层2的表层进行换填。

在上述实施例基础之上，进一步地，园林绿化废弃物堆肥产物组合件包括有机质，且有机质占园林绿化废弃物堆肥产物组合件的总质量小于35％，例如：35％、37％、40％、45％或者50％等，从而保障能够为植物提供足够养分。

在上述实施例基础之上，进一步地，排水层3包括多个第一排水骨料颗粒、多个第二排水骨料颗粒、多个第三排水骨料颗粒、多个第四排水骨料颗粒和多个第五排水骨料颗粒，排水层3包括多个第一排水骨料颗粒、多个第二排水骨料颗粒、多个第三排水骨料颗粒、多个第四排水骨料颗粒和多个第五排水骨料颗粒相互混合设置。

第一排水骨料颗粒的直径为4.75mm-19mm，例如：4.75mm、5mm、6.5mm、8mm、10mm、12.5mm、13mm、15.5mm或者16mm，多个第一排水骨料的总质量占排水层3的总质量的40％-70％，例如：40％、43％、45％、47％、50％、55％、58％、60％、64％、67％或者70％等；第二排水骨料颗粒的直径为2mm-5mm，例如：2mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm、3mm、3.5mm、4mm、4.3mm、4.5mm、4.7mm或者5mm，第二排水骨料颗粒的总质量占排水层3的总质量的5％-40％，例如：5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或者40％等；第三排水骨料颗粒的直径为0.25mm-2mm，例如：0.25mm、0.3mm、0.75mm、1mm、1.35mm、1.5mm、1.75mm或者2mm等，第三排水骨料颗粒的总质量占排水层3的总质量的10％-45％，例如：10％、15％、17％、20％、23％、26％、30％、35％、40％或者45％等；第四排水骨料颗粒的直径为0.15mm-0.25mm，例如：0.15mm、0.17mm、0.20mm、0.23mm或者0.25mm等，第四排水骨料的总质量占排水层3的总质量的0％-12％，例如：0％、1％、2％、3％、4％、5％、8％或者12％等；第五排水骨料颗粒的直径为0mm-0.15mm，例如：0mm、0.1mm或者0.15mm等，第五排水骨料的总质量占排水层3的总质量的0％-3％0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％或者3％等。

本实施例中，排水层3采用上述结构可以有效防止土壤介质层2中的再生骨料颗粒进入排水层3流失，且能保证净化后的雨水顺畅由排水层3排出。

在上述实施例基础之上，进一步地，再生骨料覆盖层1的厚度不小于50mm，例如：50mm、55mm、60mm、70mm或者80mm等；再生土壤介质层2的厚度为450mm-1200mm，例如：450mm、600mm、750mm、850mm、1000mm、1150mm或者1200mm等，能够更好的支撑植物生长；再生骨料排水层3厚度为350mm-500mm，例如：350mm、360mm、400mm、450mm或者500mm等。

如图1至图3所示，在上述实施例基础之上，进一步地，雨水滞留系统还包括设置在排水3的排水管4，排水管4的长度方向与再生骨料排水层3的长度方向一致；排水管4的铺设坡度为0.3％-0.6％，例如：0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或者0.6％等。本实施例中，雨水经过排水层3后进入排水管4，然后由排水管4排入其他排水设施。

其中，排水管4的顶部与再生骨料排水层3的顶部之间的距离不小于200mm，例如：200mm、250mm或者300mm等，排水管4的底部与再生骨料排水层3的底部之间的距离不小于50mm，例如：50mm、55mm或者60mm等，排水管4的侧部与再生骨料排水层3的侧部的距离不小于150mm，例如：150mm、200mm或者300mm等。本实施例中，排水层3可有效收集土壤介质层渗入的雨水。

在上述实施例基础之上，进一步地，排水管4上设有至少两个进水孔组，进水孔组设置在排水管4的下半部分；进水孔组包括多个进水孔5，多个进水孔5沿排水管4的长度方向间隔设置。

本实施例中，进水孔组设置在排水管4的下半部分，也就是进水孔组设置在排水管4的远离排水层3的顶部的部分，即，排水管4向下开口，这样能够避免排水层3的再生骨料进入排水管4中。运行初期，仅有微量粉状物随从所述排水管4中流出，随着运行稳定，无粉状物流失。

其中，进水孔组的数量可以为三个、四个或者五个等。

可选的，进水孔组的数量为两个，两个进水孔组中相对应的两个进水孔5之间的夹角α(相对应的进水孔的中心与相应位置的排水管的圆心之间的连线形成的圆心角)可以根据需要来设置，例如60°、70°、80°、100°或者110°，可选的夹角α为90°方便加工。

进水孔组内的多个进水孔5可以非均匀设置，较佳的多个进水孔5均匀设置，相邻两个进水孔5之间的间隔B可以为8mm-10mm，例如：8mm、8.5mm、9mm或者10mm等。在上述实施例基础之上，进一步地，进水孔5的横截面积为排水管4的外表面积的1％-3％，例如：1％、1.3％、1.6％、1.8％、2.％、2.5％或者3％等。这种设置能够避免排水层3内的再生骨料进入排水管4内。

进一步的，进水孔5可以呈长条形缝设置，进水孔5的宽度方向与排水管4的长度方向平行，进水孔5的宽度不大于1mm(例如：0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm或者1mm等)，进水孔5的长度L可以为20mm-30mm(例如：20mm、22mm、25mm、28mm或者30mm等)。当雨水进入排水层3后，净化后的雨水经排水管4排出，排水管4进水孔5宽度不大于1mm，从而进一步避免排水层3中的再生骨料颗粒进入排水管4而流失。

需要说明的是，为了避免雨水中污染物对道路或者建筑基础有破坏风险，或者有污染地下水风险时，可以在雨水滞留系统的侧部和底部包裹防渗土工布6。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。