城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置

摘要

本发明公开了一种城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，包括底座与安放于底座上的主体部分；其中，主体部分包括：从上往下依次排列的表面径流收集槽、布水防溅板、布水套件、表层植被及其生长土壤层、5∶1土壤煤渣混合层、锯末层、3∶7沸石麦饭石滤料层、5∶1土壤锯末混合层、原土层、以及位于上述各层中每两层之间的介质渗滤液采样口；并且底座包括钢筋水泥基座和设置于钢筋水泥基座内的底层渗滤液收集槽。本发明装置易于实现、成本低廉，实现了良好的净化效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置的构建方法，属于城市 水体生态净化工程技术领域。

背景技术

目前，雨水径流面源污染已经成为了城市水体污染的重要污染源，据初步估算，城区雨 水径流污染占水体污染负荷的比例，目前在北京和上海约占10％左右，至2010年，城市雨水 径流污染负荷比例在北京将上升到12％以上，上海将上升至20％左右。当前，对城市降雨面源 污染的治理多集中于小区和道路的两侧，而对于河岸带对面源的净化多应用于农田，因此， 在城市河岸带对城市雨水面源污染的治理前景广阔。

发明内容

城市内河岸带是城市降雨径流进入河道前的最后一道屏障，但是出于水力功能设计和城 市建设的需要，城市河流用大量钢筋混凝土挡墙或浆砌石的岸坡代替天然泥土和植被，且河 岸带很窄，坡度过大，植被类型单一，生态环境功能降低。本发明所述的城市自然型岸带对 降雨径流地下渗滤净化系统通过对城市自然型岸带进行生态化改造，在不破坏其原有社会功 能前提下增加强其环境功能；同时该系统不需要大面积的储水区，也不需要外动力对其进行 驱动，仅依靠降雨径流在模型内以下渗流和水平流的流动方式对其进行净化；模型自带的下 凹部分能够显著增加径流水力停留时引间和增强径流的下渗；另外，通过对下渗径流分层出水 水质的监测，可以随时掌握各层介质的净化情况，有利于整套系统性能的维护工作。

为提供适合于不同水力负荷条件下岸带渗滤系统所采用的技术方案，包括岸带渗滤系统 的构型、水力负荷的模拟、渗滤系统的填装比例及方法以及不同坡度模型净化的模拟等，本 发明提出一种城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，包括底座与安放于底座上的 主体部分；其中，主体部分包括：从上往下依次排列的表面径流收集槽、布水防溅板、布水 套件、表层植被及其生长土壤层、5∶1土壤煤渣混合层、锯末层、3∶7沸石麦饭石滤料层、5∶1 土壤锯末混合层、原土层、以及位于上述各层中每两层之间的介质渗滤液采样口；并且，底 座包括钢筋水泥基座和设置于钢筋水泥基座内的底层渗滤液收集槽。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，装置进一 步包括多个分层取样器，多个分层取样器设置于主体部分内，并且多个分层取样器在主体部 分内设置于上下方向的不同位置；其中，每个分层取样器具有渗滤层和储水层，渗滤层和储 水层中间以多孔透水板分隔，并且每个分层取样器通过连通管与对应的介质渗滤液采样口连 通。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，装置表面 具有下凹部分。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，表层植被 及其生长土壤层的表层具有10cm厚度。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，5∶1土壤 煤渣混合层由10cm厚度、具有较大粒径颗粒组成。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，锯末层具 有0.5cm厚度。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，3∶7沸石 麦饭石滤料层具有30cm厚度；并且3∶7沸石麦饭石滤料层9包括沸石和麦饭石，二者的体积 比为3∶7，其中，颗粒较细的麦饭石在下，颗粒较粗的沸石在上。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，5∶1土壤 锯末混合层具有10cm厚度。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，原土层具 有上游60cm、下游20cm的厚度。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，布水套件 包括流量控制阀，通过调节流量控制阀来模拟不同径流负荷条件下不同类型城市岸带对降雨 径流的净化过程。

本发明实现了加强城市自然型岸带对城市降雨径流的阻控能力，本发明主要由表面径流 集水槽、分层取样器、防溅板、布水套件、表层植被及其生长土壤层、土壤煤渣混合层、锯 末层、滤料层、土壤锯末混合层、原土层、底层集水槽以及基座等组成。其主体部分主要由 煤渣、锯末、本地土壤、沸石以及麦饭石等来源广泛、价格低廉的滤料组成。

本发明装置运行时无需任何外部动力，流经该系统的城市降雨径流在重力的作用下，沿 坡度形成表面径流和依次经过各介质结构层形成下渗径流。在自然条件下，本发明装置对 NH₄⁺、TN、TP和COD_Cr具有良好的去除效果。

本发明结合国内外的研究现状，考虑我国河岸带不同水力负荷模拟的实际需求，开发了 适合于模拟不同坡度不同水力负荷条件下岸带地下渗滤净化装置。其有益效果是：(1)提供 适合不同水力负荷条件下渗滤净化装置，可模拟城市河岸带不同坡度以及不同降雨径流负荷 条件下渗滤系统对径流的净化过程；(2)实际应用中，不需要附加任何额外动力，完全依靠 重力作用来完成整套系统的工作过程，其结构简单、成本较低且使用方便，能够有效模拟城 市实际岸带对降雨径流的净化过程；(3)采用渗滤系统与下凹部分滞留相结合的方法，延缓 了表面径流的产流，增加了下渗率。

附图说明

附图1为城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置的主视示意图；

图2(a)为分层采样器主视图和俯视图；

图2(b)为图2(a)的A-A剖面图。

附图标号：

1表面径流收集槽；2介质渗滤液采样口；3底层渗滤液收集槽；4布水防溅板；5布水 套件；6表层植被及其生长土壤层；75∶1土壤煤渣混合层；8锯末层；93∶7沸石麦饭石滤料 层；105∶1土壤锯末混合层；11原土层；3底层渗滤液收集槽；12钢筋水泥基座；13渗滤层； 14多孔透水板；15储水层；16连通管。

具体实施方式

结合以下各实施例，进一步详细说明本发明。具体来说：根据本发明的较佳实施例，本 发明提出一种城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，包括底座与安放于底座上的 主体部分；其中，主体部分包括：从上往下依次排列的表面径流收集槽1、布水防溅板4、布 水套件5、表层植被及其生长土壤层6、5∶1土壤煤渣混合层7、锯末层8、3∶7沸石麦饭石滤 料层9、5∶1土壤锯末混合层10、原土层11、以及位于上述各层中每两层之间的介质渗滤液 采样口2；并且，底座包括钢筋水泥基座12和设置于钢筋水泥基座12内的底层渗滤液收集 槽3。

进一步，根据本发明提供的城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置，装置进一 步包括多个分层取样器，多个分层取样器设置于主体部分内，并且多个分层取样器在主体部 分内设置于上下方向的不同位置；其中，每个分层取样器具有渗滤层13和储水层15，渗滤 层13和储水层15中间以多孔透水板14分隔，并且每个分层取样器通过连通管16与对应的 介质渗滤液采样口2连通。

更为具体地，如说明书附图1、说明书附图2(a)及说明书附图2(b)所示，根据本发 明较佳实施例的装置具有如下构造：

(1)多介质渗滤净化系统的构型：该渗滤系统主体部分为无盖长方体有机玻璃槽，主体 部分外表面上附有表面径流收集槽1，布水防溅板4，布水套件5，表层植被及其生长土壤层 6，5∶1土壤煤渣混合层7，锯末层8，3∶7沸石麦饭石滤料层9，5∶1土壤锯末混合层10，原 土层11，以及设置于各层之间的介质渗滤液采样口2。进一步，整个主体部分坐落在底层渗 滤液收集槽3以及钢筋水泥基座12上面(其结构如图1所示)。系统主体内部还依不同深度 设有若干分层取样器，其由渗滤层13和储水层15组成，中间以多孔透水板14分隔，通过连 通管16与分层取样口2相连接(其结构如图2(a)和图2(b)所示)。

(2)水力负荷的模拟：通过安装在布水套件5上水端的球阀流量计和回水管可以控制其 出水的流速，进而实现对不同水力负荷的模拟；

(3)系统介质的填装比例及方法：首先在装置底部铺设原土层11，原土层11在模型水 流流动方向上的下端厚度为20cm、上端厚度为50cm，坡度为5°，并在模型上端1/3处形成 20cm深、20cm宽的下凹；然后在其上铺设厚度同样为10cm的5∶1土壤锯末混合层10，其上 为厚度是30cm的3∶7沸石和麦饭石滤料层9，沸石和麦饭石滤料层上面为0.5cm厚度的锯末 层8，锯末层8上面为10cm厚度的5∶1土壤煤渣混合层7，其上为表层植被及10cm厚的生长 土壤层。各层均与原土层11一致形成下凹部分。为保证该系统尽可能的模拟天然沉积环境， 各层材料填充时皆采用分步填充法，即每次均匀填充每层介质材料，填埋上一层渗滤液的分 层采样器，后浇水淤实沉积，再继续填充上一层介质材料，然后埋设上一层渗滤液的分层采 样器，同样浇水淤实，周而复始直至达到填充厚度要求；填充完毕后，自然沉积15天后即可 正常运行。分层采样器埋设时，采样器渗滤层的上沿与两层介质交界线平行，渗滤层内为石 英砂；

(4)入水的配置方法：以潜水泵抽取河水进入储水桶，再用潜水泵抽取储水桶内河水至 布水管，潜水泵和布水管中间用流量计和回流管控制入水量。

本发明中，布水套件5为一套。

本发明中，布水防溅板4为一套。

本发明中，表面径流收集槽1为一组。

本发明中，分层取样器为八套。

本发明中，底层渗滤液收集槽3为两组。

实验过程中以潜水泵抽取河水进入储水桶，再用潜水泵抽取储水桶内河水至布水管，潜 水泵和布水管中间用流量计和回流管控制入水量。入水进入模型后，下渗和侧渗并在下凹部 分形成积水，下凹部分汇水饱和后沿模型表面流动，形成表面径流，同时入水在模型内形成 下渗流；在各分层采样器2和表层径流收集槽1采集各层渗滤液和表层径流；在不同来水中 氮磷浓度下，模型对NH₄⁺、TN、TP和COD_Cr的去除能力分别为1114.53、633.89、100.47和 2220.84mg·m^-2·h^-1。

以上实施例可看出，本发明中城市自然型岸带降雨径流地下渗滤净化模拟装置的主视示 意图可模拟城市自然岸带对降雨径流的净化过程，并且具有良好的去除效果。

本发明的上述实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领 域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。