CN114703942B - 一种雨水截流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨水截流系统，包括：控制系统及壅水坎、干管、与干管并联连通的引流管、与干管串联连通的变向弯管、与变向弯管通过三通管连通的雨水管和污水管；其中，污水管的出水口与雨水管的出水口通过竖井连通；壅水坎设置在干管上；本发明以水质作为初期雨水分离的判断标准，采用浊度法测量初期雨水水质情况，并根据浊度法完成系统的自动化截流，以应对降雨的随机因素；且系统具备预警装置，在系统发生故障时仍具有常规排水能力，不会造成管道堵塞，从而避免道路积水或城市内涝。

Description

一种雨水截流系统

技术领域

本发明涉及雨水截流技术领域，具体涉及一种雨水截流系统。

背景技术

城市排水系统是城市基础设施建设的重要组成部分，是保护城市水质资源和居民生活环境的重要环节，现有技术中城市排水体制一般分为合流制和分流制两种类型；

其中，合流制排水系统按雨、污、废水产生的次序及处理程度的不同可分为直排式合流制、截流处理式合流制和全处理式合流制。直排式合流制将雨水和污水直接排入水体，会对水体造成污染。截流式合流制对带有较多悬浮物的高污染初期雨水和污水进行处理，有利于保护水体，但雨量过大，混合污水量超过了截流管的设计流量时，超出部分将溢流到城市河道，对水体造成局部和短期污染；而且进入污水处理厂的污水，由于混有大量雨水，增加了污水处理厂的工作量，而且对污水厂的处理工艺也有更高要求。完全合流制较适合雨量较小且对水体水质要求较高的地区，但是对污水处理厂的处理能力要求高，并且需要大量的投资和运行费用；分流制排水系统根据雨水排除方式的不同，分为完全分流制、截流式分流和不完全分流制。完全分流制仅对收集的污水进行处理，雨水收集后直接排入水体，由于初期雨水中一般含有大量的污染物和悬浮固体，所以初期雨水对水体的污染相当严重。不完全分流制主要用于有合适地形、常年少雨、气候干燥的城市，限制因素较多。截流式分流制可以克服完全分流制的缺点，能够较好的保护水体不受污染，由于仅接纳污水和初期雨水，截流管的断面小于截流式合流制，进入截流管内的流量和水质相对稳定，可以降低水泵站和污水处理厂的运行管理费用。

结合现有技术，对初期雨水的截流体系还存在以下问题：

(1)截流指标过于粗糙，缺乏科学依据，对于高污染的初期雨水截流不够准确；

(2)截污截流时忽略了排水速度也未考虑装置出现故障的情况，可能导致降雨量过大时道路积水或城市内涝；

(3)依靠机械过滤和沉淀之后的初期雨水依旧含有大量污染，会对水体造成污染，不适合直接排入到自然水体中；

(4)过多的占用了土地资源，装置出现故障时不方便检修。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种雨水截流系统，以水质作为初期雨水分离的判断标准，采用浊度法测量初期雨水水质情况，并根据浊度法完成系统的自动化截流，以应对降雨的随机因素；且系统具备预警装置，在系统发生故障时仍具有常规排水能力，不会造成管道堵塞，从而避免道路积水或城市内涝。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种雨水截流系统，包括：

控制系统及

壅水坎、干管、与干管并联连通的引流管、与干管串联连通的变向弯管、与变向弯管通过三通管连通的雨水管和污水管；

其中，污水管的出水口与雨水管的出水口通过竖井连通；

壅水坎设置在干管上。

优选地，控制系统包括：

触发器、浊度传感器、电控阀门A、电控阀门B；

其中，触发器与浊度传感器通信连接；

浊度传感器分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接，

电控阀门A设置在竖井与雨水管的连接处；电控阀门B设置在竖井与污水管的连接处；

触发器设置在引流管中，作为控制系统的启动开关；

浊度传感器设置在污水管的入水口处，用于采集雨水浊度参数。

优选地，浊度传感器具体为：

包括浊度传感器子设备及控制子设备，浊度传感器子设备分别与触发器，控制子设备通信连接，且控制子设备分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接。

优选地，控制系统的控制过程具体为：

浊度传感器子设备采集污水管的入水口的当前雨水浊度数据，并将当前雨水浊度数据传递给控制子设备，控制子设备接收当前雨水浊度数据，并判断是否满足预设雨水浊度，若是，则输出第一控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；否则输出第二控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；

其中；第一控制信号为：电控阀门A关闭，电控阀门B开启；

第二控制信号为：电控阀门A开启，电控阀门B关闭。

优选地，浊度传感器的前端设置有消力坎；其消力坎用于形成下游低流速回流区，减少浊度传感器的损耗。

优选地，引流管与干管的汇流处设置有第一加速坡道；

三通管与雨水管的连接处设置有第二加速坡道。

本发明具有以下有益效果：

包括：控制系统及壅水坎、干管、与干管并联连通的引流管、与干管串联连通的变向弯管、与变向弯管通过三通管连通的雨水管和污水管；其中，污水管的出水口与雨水管的出水口通过竖井连通；壅水坎设置在干管上；本发明以水质作为初期雨水分离的判断标准，采用浊度法测量初期雨水水质情况，并根据浊度法完成系统的自动化截流，以应对降雨的随机因素；且系统具备预警装置，在系统发生故障时仍具有常规排水能力，不会造成管道堵塞，从而避免道路积水或城市内涝。

附图说明

图1为本发明提供的一种雨水截流系统的结构示意图；

图2为本发明提供的三通管细部构造图；

图3为本发明实施例中弯道环流现象的示意图；

图4为本发明实施例中雨水截流系统的几何参数设置示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种雨水截流系统，包括：

控制系统及

壅水坎、干管、与干管并联连通的引流管、与干管串联连通的变向弯管、与变向弯管通过三通管连通的雨水管和污水管；

其中，污水管的出水口与雨水管的出水口通过竖井连通；

壅水坎设置在干管上。

本发明实施例中，降雨前期雨量较小，由于壅水坎的存在，水流会被拦挡，大部分分流至引流管，快速累积至指定水位，推动触发器闸门，启动电路控制系统；降雨后期雨量较大，引流管可以使雨水更加迅速的排走。如果引流管中的触发器闸门出现故障时，干管能保证系统仍具备基础的排水能力，避免出现道路积水或城市内涝；

在本发明的触发器阀门、浊度传感仪、电控阀门处，设有检查井，便于维护和检修这些关键装置，延长发明的使用寿命。

如图2所示，为本发明实施例中三通管细部构造图。

优选地，控制系统包括：

触发器、浊度传感器、电控阀门A、电控阀门B；

其中，触发器与浊度传感器通信连接；

浊度传感器分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接，

电控阀门A设置在竖井与雨水管的连接处；电控阀门B设置在竖井与污水管的连接处；

触发器设置在引流管中，作为控制系统的启动开关；

浊度传感器设置在污水管的入水口处，用于采集雨水浊度参数。

本发明实施例中，控制系统中触发器闸门被推动之后，会触发电路控制系统开关；为避免触发器闸门被重复推动，多次触发电路控制系统开关，设置电路控制系统启动后需间隔48小时，才能再次启动。

优选地，浊度传感器具体为：

包括浊度传感器子设备及控制子设备，浊度传感器子设备分别与触发器，控制子设备通信连接，且控制子设备分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接。

优选地，控制系统的控制过程具体为：

浊度传感器子设备采集污水管的入水口的当前雨水浊度数据，并将当前雨水浊度数据传递给控制子设备，控制子设备接收当前雨水浊度数据，并判断是否满足预设雨水浊度，若是，则输出第一控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；否则输出第二控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；

其中；第一控制信号为：电控阀门A关闭，电控阀门B开启；

第二控制信号为：电控阀门A开启，电控阀门B关闭。

本发明实施例中，如果当前雨水浊度数据大于等于高浓度临界值(10NTU)，则电控阀门B开启，电控阀门A关闭，积水排入污水管道；如果当前雨水浊度数据小于高浓度临界值(10NTU)，则电控阀门A开启，电控阀门B关闭，积水从雨水管道排走；还包括一种判断标准为：如果当前雨水浊度数据小于低浓度临界值(3NTU)，则保持电控阀门A开启，电控阀门B关闭状态，电路控制系统关闭；

本发明实施例中，雨水进入干管之后，壅水坎将前期的雨水拦截流入引流管，引流管里累积的雨水水位达到预设的触发高度时，雨水的重量能够推动触发器闸门，触发器闸门被推动之后，会启动控制浊度传感仪和电控阀门的电路控制系统；且当雨水需要积累到一定水位才能达到足够的重量推动触发器闸门，从而排除因其他原因造成少量的水进入引流管引起触发器闸门误判，例如人为倾倒的水，洒水车洒水等情况；

如未发生实质上的降雨，但引流管中的水积累到足够高度能够推动触发器闸门时，电路控制系统也会被启动，在三通管中的浊度传感仪进行工作后，会检测积水的浊度，系统做出相应判断，此时引流管中积水得以排除；积水排除后，由于管道内没有水流，浊度传感仪检测到的浊度数值为0NTU，低于预设的低浓度数值，系统关闭。

优选地，浊度传感器的前端设置有消力坎；其消力坎用于形成下游低流速回流区，减少浊度传感器的损耗。

本发明实施例中，消力坎形成下游低流速回流区可以很好地保护浊度传感仪，防止水流冲走浊度传感仪，减小浊度传感仪的损耗，延长设备的使用寿命。

优选地，引流管与干管的汇流处设置有第一加速坡道；

三通管与雨水管的连接处设置有第二加速坡道。

本发明实施例中，触发器闸门开启之后，引流管中的水流重新汇入干管，进入加速坡道1。加速坡道1会让进入弯道前的水流充分加速，使变向弯道处的水流能产生更为明显的弯道环流现象，其弯道环流现象如图3所示，弯道环流现象是指弯道中表层水流流向凹岸，底层水流流向凸岸的这一特有运动状态，即弯道特有的三维螺旋流运动。在弯道水流中，表层的水流流速大于底层的水流的流速，表层的水流受到的离心力大于底层的水流受到的离心力，因此表层的水流受离心力作用流向凹岸，由于连续性原理，底层的水流由凹岸流向凸岸，所以从弯道水流的横断面上看，就形成了弯道横向环流；由于大部分污染物是附着在大颗粒物体(泥沙)上随水流运动，且沿水深垂向上具有底部浓度高，表层浓度低的梯级分布特征。因此，大部分附着污染物的固体颗粒会随弯道水流进入凸岸。

变向弯道后接三通管，三通管左边连接雨水管，管内设有拦污堰；右边连接污水管，管内设有消力坎和浊度传感仪。由于弯道环流现象，叠加污染物浓度底部浓度大的分布特征，同时污水管的比降更大(加速坡道2)，高程更低，而雨水管处拦污堰拦截水流，所以高污染的初期雨水大部分会从污水管道处排走；降雨后期，污染物浓度减小，电控阀门B关闭，电控阀门A打开。水流主要从三通管左边雨水管排出，右边的污水管内部充满水体，只有极少量水通过竖井溢流进入雨水管中排走。

如图4所示，本发明实施例中雨水截流系统的几何参数设置如下：

D为管道直径，单位为米。

L+d为壅水坎到触发器闸门的水平距离,d为触发器闸门前斜坡起始处到触发器闸门的水平距离，d＝2/3L，单位为米；

H为触发器的触发水位，单位为米；

h0为壅水坎高度，单位为米；且，壅水坎高度的设计，应保证触发器在被触发前累积的水不会漫过壅水坎；

h1为触发器闸门前斜坡的高度，单位为米；且，触发器闸门的触发水位根据当地的降雨情况设定：如果当地降雨的多年平均降雨雨量较小，触发水位可适当降低，以确保在降雨发生时触发器闸门前能累积足够的水量推动触发器；

h2为拦污堰高度，单位为米；且，拦污堰高度的设计，应保证在水流较小无法形成明显的弯道环流时，拦污堰可以拦截绝大部分的水流，使水流流入污水管；

h3为消力坎高度，单位为米；

其中，浊度传感仪的临界值设定，应根据当地的实际情况进行确定，其中高浓度数值的选择可以参照污水处理的标准，可选择需要进行处理的污水浊度值作为高浓度数值；低浓度数值的选择可以根据当地降雨后期雨水的浊度或者饮用水标准进行确定；

其几何参数设置的实施例1为：

管道管径D为1米，壅水坎的高度为0.05米，壅水坎到触发器闸门的水平距离为20米，加速坡道到触发器闸门的水平距离为8米，设置加速坡道的比降i＝1:50，则触发器闸门前斜坡的高度h1为0.16米，水的重力达到1000N时触发器闸门会被开启，当触发器闸门前积累的水体水位达到0.12米时，根据管道的比降可以计算出水面的水平距离为6米，再根据棱台的体积公式，具体为：V＝H/3*(S1+S2+(S1*S2)^0.5)；根据公式可以计算出此时管道内水体体积为0.1063立方米，其重力达到1042N，符合触发器闸门被触发的标准。消力坎的高度为0.06米；拦污堰的高度为0.20米；根据污水处理标准和饮用水标准，将10NTU设置为浊度传感仪高浓度数值，3NTU为浊度传感仪低浓度数值。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种雨水截流系统，其特征在于，包括：

控制系统及

壅水坎、干管、与干管并联连通的引流管、与干管串联连通的变向弯管、与变向弯管通过三通管连通的雨水管和污水管；

其中，污水管的出水口与雨水管的出水口通过竖井连通；

壅水坎设置在干管上；

控制系统包括：

触发器、浊度传感器、电控阀门A、电控阀门B；

其中，触发器与浊度传感器通信连接；

浊度传感器分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接，

浊度传感器具体为：

包括浊度传感器子设备及控制子设备，浊度传感器子设备分别与触发器，控制子设备通信连接，且控制子设备分别与电控阀门A、电控阀门B通信连接；

电控阀门A设置在竖井与雨水管的连接处；电控阀门B设置在竖井与污水管的连接处；

触发器设置在引流管中，作为控制系统的启动开关；

浊度传感器设置在污水管的入水口处，用于采集雨水浊度参数；

控制系统的控制过程具体为：

浊度传感器子设备采集污水管的入水口的当前雨水浊度数据，并将当前雨水浊度数据传递给控制子设备，控制子设备接收当前雨水浊度数据，并判断是否满足预设雨水浊度，若是，则输出第一控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；否则输出第二控制信号，并传递给电控阀门A、电控阀门B；

其中；第一控制信号为：电控阀门A关闭，电控阀门B开启；

第二控制信号为：电控阀门A开启，电控阀门B关闭。

2.根据权利要求1中所述的雨水截流系统，其特征在于，浊度传感器的前端设置有消力坎；其消力坎用于形成下游低流速回流区，减少浊度传感器的损耗。

3.根据权利要求1中所述的雨水截流系统，其特征在于，引流管与干管的汇流处设置有第一加速坡道；

三通管与雨水管的连接处设置有第二加速坡道。

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