一种兼顾城市中小河道防洪排涝与面源污染控制的生态组合坝的制作方法

1.本发明涉及防洪排涝与污染治理技术领域，更具体地说是一种兼顾城市中小河道防洪排涝与面源污染控制的生态组合坝。


背景技术：

2.城市建设进程加快、截污纳管工作不断推进，大部分城市水体污染退化的主要原因均逐渐由点源污染转变为面源污染，因此由雨水径流与地表污染物引起的城市面源污染问题应该得到越来越多的关注。相比城市点源污染，通过雨水管网收集并经由雨水排水口集中排放的城市面源污染随机性强、污染范围广泛而难以控制，其污染程度随晴天地表污染物的积累和城市不透水面积比例增加而严重，这也是城市河道水质尚不能达到规划目标的主要原因之一。
3.现有发明及相关技术，多关注于源头减排，如海绵城市建设、湿地建设等，这些治理措施仅对漫流雨水具有一定的减少排放的作用，但对于从雨水管网末端集中排放雨水的污染控制能力有限、对污染物的针对性较差，且易受环境、植物耐受性不足等因素影响。而少数针对管网末端雨水径流污染的治理措施，如大型调蓄池、絮凝处理、沉淀池等，均受制于城市建成区内周边场地有限、大规模施工困难、供电能力不足、日常运维管理复杂、运维人员短缺、运行成本高等客观原因，无法在我国城市水体径流污染控制中广泛推广。
4.研究表明，初期雨水中的污染物一般占整场降雨全部污染物的80%以上，且ss（总悬浮物）是总cod（化学需氧量）的主要贡献，溶解态cod占比较低。因此生物滞留设施往往处理效果有限，且存在水力停留时间长、布水均匀程度要求高、运行管控复杂等弊端。更重要的是，受制于设计建造技术、建设成本、城市自然坡降等因素，一些老城区内雨水排水往往采用自流排水模式，位于管网末端的雨水排口甚至淹没于河道常水位以下，导致出流能力不足，较为复杂雨水径流污染的治理措施将进一步限制城市雨水管网排水能力。
5.可见，将快速沉降过滤技术应用于城市初期雨水径流快速处理及利用是具有参考、示范和推广意义的。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种兼顾城市中小河道防洪排涝与面源污染控制的生态组合坝。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种兼顾城市中小河道防洪排涝与面源污染控制的生态组合坝，沿着水流方向，依次设置前宾格石笼护脚、迎水区、过滤区、背水区、后宾格石笼护脚，所述前宾格石笼护脚、迎水区、过滤区、背水区、后宾格石笼护脚的外表均采用金属网围成独立的金属网笼，所述前宾格石笼护脚、迎水区、过滤区、背水区、后宾格石笼护脚的金属网笼内填充卵石；所述过滤区由一个或多个金属网笼组成，金属网笼内填装由火山岩、陶粒、活性炭和稀土元素改
性斜发沸石均匀混合组成的滤料；过滤区顶部设置了雷诺护垫，雷诺护垫为内部填充卵石的金属网笼；所述迎水区、过滤区、背水区的底部设置有橡胶止水带；所述迎水区和过滤区内埋设反冲洗空气管路，反冲洗空气管路由主进气管、分配管和多条多孔反冲洗空气支管组成，主进气管连通可移动式鼓风机。
9.所述卵石的粒径5-10cm 。
10.所述金属网笼内部均设置隔网。
11.所述金属网的直径应不高于14#，边丝直径应不高于12#，组合丝应不高于15#；网孔规格60-90mm；相邻的上下框线及四角用组合丝或绑丝绑扎，间隔为150-350mm。
12.所述雷诺护垫宽度及长度均与过滤区一致，高度可为过滤区高度的1/8-1/4。
13.所述过滤区高度高于河道常水位50-300mm。
14.所述前宾格石笼护脚、后宾格石笼护脚上表面设置护脚网笼上盖；所述背水区上表面设置背水区网笼上盖；所述迎水区上表面设置迎水区网笼上盖。
15.所述背水区内也埋设反冲洗空气管路。
16.本发明的技术效果和优点：
17.1、削减城市雨水径流对受纳水体造成的冲击性污染，也是水资源的有效补充。
18.2、污染物净化效果好，初期雨水中主要污染物去除效率高。
19.3、占地面积小、出流能力强、隐蔽性好，坝顶坝侧均可进行绿化，因此在保证雨水管网防洪排涝等基本功能的前提下，可兼顾生态环境改善，水质净化提升、亲水景观装饰性等需要，使雨水资源可持续利用和收纳水体生态环境健康紧密结合。
20.4、运行无动力消耗，因此综合工程投资较少，操作成本低，系统抗水质冲击负荷强、操作简单，容易维护。
21.5、可兼顾河道水体净化。
附图说明
22.图1为本发明整体的结构布局示意图；
23.图2为本发明内部剖视图；
24.图3为金属网笼布局示意图；
25.图4为卵石、滤料填充示意图；
26.图5为反冲洗空气管路结构示意图；
27.图6为本发明俯视布局图；
28.图7为前、后宾格石笼护脚大样图；
29.图8为背水区网笼大样图；
30.图9为迎水区网笼大样图；
31.图10为过滤区网笼大样图。
具体实施方式
32.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
33.实施例一
34.如图1-图10所示的一种兼顾城市中小河道防洪排涝与面源污染控制的生态组合坝，沿着水流方向，依次设置前宾格石笼护脚1、迎水区2、过滤区3、背水区4、后宾格石笼护脚5，所述前宾格石笼护脚1、迎水区2、过滤区3、背水区4、后宾格石笼护脚5的外表均采用金属网围成独立的金属网笼a，所述前宾格石笼护脚、迎水区、过滤区、背水区、后宾格石笼护脚的金属网笼内填充卵石b；所述过滤区3由一个或多个金属网笼组成，金属网笼内填装由火山岩、陶粒、活性炭和稀土元素改性斜发沸石均匀混合组成的滤料c；过滤区3顶部设置了雷诺护垫31，雷诺护垫为内部填充卵石的金属网笼；所述迎水区、过滤区、背水区的底部设置有橡胶止水带6；所述迎水区和过滤区内埋设反冲洗空气管路7，反冲洗空气管路7由主进气管71、分配管72和多条多孔反冲洗空气支管73组成，主进气管连通可移动式鼓风机。
35.进一步的，所述卵石的粒径5-10cm 。
36.进一步的，所述金属网笼a内部均设置隔网a1。
37.进一步的，所述金属网的直径应不高于14#，边丝直径应不高于12#，组合丝应不高于15#；网孔规格60-90mm；相邻的上下框线及四角用组合丝或绑丝绑扎，间隔为150-350mm。
38.进一步的，所述雷诺护垫宽度及长度均与过滤区一致，高度可为过滤区高度的1/8-1/4。
39.进一步的，所述过滤区高度高于河道常水位50-300mm。
40.进一步的，所述前宾格石笼护脚、后宾格石笼护脚上表面设置护脚网笼上盖；所述背水区上表面设置背水区网笼上盖；所述迎水区上表面设置迎水区网笼上盖。
41.进一步的，所述背水区内也埋设反冲洗空气管路。
42.实施例二
43.生态滤坝整体由不同规格钢丝网组成，为增强滤坝的使用寿命，钢丝网所用钢丝应采用铝镀合金丝、锌铝合金丝、电镀铝镁合金丝等，网丝直径应不高于14#，边丝直径应不高于12#，组合丝应不高于15#。网孔规格60~90mm。相邻的上下框线及四角必须用组合丝或绑丝绑扎，间隔宜为150~350mm。
44.除过滤区外，宾格石笼、雷诺护垫、迎水区及背水区均填充粒径5-10cm卵石，卵石装入合金丝网笼后，置于雨水排口出水垂直方向。
45.坝体安装前，应将拟安装坝体周边区域清理干净，安放后各网笼之间若有空隙，用m10砂浆填充密实。
46.为保障滤坝稳固性及过滤效果，滤坝安装位置建议在出水口处2-5m范围内，迎水面宽度宜为出水口直径的2~5倍，迎水区坡度宜为1:1.5~1:3。为降低滤坝对过水断面的遮挡，背水区坡度宜为1:0.5~1:2，且大于迎水区坡度。滤坝两侧坝脚均设置宾格石笼护角，护角高度宜为坝体高度的1/5~1/3，宽度与坝宽一致，长度可根据过水冲击力调整，宜为300~800mm。为维护钢丝笼外形结构稳定性，各位置钢丝笼内部均设置隔网。
47.过滤区位于滤坝中部，过滤区宽度与滤坝等宽，长度可根据排口出水水质调整，宜为500~1500mm，过长则增加过流阻力，影响排涝。过滤区高度宜根据排口高程、雨水排放量及河道常水位调整，宜高于河道常水位50~300mm。过滤区有一或多个铝镀合金丝笼箱组成，网龙内填装由火山岩（40-60%，3-5cm）、陶粒（20-40%，2-5cm）、活性炭（10-20%，1-5cm、强度
93~97%，比表面积800-1200m2/g）和稀土元素改性斜发沸石（10-20%，2-4cm）均匀混合组成的滤料。考虑到过滤区网笼内滤料平均密度较低，为维护其结构及位置的稳定性，在过滤区顶部设置了雷诺护垫，雷诺护垫宽度及长度均与过滤区一致，高度可为过滤区高度的1/8~1/4。雷诺护垫为内部填充卵石的金属网笼。
48.为防止坝体受水流冲击移位、河道底部不均匀沉降、地下水水位变化对坝体的破坏，坝体下方设置橡胶止水带。
49.在迎水区和过滤区内埋设反冲洗空气管路，反冲洗管路由主进气管、分配管和多条多孔反冲洗空气支管组成。反冲洗管路材质可选用pe聚乙烯管、钢管等多种材质，多孔反冲洗空气管路的开孔率可为10~30%，孔径10~30mm，支管间距500-2000mm，反冲洗压力由可移动式鼓风机供给。
50.当污染负荷较高的初期雨水从雨水管内流出后，首先通过滤坝的阻水作用，降低流速，部分大颗粒污染物将在坝前沉降，随后初期雨水将通过迎水区及过滤区的卵石及滤料的过滤截留作用进一步得到净化，排入收纳水体。而当降雨量进一步增加，坝前水位逐渐高于滤坝后，污染负荷较低的雨水将直接翻越滤坝，快速流入收纳水体，从而起到实现雨水管网设计重现期、防止城市内涝、保障城市安全的目的。
51.当滤坝截留污染物过多，过滤能力有所降低后，可利用便携式鼓风机通过软管向反冲洗系统供气，依靠气泡上升时对滤料颗粒产生的剪切，摩擦作用和因气泡通过滤层某处后的空缺由周围滤料颗粒填充而加强的滤料颗粒间碰撞，摩擦作用、以及气泡在上升过程中对滤层的扰动作用，使截留在滤层中的杂质从滤料颗粒上脱落。宜选择在非雨季冲洗，因为那个时候就不会有集中面源污染进河道，即便污染物冲出也不会超出自净能力。也可在周围设置橡胶坝，围住漂浮物，然后人工清污。
52.实施例三
53.在雨季，当污染负荷较高的初期雨水从雨水管内流出后，首先被迎水区拦截，起到雍高坝前水位，增加滤前水头的作用，初期雨水从迎水区内的砾石间隙内通过，达到均匀布水、降低流速的目的。随后，经过均匀布水后的初期雨水在过滤区内通过混合滤料的截留、吸附作用，去除雨水中所夹杂的颗粒形式的ss、cod等污染物，水质得到净化后，经由背水区排入收纳水体。背水区内石笼则起到固定滤料，降低收纳水体对滤坝冲击作用的目的，同时也可避免截留的污染物被水流冲出，污染河道。而当降雨量进一步增加，坝前雍高水位逐渐超过坝高后，污染负荷较低的雨水将直接翻越滤坝，快速流入收纳水体，从而起到实现雨水管网设计重现期、防止城市内涝、保障城市安全的目的。
54.在非雨季，当河道水体流经滤坝时，所夹带的颗粒态污染物也可被滤坝截留，从而起到过滤净化河道水体的作用。
55.运行维护模式：根据滤坝过流堵塞情况，每隔10~15场有效降雨后，可通过软管将水泵、鼓风机等设备与滤坝管路系统相连，对滤坝进行反冲洗。
56.本工程实例表明，该滤坝对排入受纳水体的雨水径流中 ss、cod、tn、nh3-n 和 tp 的削减率可分别达到48.1%、25.2%、14.9%、16.6%和33.3%，对于城市面源污染具有较好的削减能力。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。