CN104090088B - 一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置 - Google Patents

Abstract

一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，它包括储雨水箱、水泵、导水管、弯头、喷头、实验土槽、实验植物、接水槽、实验桌子、收集桶盖、收集桶和实验小桌子；储雨水箱的下部出口与水泵进水口相连，水泵的出水口通过导水管把储雨水箱中的雨水送至与导水管另一端相连的喷头，带有喷头的导水管一侧放置在实验土槽上，人工模拟雨水经喷头均匀喷洒在实验土槽中，实验植物种植在实验土槽的土壤介质上，而实验土槽底部排出的人工雨水流入到接水槽中，实验土槽及接水槽均放置在实验桌子上，接水槽另一端接有导水管，直接与收集桶相连，收集桶上部设有收集桶盖，收集桶及收集桶盖放置于实验小桌上，收集桶上部的收集桶盖，使系统水量计算准确合理。

Description

一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置

技术领域

本发明涉及一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，它主要用于人工模拟降雨作用条件下，设计的植物滞留元中植物蒸腾量、土壤蒸发量及水量平衡模拟的动力学研究，属于环境工程和生态工程领域。

背景技术

植物滞留元水量平衡的动态研究是城市非点源水量平衡研究的难点之一。城市非点源污染随着城市的快速发展愈演愈烈。植物滞留元作为城市非点源控制的最佳管理措施之一，对城市非点源污染的控制效果较显著。植物滞留元通过蓄积和削减洪峰流量、减少雨水外排，涵养和补充地下水，并利用植物和土壤介质的截留等作用来净化雨水，减少了污染。植物滞留元作为城市环境中具有生态调节作用显著的生态单元，为动物提供食物和栖息地，达到良好的景观效果。目前，降雨径流收集到的雨水在植物滞留元中的水量平衡还不太清楚，尤其对土壤蒸发的定量化研究还没有较好的实验方法。

国内外研究者虽然进行了一些水质水量的室内和现场实验，但将人工模拟降雨作用条件下，综合考虑植物滞留元中植物蒸腾量、土壤蒸发量及介质水量渗透率等因素，构建人工模拟降雨条件下水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置却未见报道。在评价植物滞留元对城市降雨和径流水文过程影响的研究中，迫切需要室内水量模拟实验来获取相关技术参数。人工模拟降雨条件下水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置能反映植物滞留元在不同雨强、不同类型植物、不同介质成分及深度、不同空间和时间等对水量的动态变化的影响，因而能满足实际工程应用的各种要求。研究降雨径流在植物滞留元中长时间运移机理的动态变化过程急需通过模拟实验来完成。针对实验需求本发明对人工模拟降雨径流作用条件下植物滞留元水量平衡模拟实验装置进行设计。为此，本实验装置提供人工模拟降雨径流作用条件下植物滞留元水量平衡模拟实验装置，它是一种能够确定水量在系统中的运移情况并对模拟水量在系统中分布分析提供有效、可行、可靠的实验装置。

发明内容

1、目的：

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置。该装置实验机理清晰、操作简便、结构简单、经济实用，适用于模拟城市降雨径流实验的一种植物滞留元水量平衡模拟控制研究。

2、技术方案：

见图1，本发明一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，它包括储雨水箱、水泵、导水管、弯头、喷头、实验土槽、实验植物、接水槽、实验桌子(支架)、收集桶盖、收集桶和实验小桌子。它们之间的位置连接关系是：

储雨水箱的下部出口与水泵进水口相连，水泵的出水口通过导水管把储雨水箱中的人工模拟雨水送至与导水管另一端相连的喷头，带有喷头的导水管一侧放置在实验土槽上，导水管弯曲部分用弯头相接；人工模拟雨水经喷头均匀喷洒在实验土槽中，实验植物种植在实验土槽的土壤介质上，而实验土槽底部排出的人工模拟雨水流入到接水槽中，实验土槽及接水槽均放置在实验桌子(支架)上，接水槽另一端接有导水管，直接与收集桶相连，收集桶上部设有收集桶盖，收集桶及收集桶盖放置于实验小桌上。收集桶上部的收集桶盖，使系统水量计算准确合理。

所述储雨水箱是盒式结构的箱体；

所述水泵是基本型蠕动泵，其功能为将储雨水箱中的水通过导水管自动抽压至喷头中；

所述导水管是具有导水作用的塑料管，塑料管型号为16^#；

所述喷头是莲蓬型的铝合金防锈材料制成，具有在多孔布水板表面喷洒雨水的作用，孔径为2mm；

所述弯头是按需要选购的PVC弯头，弯角为90°；

所述实验土槽是圆锥型PVC盆，高为40cm，最上端直径为30cm，最低端直径为24cm。用于长时间盛装实验所用的各种类型的潮湿土壤及碎石等；该实验土槽自上而下包括表面雨水滞留层、土壤覆盖层、植被及种植土壤层、碎石层和出水管。该表面雨水滞留层的深度为50mm，此层无任何填充物；该土壤覆盖层的深度为50mm，主要成分为树皮(bark)；该植被及种植土壤层的深度为250mm，主要成分是表层土壤和有机物；该碎石层的深度为50mm；主要成分是粒径为11.5～12.5mm的砾石；该出水管是直径为50mm的PVC管。

所述实验植物为植物滞留元常采用的实验植物黑麦草。

所述接水槽，是边长为40cm的正方形木质箱体，接水槽的深度为10cm。木质箱体内部涂有两层防水涂料，达到防潮、防腐的作用。

所述实验桌子(支架)，是有四个支腿的木质平面桌。

所述收集桶盖材料为橡胶，其形状为圆锥体，套入收集桶中。其功能是防止收集桶内水量的蒸发及渗漏损失。

所述收集桶，是带有刻度盘的圆形玻璃瓶，用来收集植物滞留元排出的水样。

本发明工作流程如下：

所述的喷头置于实验土槽的顶部，人工模拟雨水用泵抽到与导水管另一端相连的喷头，人工模拟雨水由喷头均匀喷洒在实验土槽中，接水槽收集由实验土槽排出的人工模拟雨水，收集桶收集排出的人工模拟雨水，直接读取排放量。实验主体装置为实验土槽，自上而下包括表面雨水滞留层、土壤覆盖层、植被及种植土壤层、碎石层、出水管。为了节约费用，实验土槽主要以PVC作为实验材料，易获得。

采用上述技术方案，用一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，能反映植物滞留元在不同雨强、不同类型植物、不同介质成分及深度、不同空间和时间等对水量的动态变化的影响，因而能满足实际工程应用的各种要求。

3、优点及功效：本发明一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，具有结构简单、造价低和经济实用等特点。该实验装置能反映植物滞留元在不同雨强、不同类型植物、不同介质成分及深度、不同空间和时间等对水量的动态变化的影响，通过水量平衡模拟实验来获取水量运移及平衡的相关技术参数。为此，本实验装置提供在不同人工模拟降雨作用条件下，设计的植物滞留元中植物蒸腾量、土壤蒸发量及水量平衡模拟的动力学参数，实验参数信息量大、准确并能实现自动读取数据的目的。

附图说明

图1水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置结构示意图

图2水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置的俯瞰示意图

图3水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置的正面示意图

图4水量平衡模拟控制的植物滞留元主体设备即实验土槽的结构示意图

图中符号说明如下：

1储雨水箱；2水泵；3导水管；4弯头；5喷头；6实验土槽；7实验植物；8接水槽；9实验桌子(支架)；10收集桶盖；11收集桶；12实验小桌子；13表面雨水滞留层；14土壤覆盖层；15植被及种植土壤层；16碎石层；17出水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：见附图

见图1，本发明一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，它包括储雨水箱1；水泵2；导水管3；弯头4；喷头5；实验土槽6；实验植物7；接水槽8；实验桌子(支架)9；收集桶盖10；收集桶11；实验小桌子12。它们之间的位置连接关系是：

储雨水箱1的下部出口与水泵2进水口相连，水泵2的出水口通过导水管3把人工模拟雨水送至与导水管3另一端相连的喷头4，导水管3的另一端放置在实验土槽6上，导水管3的弯曲部分用弯头4相接，人工模拟雨水经喷头5均匀喷洒在实验土槽6中，实验植物7种植在实验土槽6中，实验土槽6下部放置有接水槽8，接水槽一侧有导水管与收集桶盖10相连，接水槽8及实验土槽6放置在实验桌子(支架)9上，收集桶11放置在实验小桌子12之上，使收集的人工模拟雨水自动流到收集桶11中。

所述储雨水箱1是盒式结构的箱体，材质为有机玻璃，箱体外形尺寸为40cm×40cm×40cm；

所述水泵2是基本型蠕动泵、型号为BT100-2J、泵头YZ1515X、功能为将储雨水箱1中的水通过导水管3把人工模拟雨水送至与导水管3另一端相连的喷头5；

所述导水管3是具有导水作用的塑料管，塑料管型号为16^#；

所述弯头4是市购的塑料弯头，弯角为90°；

所述喷头5是莲蓬型的铝合金防锈材料制成，型号：400PL，具有在实验土槽表面均匀喷洒人工模拟雨水的作用，孔径为2mm；

所述实验土槽6是圆锥型PVC盆，高为40cm，最上端直径为30cm，最低端直径为24cm。用于长时间盛装实验所用的各种类型的潮湿土壤及碎石等；由于是花卉市场常见产品，具有价格便宜，易获得等特点；该实验土槽6自上而下包括表面雨水滞留层13、土壤覆盖层14、植被及种植土壤层15、碎石层16和出水管17。该表面雨水滞留层13的深度为50mm，此层无任何填充物；该土壤覆盖层14的深度为50mm，主要成分为树皮(bark)；该植被及种植土壤层15的深度为250mm，主要成分是表层土壤和有机物；该碎石层16的深度为50mm；主要成分是粒径为11.5～12.5mm的砾石；该出水管17是直径为50mm的PVC管。

所述实验植物7为植物滞留元常采用的实验植物黑麦草；

所述接水槽8是边长为40cm的正方形木质箱体，接水槽的深度为10cm。木质箱体内部涂有两层防水涂料，已达到防潮、防腐的作用。同时具有临时储存雨水的作用；

所述实验桌子(支架)9，是有四个支腿的木质平面桌。高度55cm，宽度为70cm；

所述收集桶盖10，材料为橡胶，其形状为圆锥体，套入收集桶11中；其功能是防止收集桶11内水量的蒸发及渗漏损失。

所述收集桶11，是带有刻度盘的圆形玻璃瓶，用来收集植物滞留元排出的水样。作用为随时读取植物滞留元排放出的水量；

所述实验小桌子12，是有四个支腿的木质平面小桌。高度25cm，宽度为40cm。

图2为水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置的俯瞰示意图，图2从左向右分别为储雨水箱1的箱体，是长宽分别为：400mm、400mm的有机玻璃组成；水泵2为内外直径分别为11cm、15cm、20cm；实验土槽6最上端直径为30cm，最下端直径为24cm的PVC圆锥体；接水槽8为长宽分别为40cm、40cm的正方形木质箱体；实验桌子(支架)9的长为70cm，宽为40cm的有四个支腿的木质平面桌；导水管3直径为5cm；收集桶盖10内外直径分别为5cm、10cm的橡胶盖；收集桶11直径为20cm的有刻度盘的圆柱玻璃瓶。实验小桌子12长宽分别为40cm的有四个支腿的木质平面小桌。

图3为水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置的正面示意图，从图可见，从左向右分别为储雨水箱1的箱体主要以高宽分别为：400mm、400mm的有机玻璃组成；水泵2为底盘直径为20cm，厚度为5cm；水泵2上盖厚度为2cm，上盖直径为11cm；水泵2的主体高度为15cm，主体直径为15cm；实验土槽6的高度为40cm的PVC圆锥体；接水槽8的边长、高度分别为40cm、10cm的木质箱体；实验桌子(支架)9是长为70cm，高为55cm的具有四个支腿的木质平面桌；收集桶盖10内外直径分别为5cm、10cm的橡胶盖；收集桶直径为20cm，高度20cm的带有刻度盘的圆柱玻璃瓶。实验小桌子12是长、高分别为40cm、25cm的有四个支腿的木质平面小桌。

水量平衡模拟控制的植物滞留元主体设备即实验土槽6的结构为图4所示，自上而下包括表面雨水滞留层13，该层深度为50mm，此层无任何填充物；土壤覆盖层14，该层深度为50mm，主要成分为树皮(bark)；植被及种植土壤层15，深度为250mm，主要成分表层土壤和有机物；碎石层16，深度为50mm，主要成分是粒径为11.5～12.5mm的砾石；出水管17位于碎石层16底层，直径为20mm,目的是排放渗滤水。

Claims (1)

1.一种水量平衡模拟控制的植物滞留元实验装置，其特征在于：它包括储雨水箱、水泵、导水管、弯头、喷头、实验土槽、实验植物、接水槽、实验桌子、收集桶盖、收集桶和实验小桌子；

储雨水箱的下部出口与水泵进水口相连，水泵的出水口通过导水管把储雨水箱中的人工模拟雨水送至与导水管另一端相连的喷头，带有喷头的导水管一侧放置在实验土槽上，导水管弯曲部分用弯头相接；人工模拟雨水经喷头均匀喷洒在实验土槽中，实验植物种植在实验土槽的土壤介质上，而实验土槽底部排出的人工模拟雨水流入到接水槽中，实验土槽及接水槽均放置在实验桌子上，接水槽另一端接有导水管，直接与收集桶相连，收集桶上部设有收集桶盖，收集桶及收集桶盖放置于实验小桌上，收集桶上部的收集桶盖，使系统水量计算准确合理；

所述储雨水箱是盒式结构的箱体；

所述水泵是基本型蠕动泵，其功能为将储雨水箱中的水通过导水管自动抽压至喷头中；

所述导水管是具有导水作用的塑料管；

所述喷头是莲蓬型的铝合金防锈材料制成，具有在多孔布水板表面喷洒雨水的作用，孔径为2mm；

所述弯头是弯角为900的PVC弯头；

所述实验土槽是圆锥型PVC盆，高为40cm，最上端直径为30cm，最低端直径为24cm，用于长时间盛装实验所用的各种类型的潮湿土壤及碎石；该实验土槽自上而下包括表面雨水滞留层、土壤覆盖层、植被及种植土壤层、碎石层和出水管；该表面雨水滞留层的深度为50mm，此层无任何填充物；该土壤覆盖层的深度为50mm，主要成分为树皮；该植被及种植土壤层的深度为250mm，主要成分是表层土壤和有机物；该碎石层的深度为50mm；主要成分是粒径为11.5～12.5mm的砾石；该出水管是直径为50mm的PVC管；

所述实验植物为植物滞留元常采用的实验植物黑麦草；

所述接水槽，是边长为40cm的正方形木质箱体，接水槽的深度为10cm，木质箱体内部涂有两层防水涂料，达到防潮、防腐的作用；

所述实验桌子，是有四个支腿的木质平面桌；

所述收集桶盖材料为橡胶，其形状为圆锥体，套入收集桶中；其功能是防止收集桶内水量的蒸发及渗漏损失；

所述收集桶，是带有刻度盘的圆形玻璃瓶，用来收集植物滞留元排出的水样；

所述实验小桌子，是有四个支腿的木质平面小桌；高度25cm，宽度为40cm；

储雨水箱的箱体，是以长宽分别为：400mm、400mm的有机玻璃组成；水泵为内外直径分别为11cm、15cm、20cm；实验土槽最上端直径为30cm，最下端直径为24cm的PVC圆锥体；接水槽为长宽分别为40cm、40cm的正方形木质箱体；实验桌子的长为70cm，宽为40cm的有四个支腿的木质平面桌；导水管直径为5cm；收集桶盖内外直径分别为5cm、10cm的橡胶盖；收集桶直径为20cm的有刻度盘的圆柱玻璃瓶。