CN105911231A - 城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统 - Google Patents

城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，它涉及雨洪管理技术领域。渗透床的上方设置有人工降雨系统，渗透床上安装的雨水测量系统、水质监控系统与计算机软件模型系统连接，所述的渗透床由渗透床装置、独立式实验槽、混凝土基础和工字钢桁架结构组成，所述的雨水测量系统由双环渗透仪、土壤含水率测试仪、电磁流量计组成，该系统配套相应的计算机模拟软件，可与实验模拟系统进行相互验证，评估小流域内暴雨导致城市内涝的风险等级，实现城市雨水径流源头减排与分散蓄滞。本发明为海绵城市的发展提供前期试验支撑，稳定可靠，实用性强，易于推广使用。

Description

城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统
技术领域
本发明涉及雨洪管理技术领域，尤其涉及城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统。
背景技术
海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的弹性，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。根据党中央、国务院近期关于加强“海绵城市”的精神指示，提出了利用人工模拟降雨系统与喷淋试验床相结合的方式，进行城市绿地、土壤的渗透性试验，试验目的在为城市基础设施建设提供部分试验数据，填补我国当前关于海绵城市的部分基础数据的空白。而目前国内做海绵城市研究的科研机构较少，尽管相关理论性研究已经取得初步成果，但是在海绵城市的建设中，仍然缺乏大量的基础资料和基础数据。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，结构设计合理，为海绵城市的发展提供前期试验支撑，稳定可靠，实用性强，易于推广使用。
为实现上述目的，本发明提供了城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，包括渗透床、人工降雨系统、雨水测量系统、水质监控系统和计算机软件模型系统，渗透床的上方设置有人工降雨系统，渗透床上安装有雨水测量系统、水质监控系统，人工降雨系统、雨水测量系统、水质监控系统与计算机软件模型系统连接。
作为优选，所述的人工降雨系统通过喷淋装置、传输管道、增压装置和控制台组合而成，喷淋装置安装于距离渗透床床体正上方6m处，喷淋装置固定在不锈钢机架上，喷淋装置设置两组喷头，每组喷头包含三种喷头，两组喷头间距2.5m，组内喷头相互之间间距13mm，喷淋装置通过三根PPR塑料管与增压装置相连接，控制台可通过增压装置和喷淋装置控制传输管道水压，可有效控制降雨强度、降雨历时和雨滴大小等。为满足降雨区域内的降雨均匀度，喷淋装置设置两组喷头，每组喷头包含三种喷头，按降雨量大、中、小相互组合。
作为优选，所述的雨水测量系统由双环渗透仪、土壤含水率测试仪、电磁流量计组成，双环渗透仪、土壤含水率测试仪位于渗透床内部，渗透床床体径流出口处和渗透管出口处连接有电磁流量计和水质监控系统，可得到实验区域内的土壤渗透性、土壤含水率、径流量、渗透量等检测数据，所述的人工降雨系统可记录降雨强度、降雨历时和降雨均匀度等参数，以上参数和数据可连接于计算机软件模拟系统，利用软件模拟系统验证实验渗透床系统。
本发明的有益效果是：该系统既可以做不同类型的单独试验，也可以进行不同土质条件和城市下垫面渗蓄径流试验，又可以利用计算机软件模型验证实验装置系统，使试验结果更加合理和准确，结果理论更具参考性，为海绵城市提供了重要工具，具有突出的社会、环境、经济效益。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明渗透床的结构示意图；
图4是本发明独立式实验槽的结构示意图。
具体实施方式
参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，包括渗透床1、人工降雨系统2、雨水测量系统3、水质监控系统4和计算机软件模型系统5，渗透床1的上方设置有人工降雨系统2，渗透床1上安装有雨水测量系统3、水质监控系统4，人工降雨系统2、雨水测量系统3、水质监控系统4与计算机软件模型系统5连接，渗透床1、人工降雨系统2、雨水测量系统3、水质监控系统4与计算机软件模型系统5之间的数据可相互验证。
值得注意的是，所述的渗透床1由渗透床装置101、独立式实验槽102、混凝土基础103和工字钢桁架结构104组成，渗透床装置101内部均匀分布有15个既可独立进行实验、也可联合进行实验的独立式实验槽102，渗透床装置101安装在工字钢桁架结构104上，工字钢桁架结构104平铺架设在混凝土基础103上，此构造有利于提高床体的稳定性，减少床体变形。
此外，所述的独立式实验槽102采用长方体不锈钢结构，独立式实验槽102上部设置有径流雨水收水槽110、溢流管111，溢流管111与收水槽110连接，独立式实验槽102内部对称设置有梯形斜槽基础112，梯形斜槽基础112之间安装有穿孔透水管113。
此外，所述的人工降雨系统2通过喷淋装置201、传输管道202、增压装置203和控制台204组合而成，控制台204可通过增压装置203和喷淋装置201控制传输管道202水压，可有效控制降雨强度、降雨历时和雨滴大小等；所述雨水测量系统3由双环渗透仪301、土壤含水率测试仪302、电磁流量计303组成，可得到实验区域内的土壤渗透性、土壤含水率、径流量、渗透量等检测数据，所述的人工降雨系统可记录降雨强度、降雨历时和降雨均匀度等参数，以上参数和数据可连接于计算机软件模拟系统5，利用软件模拟系统验证实验渗透床系统。
人工降雨系统中的喷淋装置201安装于距离渗透床体正上方6m处，由不锈钢机架支撑，喷淋装置201设置两组喷头，每组喷头包含三种喷头，按降雨量大、中、小相互组合，为满足降雨区域内的降雨均匀度，两组喷头间距2.5m，组内喷头相互之间间距13mm，喷淋装置201通过三根PPR塑料管与增压装置203相连接，增压装置203外置控制台204可控制降雨强度、降雨历时和雨滴大小等降雨参数，降雨参数数据储存于计算机系统。利用实验的基本参数通过计算机软件系统进行模拟，用于该模拟实验系统与计算机模拟系统的相互验证。
本具体实施方式渗透床1为长方体不锈钢装置，通过不锈钢隔板将渗透床1分为15个独立式实验槽102，这15个独立式实验槽102既可独立的进行实验，也可联合进行实验，利用微单元的思想，将大面积、复杂地形分割成小块进行独立研究，对于试验设计和数据分析更加精确，对于结果理论也更加具有参考性，有利于合理模拟不同比例的地形地貌，可实现在同一条件下，同时进行多组对比实验，加快实验进度；渗透实验床配备相应的雨量检测系统3，双环渗透仪301、土壤含水率测试仪302位于渗透床内部，可对不同土壤的渗透性以及不同时刻的土壤含水率进行测量，床体径流出口处和渗透管出口处连接电磁流量计303和水质监控系统4，可以实时监控径流和下渗雨水流量。
独立式实验槽102框架采用长方体不锈钢结构，上部配置径流雨水收水槽110，溢流管111与收水槽110相连接，实验槽底部为梯形斜槽，并配套相应的穿孔透水管113，通过独立式实验槽102装填不同土壤材料和模拟不同地表下垫面情况，可模拟流域内地表径流、溢流、土壤下渗等过程，内部的梯形斜槽基础112保证槽底排水顺畅，避免槽底积存水量对实验误差产生误差，穿孔透水管113能快速的收集渗透槽的渗透水量，有利于渗透水量的测定，收水槽110收集渗透槽的地表径流雨水和流域内的溢流雨水，有利于对流域内的径流量测量和溢流量测量，收水槽110与槽体内部通过溢流管111连通，将流域内的溢流雨水通过UPVC塑料管收集到收水槽110，便于溢流水量的测量，溢流高度可自由调节，使得该装置更加合理适应不同的实际情况。
本具体实施方式将渗透床1、人工降雨系统2、雨水测量系统3、水质监控系统4和计算机软件模型系统5联合为一体，更有效的实现城市不同下垫面的降雨的径流和下渗的模拟实验，同时该系统配套相应的计算机模拟软件，可实现小流域内暴雨导致城市内涝评估工作，可以与相关设计、建设单位合作，为海绵城市的发展提供重要的前期试验支撑，具有突出的社会、环境、经济效益。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，其特征在于：包括渗透床(1)、人工降雨系统(2)、雨水测量系统(3)、水质监控系统(4)和计算机软件模型系统(5)，渗透床(1)的上方设置有人工降雨系统(2)，渗透床(1)上安装有雨水测量系统(3)、水质监控系统(4)，人工降雨系统(2)、雨水测量系统(3)、水质监控系统(4)与计算机软件模型系统(5)连接，所述的人工降雨系统(2)由喷淋装置(201)、传输管道(202)、增压装置(203)和控制台(204)组成，控制台(204)与增压装置(203)连接，增压装置(203)通过传输管道(202)与喷淋装置(201)连接。
2.如权利要求1所述的城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，其特征在于：所述喷淋装置(201)安装于距离渗透床(1)床体正上方6m处，喷淋装置(201)固定在不锈钢机架上，喷淋装置(201)设置两组喷头，每组喷头包含三种喷头，两组喷头间距2.5m，组内喷头相互之间间距13mm，喷淋装置(201)通过三根PPR塑料管与增压装置(203)相连接。
3.如权利要求1所述的城市下垫面降雨径流下渗模拟实验系统，其特征在于：所述的雨水测量系统(3)包括双环渗透仪(301)、土壤含水率测试仪(302)和电磁流量计(303)，双环渗透仪(301)、土壤含水率测试仪(302)位于渗透床(1)内部，渗透床(1)床体径流出口处和渗透管出口处连接有电磁流量计(303)和水质监控系统(4)。
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