CN106370791B - 用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测绿色屋顶调峰截流效果的试验装置，包括试验床面和支架，试验床面包括床面边框，床面边框内由隔水板分隔为左右两侧，一侧设置排水槽，另一侧铺设排水板，在排水板上依次设有过滤层、土壤层及植物层，所述的隔水板上开有若干排水孔用于将水导入排水槽内，排水槽上部设有顶盖，排水槽内开有出水口经排水管导入集水容器中，排水板也将排水导入上述集水容器内，所述的试验装置还包括综合检测分析系统。该试验装置可以用于模拟实际屋顶改造绿色屋顶情况下的截流效果，进行定量分析，消除其他因素对试验结果的影响，为海绵城市建设方案的制订提供依据。本发明的装置成本低廉，安装、拆卸方便，可操作性强，应用面广。

Description

用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置

技术领域

本发明涉及城市水文与防洪领域，具体是一种用于检测绿色屋顶调峰截流效果的试验装置。

背景技术

近年来全国内涝灾害的报道屡见不鲜，海绵城市理念在全国范围内大力推广，目前，我国的城市建筑屋面约占城市不透水下垫面的40％-50％，控制好城市建筑屋面的雨水产流对于城市雨洪管理和防灾减灾意义十分重大。近年来，绿色屋顶作为解决复杂城市的雨洪调节问题的技术被广泛重视。绿色屋顶作为一种能够有效截流雨水、实施改造成本合理的技术，具有极大的发展潜力和研究价值。目前国内对于绿色屋顶截流调峰效果的研究仍不普及，经验判断较多，定性研究较多，定量研究较少，覆盖的应用地区、植物种类较少，同时缺乏一个可供对比的研究方法。目前已有过尝试的方法包括在建筑物上整体安置绿色屋顶并进行雨水截留效果研究，这种研究成果局限于单个建筑。同时，在这类研究中，精细型绿色屋顶的径流系数在15～35％之间，而粗放型绿色屋顶径流系数在19～73％之间，不同区域的研究结果无法进行有效的比较。

在2014年11月，住房城乡建设部发布《海绵城市建设技术指南》，绿色屋顶率作为海绵城市——低影响雨水系统构建技术框架的一项指标被列入其中。《技术指南》指出，可以使用水文、水力计算与模型模拟等方法对年径流总量控制进行逐层分解，分步分析。但绿色屋顶情况复杂，与建筑物结合紧密，试验研究能补充计算与模拟的不足之处，为规划制定提供更充分的依据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于检测绿色屋顶调峰截流效果的试验装置，该装置采用拼装式结构，监测手段先进，提供规范的评价标准，为绿色屋顶规划和设计提供了有益借鉴和指导。

为解决上述技术问题，本发明的用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置，包括试验床面，试验床面安置于支架上且所述的支架可用于调节试验床面的倾角，所述的试验床面包括床面边框，床面边框内由隔水板分隔为左右两侧，一侧设置排水槽，另一侧铺设排水板，在排水板上依次设有过滤层、土壤层及植物层，所述的隔水板上由排水板侧向排水槽侧开有若干排水孔用于将水导入排水槽内，排水槽上部设有顶盖，排水槽内开有出水口经排水管导入集水容器中，排水板也将排水导入上述集水容器内，所述的试验装置还包括综合检测分析系统，该系统包括电脑、用于测量降雨量的雨量计、超声波传感器，超声波传感器安装于所述的集水容器的内侧上壁，用于测量集水容器中水位高度，并传输至电脑。

上述技术方案中，优选的，所述的土壤层厚度为5厘米，其组成为2/3壤土与1/3天然泥炭。

优选的，所述的植物层种植佛甲草，佛甲草为东南沿海常见植物，是景天属植物，能承受各种恶劣气候，不需养护，而且根部极小，不会对屋顶构成威胁，适于进行屋顶绿化，具有覆盖率高、供氧量大、浇水量小等特征。

优选的，所述的集水容器内设置有挡板将容器分为集水区域与测量区域，两区域下部连通，排水均导入集水区域，超声波传感器安装于测量区域。

优选的，所述的过滤层包括绿化专用排水板，在绿化专用排水板及隔水板上均覆盖土工布，用于排水并防止土壤随雨水流失。

本发明的试验装置结构简单，使用方便，可重复利用，能够获得不同类型绿色屋顶的截流系数，实现为定量评估绿色屋顶截留雨水设计方案提供很好的参考依据，且该装置扩展性高，可加入土壤湿度传感器、温度传感器、风向仪等设备获取更详细的数据资料，进行更细致的分析研究，成本低廉，实用性强，尤其适用于多雨的东南沿海地区。

附图说明

图1为本发明试验装置中床体结构示意图；

图2为本发明床体的俯视图；

图3为本发明绿色屋顶模拟部分的结构示意图；

图4为本发明储水容器剖面图；

图5为本发明雨水流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1、2，本发明的试验装置包括床面边框1、隔水板2、排水槽3、排水板4、高60厘米的铁质支架5、装于支架底部的倾角调节装置6。隔水板2上有3排直径为2厘米的排水孔，使得土壤层中水平方向的壤中流可通过隔水板流入排水槽。排水槽3配有上盖，用于防止雨水直接落入排水槽，对试验结果产生影响。可通过调节支架5每个脚的倾角调节装置6各自的高度来调平或调整床体床面倾角，保证水流顺利汇入排水槽。

排水槽上开有排水孔7，直径为3厘米，与排水管相连，接入集水容器，排水板4上同样开有排水孔，且所有排水均经排水管汇入集水容器中。

参见图3为绿色屋顶模拟部分的结构示意图，在排水板4上依次设有过滤层、土壤层9及植物层8，其中植物层8选用佛甲草，佛甲草是一种景天科多年生草本植物，生命力极强，不但在低山、平地、草坡、岩石等贫瘠土地上，且在阳光充足或阴湿的地方均能生长。土壤层9选用2/3壤土与1/3天然泥炭，厚度为5厘米。过滤层采用绿化专用排水板10，绿化专用排水板10布设在土壤底部，绿化专用排水板10与隔水板2均覆盖有土工布，以防止土壤通过排水孔流失或堵塞排水孔。隔水板2布设在土壤与排水槽3之间的位置，绿化专用排水板10与隔水板2均有排水孔用以排水。从过滤层流出的水通过排水板汇入集水容器。在绿色屋顶结构的设计中，排水板可以安装塑料蓄排水板，使其具有一定的储水功能，以充分模拟这种设计。

图4是集水容器截面示意图，包括集水容器12、排水管13、超声波测距传感器11。集水容器中设计挡板形式，以将集水区域与测量区域隔离开，减少测量区域水面波动对测量的影响。

图5是本发明所接纳雨水的流向示意图。图5基本展示了雨水降落后可能的流向。落入试验床面的降雨将通过植物层入渗进入土壤层，而后有直接渗出至排水槽和经由排水层进入排水槽两种路线，最后均汇集于集水容器。

发生降雨时，将电脑与超声波距离传感器11和雨量计相连，通过电脑接收并记录实时数据。降雨量不大，没有产生坡面流时，降雨下渗，穿过土壤和排水板4，从排水板下汇入排水槽3；当降雨量较大时，产生坡面流，部分降雨通过隔水板2汇入排水槽。

排水孔7为降落在板床上的降雨最终的流出点。雨水从排水孔7流出后经排水管13流入集水容器12。超声波传感器11安置于雨水收集器壁，与电脑相连，实时测量集水容器中的水位高度，并将数据传入电脑。

本发明的原理是：利用板床模型模拟绿色屋顶在降雨来临时的出流情况。由于土壤对降水有截留作用，水在土壤中的流动速度比较小，因此绿色屋顶的出流量峰值会小于传统屋顶，同时出流量峰值发生时间也会滞后。绿色屋顶对降雨的调控作用主要包括1)降水可以被土壤层的孔隙吸纳；2)绿色屋顶中的植物可以通过拦截、蓄积消减屋顶径流；3)一些水分可以滞留在植物表面，并通过蒸发作用回到大气中；4)通过植物蒸腾作用中或者基质蒸发作用回到大气中。绿色屋顶通过土壤层和植物层吸收及拦截降雨量，可以延迟产流时间及降低径流峰值。在达到峰值之前，绿色屋顶的雨水径流量比裸露屋顶小；当降雨量非常小的时候，由于土壤层和植物对雨水的过滤和阻挡作用，绿色屋顶可能不会产生径流；对于少量降雨或短时间的降雨事件而言，达到峰值所需时间差异非常大，这取决于绿色屋顶的滞留能力。通过该试验装置模拟绿色屋顶，获得雨量计检测的雨量与时间曲线，以及集水容器中超声波传感器检测的排水量与时间曲线，可以用于评价绿色屋顶的截流效果。

Claims (4)

1.一种用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括试验床面，试验床面安置于支架上且所述支架可用于调节试验床面的倾角，所述的试验床面包括床面边框，床面边框内由隔水板分隔为左右两侧，一侧设置排水槽，另一侧铺设排水板，在排水板上依次设有过滤层、土壤层及植物层，所述的隔水板上由排水板侧向排水槽侧开有若干排水孔用于将水导入排水槽内，排水槽上部设有顶盖，排水槽内开有出水口经排水管导入集水容器中，排水板也将排水导入上述集水容器内，所述的土壤层厚度为5厘米，其组成为2/3壤土与1/3天然泥炭；所述的试验装置还包括综合检测分析系统，该系统包括电脑、用于测量降雨量的雨量计、超声波传感器，超声波传感器安装于所述的集水容器的内侧上壁，用于测量集水容器中水位高度，并传输至电脑。

2.根据权利要求1所述的用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置，其特征在于：所述的植物层种植佛甲草。

3.根据权利要求1所述的用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置，其特征在于：所述的集水容器内设置有挡板将容器分为集水区域与测量区域，两区域下部连通，排水均导入集水区域，超声波传感器安装于测量区域。

4.根据权利要求1所述的用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置，其特征在于：所述的过滤层包括绿化专用排水板，在绿化专用排水板及隔水板上均覆盖土工布。