CN108254300A - 一种测定透水地面入渗速率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测定透水地面入渗速率的装置及其方法,所述装置包括中空的容器,容器内设置分水板,液体下流时,所述分水板将液体分流,模拟降雨的情景;容器的下端安装集水环,分流的水进入集水环内;集水环紧密放置在透水地面上,使集水环内的液体能够渗入地面;还包括抽水装置,所述抽水装置与集水环之间通过进水管连通,抽水装置利用进水管抽取集水环内的水流。本发明通过调节进气管的高度,形成容器内恒定压力水头,进而模拟形成强度一定的降雨;吸气管与真空泵相接,利用真空泵形成负压吸力,吸取集水环中预定深度以上水分,通过容器内标尺,量取各时刻抽取水体量,进而借助水量平衡方程计算透水地面入渗水量。
Description
技术领域
本发明属于透水地面入渗速率测定技术领域,涉及一种测定透水地面入渗速率的装置及方法,具体地说,涉及一种基于模拟降雨并借助负压收集积水,来测定透水地面入渗速率的装置及方法。
背景技术
透水地面是作为一种新型、环保、生态地面硬化技术,能够渗透雨水,是海绵城市建设主要的途径之一。它具有连通降水与地下水、降低路面噪音、减轻防洪压力、消弱城市热岛效应等特点,受到大量推广和应用。透水地面渗透速率是透水地面的核心指标,用于衡量透水地面基本特性,也是透水地面施工质量监测的重要指标。透水地面渗透速率目前尚无可行的测定办法。传统的土壤入渗速率多采用入渗环法,但受地面影响,透水地面入渗环无法打入地面,无法形成有效水层;采用倒水的方式,入渗面积无法准确确定;利用降雨来估算,但无法人为控制降雨强度。因此需要寻求一种简便、准确的透水地面入渗率测定办法。装置中的地面水层形成装置采用内外两同心环,内环用来测定入渗速率,外环主要用来保证两环之间水位平衡,在地面以下不形成侧向水流,更与天然降雨状态一致。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷,提供一种测定透水地面渗透速率的装置及方法。通过人工模拟降雨,在地表形成一定深度水层,利用真空泵抽取多余水量,借助水量平衡原理即可计算出入渗水量。实现上述目的的技术方案如下:
测定透水地面入渗速率的装置,包括中空的容器,容器内盛装液体,所述容器内设置分水板,液体下流时,所述分水板将液体分流,模拟降雨的情景;
容器的下端安装集水环,分流的水进入集水环内;
集水环紧密放置在透水地面上,使集水环内的液体能够渗入地面;
还包括抽水装置,所述抽水装置与集水环之间通过进水管连通,抽水装置利用进水管抽取集水环内的水流。
本发明通过调节进气管的高度,形成容器内恒定压力水头,进而模拟形成强度一定降雨;吸气管与真空泵相接,利用真空泵形成负压吸力,吸取集水环中预定深度以上水分,通过容器内标尺,量取各时刻抽取水体量,进而借助水量平衡方程计算透水地面入渗水量。
附图说明
图1为本发明示意图;
图2为分水板示意图;
图3为图1局部放大图;
图4为图3的俯视图;
附图序号说明:容器1、分水板2、透水地面3、进水管4、主管41、分管42、进气管5、橡皮塞6、密封盖7、内环8、外环9、呈液管10、抽水泵11、吸气管12、标尺13、出水管14、阀门15;
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
测定透水地面入渗速率的装置,包括中空的容器1、抽水装置,容器1用来盛装液体,例如水,所述容器1内设置分水板2,液体下流时,分水板2将水流分流,以此来模拟降雨时的情景,形成模拟降雨装置;容器1的下端安装集水环,分流的水进入集水环内;集水环紧密放置在透水面上,例如需要实验的透水地面3上,集水环的作用是聚拢从分水盘2流下来的水,使集水环内的液体能够渗入地面;所述抽水装置与集水环之间通过进水管4连通,抽水装置利用进水管4抽取集水环内的水流,通过进入进水管4的水流速度、容量测量渗入地面的渗水量。容器1顶端设置插孔,插孔内适配的插入进气管5,进气管5的底端高于分水板2,通过调节进气管5与分水板2之间的高度,使容器1内形成恒定压力水头,形成一定强度的降雨,在大气压或预设压力下模拟自然界的降雨。
下面具体描述每个部分的具体结构。
本发明中,所述容器1可以是筒状结构,筒状结构的开口朝下设置,开口位置安装分水板2,容器1的顶端设置插孔,插孔内适配的插入进气管5,进气管5的目的是调整容器1内的水头压力和进气,因此进气管5的底端高于分水板2,通过调节进气管5与分水板2之间的高度,使容器1内形成恒定压力水头,进而模拟形成一定强度的降雨。进气管5与插孔之间需要良好的密封,因此插孔内套入橡皮塞6,进气管5穿过橡皮塞6进入容器1内,橡皮塞6具有一定的弹性,其可以紧密的包裹住插孔与进气管5,避免漏气。进气管5的顶部开口上适配的安装密封盖7,容器1内的水通过进气管5倾倒进去,实验的时候密封盖7将进气管5堵住,容器1内可以安装标尺13,控制注水的用量。
所述集水环为同心圆环体,分别为内环8和外环9,所述内环8的一端与分水盘2连接,另一端插入或放置在透水面上,外环间隔一定距离插入在透水地面上。内环8和外环9底部为橡胶材质,橡胶材质可以紧密的与透水面接触,集水环放置在待测地点,通过底部橡胶材质与透水地面紧密相接,避免水分向外流动。本发明中,所述同心环底部橡胶材质主要是防止水漏出,起到密封作用,内环与外环分别放置,以防止局部地形不平导致的密封不紧,造成漏水的现象。
分水盘2为一盘状或板状结构,分水盘2的端面上设置数个透水孔,水通过透水孔下滴,模拟降雨的形成。
抽水装置包括呈液管10、抽水泵11,所述抽水泵11与呈液管10之间连接吸气管12,进水管4插入呈液管10内。真空泵11使吸气管12内形成负压吸力,吸取集水环中预定深度的液体。
为了方便实验,所述进水管4包括主管41与分管42,所述主管41与分管42垂直连接,主管41从呈液管10的顶部插入,所述分管42插入集水环内,为了方便吸水,所述分管42的头部略微向下倾斜,调整管口高度至预定高度,使地面形成预定的积水深度。分管42平行于透水地面,方便观察分管42内的水量。对于进水管4、吸气管12与各部件之间插入连接后,为了密封,最好设置橡胶塞。
本发明中,所述真空泵11工作形成负压吸力,呈液管10内的空气通过吸气管12被吸出,从而使呈液管10内也形成负压,因此集水环内的水从进水管4进入呈液管10内,进而借助水量平衡方程计算透水地面入渗水量。
进水量可以通过设置的量尺进行读数,例如可以在集水管上设置刻度,也可以在集水管内放置标尺13,量取各时刻抽取的水体量,本发明中以在呈液管10内放置标尺13为例进行说明。
为了方便放掉呈液管10内的水分,呈液管10的底部具有外延的出水管14,所述出水管上安装阀门15,阀门15控制呈液管10内的水流流出。在进水管4与吸气管12上也都安装阀门15,所述阀门15分别控制水流和气体的流通,方便操作。
本发明的测试步骤如下:
步骤1、将同心环放置于待测地点,通过底部橡胶与透水地面紧密相接,避免水分向外流动;
步骤2、打开橡皮塞,向容器内注满水,塞上橡皮塞,同时确保橡皮塞与容器密封,进气管与密封盖密封;
步骤3、模拟降雨装置放置于集水环的内环上;
步骤4、打开密封盖开始试验,开启秒表,同时读取容器内水面的高度H1,所述H1为实验开始时的水面读数(即水的高度,下同),通过标尺进行读数;
步骤5、同时开启真空泵,关闭阀门,打开吸气管和进水管的阀门;
步骤6、观测进水管中水流情况,如有水流通过,对应时间则为地面积水达到预定水层深度的时间t1;
步骤7、记录各时刻呈液管中水面的高度hi;
步骤8、试验结束时,确定试验时长t’;记录容器内水面高度H2,H2可以通过标尺进行记录;
步骤9、计算试验时降雨强度,I=(H2-H1)/t’;
步骤10、透水地面入渗速率为:
积水达到预定水层深度以前(t<t1),透水地面入渗速率为降雨强度I,积水达到预定水层深度后入渗速率根据水量平衡原理,f=I-(hi-hi-1)d2/D2进行计算。其中,D为内环直径(mm),d为容器内径(mm),t1为进水管中开始有水时的时间,I为实验时降雨强度、hi为第i时刻呈液管内水面的读数、hi-1为第i-1时刻呈液管内水面的读数。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明通过模拟降雨试验,测定透水地面在降雨强度大于入渗速率后形成径流量,借助水量平衡原理计算出透水地面入渗速率,从而为透水地面入渗速率测定提供了便捷方法。克服了传统入渗环法无法打入地面的特点,同时避免了人为倒水入渗面积无法控制的缺点。
以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已,并不用以限制本发明实施例,凡在本发明实施例的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明实施例的保护范围内。
Claims (10)
1.一种测定透水地面入渗速率的装置,包括中空的容器,容器内盛装液体,其特征在于:所述容器内设置分水板,液体下流时,所述分水板将液体分流,模拟降雨的情景;
容器的下端安装集水环,分流的水进入集水环内;
集水环紧密放置在透水地面上,使集水环内的液体能够渗入地面;还包括抽水装置,所述抽水装置与集水环之间通过进水管连通,抽水装置利用进水管抽取集水环内的水流。
2.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:容器顶端设置插孔,插孔内适配的插入进气管,进气管的底端高于分水板,通过调节进气管与分水板之间的高度,使容器内形成恒定压力水头,进而模拟形成一定强度的降雨。
3.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:所述分水盘为一盘状结构,分水盘的端面上设置数个透水孔,液体通过透水孔下流,模拟降雨的形成。
4.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:所述抽水装置包括呈液管、抽水泵,所述抽水泵与呈液管之间连接吸气管,进水管插入呈液管内,真空泵通过吸气管,使呈液管内形成负压吸力,吸取集水环中预定深度的液体。
5.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:所述呈液管和容器内安装标尺。
6.根据权利有4所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:呈液管的底部具有外延的出水管,所述出水管上安装阀门,所述阀门控制排出呈液管内的水流;
所述进水管与吸气管上都安装阀门,阀门分别控制水流和气体的流通。
7.根据权利有2所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:进气管的顶部开口上适配的安装密封盖。
8.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:所述集水环为同心圆环体,分别为内环和外环,外环与内环间隔的放置,所述内环的一端与分水盘连接,另一端插入或放置在透水面上,外环插入或放置在透水面上。
9.根据权利有1所述的测定透水地面入渗速率的装置,其特征在于:
透水地面入渗速率通过下述公式进行计算:
其中,D为内环直径,d为容器内径,t1为进水管中开始有水时的时间,t为实验的时间、I为实验时降雨强度、hi为第i时刻呈液管内标尺读数、hi-1为第i-1时刻呈液管内标尺读数、t1为进水管开始有水的时间;
其中,试验时降雨强度I=(H2-H1)/t’,其中,H1为实验开始时注入容器内的水面的高度;所述H2为实验结束时容器内水面的高度,t’为试验持续时间。
10.测定透水地面入渗速率的装置的使用方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、将集水环放置于待测地点,容器放置于内环上,集水环底部与透水面紧密相接,避免水分向外流动;
步骤2、通过进气管向容器内注满水,水注满后密封进气管;
步骤3、记录容器内水面的高度H1,打开密封盖开始试验,开启计量表,同时开启真空泵;
步骤4、观测进水管中水流情况,如有水流通过,对应时间则为地面积水达到预定深度的时间t1;
步骤5、记录各时刻呈液管中水面的高度hi;
步骤6、试验结束时,再次密封进气管,结束计量表,确定试验时长t’;记录容器内水面的高度H2;
步骤7、计算试验降雨强度,I=(H2-H1)/t’;
步骤8、计算透水地面入渗速率:
f=I-(hi-hi-1)d2/D,其中,D为内环直径(mm),d为容器直径(mm)、hi为第i时刻呈液管内水面高度、hi-1为第i-1时刻呈液管内水面高度。
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