CN108955757A - 坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，包括雨水模拟模块、坡屋顶绿化模拟模块、测试模块、水净化模块、支撑平台、矩形承重架、主水泵、次水泵和储水箱，所述坡屋顶绿化模拟模块放置于支撑平台上，该支撑平台安装于矩形承重架上，所述雨水模拟模块设置于坡屋顶绿化模拟模块上方，所述坡屋顶绿化模拟模块包括结构框、多个可替换模块层、可升降机构和角度仪，所述可升降机构设置于结构框与支撑平台之间，所述角度仪设置于结构框内；所述测试模块包括量筒、雨量筒传感器和土壤湿度传感器。与现有技术相比，本发明实现了实时测定不同坡度、不同屋顶绿化应用时对不同雨量的滞蓄作用，控制方式简便，能够为屋顶绿化研究带来巨大便利性。

Description

坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置及方法，尤其是涉及一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置及测试方法。

背景技术

随着城市化的高速发展，城市不透水面积增加，使得雨水在地表的径流增加，地表高峰流量增大且时间提前，城市较易突发暴雨，而现在我国大多数的城市排水能力有限，使得城市较易发生雨洪内涝。城市的屋顶绿化可以利用植物及生长基质滞留雨水，减少地表径流，降低城市降雨高峰径流量，从而减缓城市排水管网压力，减少城市洪涝的发生。此外，屋顶绿化也是增加城市绿化覆盖率、缓解城市能源和生态环境问题的有效措施。

虽然屋顶绿化在减缓雨水径流方面的研究热点，然而在截留雨水的量化方面存在较大偏差，甚至同一地区的不同实验也存在偏差。其结果一方面不利于实现研究结果的可比性，难以综合多个实验结果获得一般性结论，而且可重复性差；另一方面在针对一个城市制定具体的雨水径流控制目标时难以建立明确的量化指标体系。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置及测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，包括雨水模拟模块、坡屋顶绿化模拟模块、测试模块、水净化模块、支撑平台、矩形承重架、主水泵、次水泵和储水箱，所述坡屋顶绿化模拟模块放置于支撑平台上，该支撑平台安装于矩形承重架上，所述储水箱和水净化模块设置于矩形承重架内，所述主水泵设置于储水箱内，并连接雨水模拟模块，所述次水泵设置于水净化模块内，并连接储水箱，所述雨水模拟模块设置于坡屋顶绿化模拟模块上方，其中，

所述坡屋顶绿化模拟模块包括结构框、多个可替换模块层、可升降机构和角度仪，所述结构框为上方开口的立方体结构，多个所述可替换模块层从下到上依次安装于结构框内部，所述可升降机构设置于结构框与支撑平台之间，所述角度仪设置于结构框内；

所述测试模块包括量筒、雨量筒传感器和土壤湿度传感器，所述雨量桶传感器和土地湿度传感器设置于坡屋顶绿化模拟模块内部，所述量筒设置于支撑平台上，分别连接坡屋顶绿化模拟和水净化模块，该量筒与水净化模块间还设有一个带阀门的排水管。

进一步地，所述可升降机构至少设置于结构框的一个边上。

进一步地，所述水净化模块和储水箱均有一侧面分别为带有刻度的有机玻璃。

进一步地，所述雨水模拟模块包括主管道和喷淋机构，所述主管道穿过坡屋顶绿化模拟模块垂直安装，一端与主水泵连接，另一端与喷淋机构连接。

进一步地，所述喷淋机构包括喷淋管、喷头、喷头阀门、弯管和活动支架，所述喷淋管通过弯管与主管道连接，所述弯管固定在活动支架上，所述喷头安装于喷淋管上，并连接喷头阀门。

进一步地，所述可替换模块层包括防水阻根层、排水层、过滤层、种植基质层和种植植物层，依次由底层向上设置，所述土壤湿度传感器设置于种植基质层内，所述雨量筒传感器设置于种植基质层上。

进一步地，所述结构框具有一玻璃侧面，该玻璃侧面上设有刻度线。

进一步地，所述水净化模块包括净水箱、垂直隔离板和过滤芯，所述净水箱通过排水管连接量筒，所述垂直隔离板将净水箱分割为两部分，一部分内设置水平过滤隔板过滤芯，另一部分内设置次水泵，所述垂直隔离板底部设有圆孔，所述过滤芯为由水平过滤隔板隔开的多层结构。

进一步地，所述过滤芯包括三层，依次为过滤棉层、土工布层和柱状活性炭层，所述水平过滤隔板为设有透水孔的透水板。

一种利用所述的坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置的测试方法，该方法具体为：

设置雨水模拟模块的降雨条件，通过可升降机构调节坡屋顶绿化模拟模块的坡度，启动雨水模拟模块在坡屋顶绿化模拟模块上方模拟降雨，测试模块监测实时记录雨水径流和湿度，并生成记录，完成不同降雨条件下坡屋顶绿化模拟模块对雨水滞蓄性能的测定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本测试装置设计了坡屋顶绿化模拟模块和雨水模拟模块，坡屋顶绿化模拟模块可以模拟各类不同组成的屋顶绿化结构，雨水模拟模块可以模拟不同地区，不同程度的降雨情况，实现了实时测定不同的种植基质和种植植物在屋顶绿化应用时对不同雨量的滞蓄作用，实现可以重复性操作，控制方式简便，能够为屋顶绿化研究带来巨大的便利性；

2、本测试装置储水箱、结构框等多个结构都使用了一侧透明的结构设计，使得实验操作时简单直观，有利于研究人员直接获取各类所需数据；

3、本测试装置的喷淋机构具有活动支架和流量计，活动支架任意调节喷淋机构的角度，使雨水模拟模块模仿的降雨更贴近自然降雨；

4、本测试装置的坡屋顶绿化模拟模块采用可替换模块层，能够使在实验操作是合理搭配种植基质和分配种植植物，同时便于替换，降低了实验的成本；

5、本测试装置具有水净化模块，将实验用水循环利用，既贴近自然的水循环系统又不浪费资源，降低实验成本，绿色环保；

6、本测试装置结构直观，在底座部分设有滚轮，便于装置的移动与运输。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的水净化模块结构示意图；

图3为本发明的雨水模拟模块结构示意图；

图4为本发明喷淋机构的平面示意图；

图中标号：1、水净化模块，2、净水箱，3、过滤棉层，4、土工布层，5、柱状活性炭层，6、排水管，7、储水模块，8、储水箱，9、软管，10、流量计，11、供水管，12、坡屋顶绿化模拟模块，13、可升降机构，14、角度仪，15、防水阻根层，16、排水层，17、绿化过滤层，18、种植基质层，19、种植植物层，20、主管道，21、雨水模拟模块，22、喷淋机构，23、喷淋管，24、活动支架，25、土壤湿度传感器，26、量筒，27、雨量筒传感器，1a、净水箱排水口，1b、次水泵，1c、圆孔，7a、储水箱排水口，7b、主水泵，22a、喷头阀门，22b、喷头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明提供了一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，包括雨水模拟模块21、坡屋顶绿化模拟模块12、测试模块、水净化模块1、支撑平台、矩形承重架、主水泵7b、次水泵1b和储水箱8，所述坡屋顶绿化模拟模块12放置于支撑平台上，所述支撑平台安装于矩形承重架上，所述储水箱8和水净化模块1设置于矩形承重架内，所述主水泵7b设置于储水箱8内，连接雨水模拟模块21，所述次水泵1b设置于水净化模块1内，连接储水箱8，所述雨水模拟模块21设置于坡屋顶绿化模拟模块12上方，其中，所述测试模块包括雨量筒传感器27和土壤湿度传感器25，所述雨量筒传感器和土地湿度传感器设置于坡屋顶绿化模拟模块12内部；所述测试模块还包括一个量筒26，设置于支撑平台上，量筒26的一端通过排水管6与坡屋顶绿化模拟模块相连，另一端通过带有量筒阀门的排水管6与水净化模块1连接。本实施例中，矩形承重架高0.73m，底部安装滚轮9。

本发明装置的包括结构框、多个可替换模块层、可升降机构13和角度仪14，所述结构框为上方开口的立方体结构，多个所述可替换模块层从下到上依次安装于结构框内部，所述可升降机构13设置于结构框与支撑平台之间，所述角度仪14设置于结构框内。可升降机构13至少设置于结构框的一个边上，也可设置于结构框的四个角处，通过调节可升降机构13可实现不同屋顶坡度的模拟。本实施例中，可升降机构13可采用伸缩杆或剪式升降杆等现有结构。

多个可替换模块层可根据实验需求设置成不同的厚度和材料，通过模块的更换实现不同防水阻根材料、过滤材料、屋顶绿化基质和植物配置下屋顶绿化对荷载的测定。本实施例中，可替换模块层包括防水阻根层15、排水层16、绿化过滤层17、种植基质层18和种植植物层19，依次由底层向上设置，防水阻根层15下方开设有一个排水口。结构框具有一玻璃侧面，该玻璃侧面上设有刻度线，便于观察屋顶绿化模块各层厚度，同时也可通过玻璃侧面方便观察雨量筒传感器26和角度仪14的数据。本实施例中，结构框侧面结构材料分别为三面钢结构，一面玻璃结构，一面钢结构安装有标识牌，用来放置实验名称和实验参数，结构框底层为带有一个排水口的钢结构。坡屋顶绿化模拟模块的尺寸可根据实际需要设置，本实施例中，屋顶绿化模块尺寸为长1m、宽1m、高0.45m。

本装置的测试模块包括土壤湿度传感器25、量筒26和雨量筒传感器27，土壤湿度传感器25埋于种植基质层16中，雨量筒传感器27放置在喷淋机构19下方的喷淋覆盖区域内，土壤湿度传感器25和雨量筒传感器与数显系统连接，实时显示土壤湿度和模拟降雨量，当量筒26的阀门闭合时，量筒26收集并测量排水管6流出水的体积，量筒阀门打开时，雨水通过排水管6排入雨水净化装置的过滤芯上方，通过土壤湿度、初始径流时间和量筒26测量的排水体积来分析坡屋顶绿化模拟模块12对雨水的滞蓄性能。

如图3所示，雨水模拟模块21包括主管道20和喷淋机构22，所述主管道20穿过坡屋顶绿化模拟模块12垂直安装，一端与主水泵7b连接，另一端与喷淋机构22连接。其中，所述喷淋机构22包括喷淋管23、喷头22b、喷头阀门22a、弯管和活动支架24，所述喷淋管23成“目”字型，通过弯管与主管道20连接，所述弯管固定在活动支架24上，所述喷头22b安装于喷淋管23上，该喷头22b还连接喷头阀门22a。主水泵7b和储水箱8组成储水模块7，主水泵7b置于储水箱8中，通过供水管11与主管道20连接，且供水管11上设置有流量计10。喷淋管23的每条管道上等距安装四个带有喷头阀门22a控制的喷头22b，通过主水泵7b、雨量筒传感器27、流量计10和喷头阀门22a来获取和控制雨量，模拟不同强度的降雨量；利用活动支架24和弯管、调整雨水喷淋机构22，模拟不同角度的降雨。

如图4所示，水净化模块1包括净水箱2、垂直隔离板、水平过滤隔板和过滤芯，水净化模块1和屋顶绿化层通过排水管6连接，所述垂直隔离板将净水箱2分割为两部分，一部分设置内水平过滤隔板和过滤芯，另一部分内设置次水泵1b，并通过次水泵1b与储水箱8连接，所述垂直隔离板底部设有多个圆孔，所述过滤芯为多层结构，分别由水平过滤隔板隔开。坡屋顶绿化模拟模块12排出的雨水经净水箱2的过滤层后经圆孔流入底部置有次水泵1b的净水箱2隔间，然后利用次水泵1b将过滤净化后的水抽入储水箱8中，储水箱8和净水箱2材料为PP板，均具有一侧带有刻度的有机玻璃板侧面，以便于随时查看箱内水位，同时，储水箱8底部设有排水口7a，净水箱2底部设有排水口1a，以便于箱体的清洗。所述过滤芯包括三层，依次为过滤棉层3、土工布层4和柱状活性炭层55，所述水平过滤隔板为设有透水孔的透水板。

本发明装置的工作原理是：在模拟构建的坡屋顶绿化模拟模块12内放置测试模块，设置雨水模拟模块21的降雨条件，调节坡屋顶绿化模拟模块12的坡度，启动土壤湿度传感器25和雨量筒传感器27的数显系统，实时获取降雨量和土壤湿度，以及利用量筒26测量雨水径流，流量计10、喷头阀门22a和活动支架24控制降雨量和降雨角度，完成不同降雨条件下、不同坡度的坡屋顶绿化模拟模块12对雨水滞蓄性能的测定；停止降雨后，通过土壤湿度传感器25及其数显系统获取不同间隔的土壤湿度，分析坡屋顶绿化模拟模块12的蒸散性及其蓄水能力。

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作出诸多修改和变化。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 (10)

1.一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，包括雨水模拟模块(21)、坡屋顶绿化模拟模块(12)、测试模块、水净化模块(1)、支撑平台、矩形承重架、主水泵(7b)、次水泵(1b)和储水箱(8)，所述坡屋顶绿化模拟模块(12)放置于支撑平台上，该支撑平台安装于矩形承重架上，所述储水箱(8)和水净化模块(1)设置于矩形承重架内，所述主水泵(7b)设置于储水箱(8)内，并连接雨水模拟模块(21)，所述次水泵(1b)设置于水净化模块(1)内，并连接储水箱(8)，所述雨水模拟模块(21)设置于坡屋顶绿化模拟模块(12)上方，其中，

所述坡屋顶绿化模拟模块(12)包括结构框、多个可替换模块层、可升降机构(13)和角度仪(14)，所述结构框为上方开口的立方体结构，多个所述可替换模块层从下到上依次安装于结构框内部，所述可升降机构(13)设置于结构框与支撑平台之间，所述角度仪(14)设置于结构框内；

所述测试模块包括量筒(26)、雨量筒传感器(27)和土壤湿度传感器(25)，所述雨量桶传感器(25)和土地湿度传感器(26)设置于坡屋顶绿化模拟模块(12)内部，所述量筒(26)设置于支撑平台上，一端与坡屋顶绿化模拟模块(12)相连，另一端与水净化模块(1)相连，该量筒(26)与水净化模块(1)间还设有一个带阀门的排水管(6)。

2.根据权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述可升降机构(13)至少设置于结构框的一个边上。

3.根据权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述水净化模块(1)和储水箱(8)均有一侧面分别为带有刻度的有机玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述雨水模拟模块(21)包括主管道(20)和喷淋机构(22)，所述主管道(20)穿过坡屋顶绿化模拟模块(12)垂直安装，一端与主水泵(7b)连接，另一端与喷淋机构(22)连接。

5.根据权利要求3所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述喷淋机构(22)包括喷淋管(23)、喷头(22b)、喷头阀门(22a)、弯管和活动支架(24)，所述喷淋管(23)通过弯管与主管道(20)连接，所述弯管固定在活动支架(24)上，所述喷头(22b)安装于喷淋管(23)上，并连接喷头阀门(22a)。

6.根据权利要求5所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述可替换模块层包括防水阻根层(15)、排水层(16)、过滤层(17)、种植基质层(18)和种植植物层(19)，依次由底层向上设置，所述土壤湿度传感器(25)设置于种植基质层(18)内，所述雨量筒传感器(27)设置于种植基质层(18)上。

7.根据权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述结构框具有一玻璃侧面，该玻璃侧面上设有刻度线。

8.根据权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述水净化模块(1)包括净水箱(2)、垂直隔离板和过滤芯，所述净水箱(2)通过排水管(6)连接量筒，所述垂直隔离板将净水箱分割为两部分，一部分内设置水平过滤隔板过滤芯，另一部分内设置次水泵(1b)，所述垂直隔离板底部设有圆孔(1c)，所述过滤芯为由水平过滤隔板隔开的多层结构。

9.根据权利要求8所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置，其特征在于，所述过滤芯包括三层，依次为过滤棉层(3)、土工布层(4)和柱状活性炭层(5)，所述水平过滤隔板为设有透水孔的透水板。

10.一种利用如权利要求1所述的一种坡屋顶的屋顶绿化雨水滞蓄性能测试装置的测试方法，其特征在于，该方法具体为：

设置雨水模拟模块(21)的降雨条件，通过可升降机构(13)调节坡屋顶绿化模拟模块(12)的坡度，启动雨水模拟模块(21)在坡屋顶绿化模拟模块(12)上方模拟降雨，测试模块监测实时记录雨水径流和湿度，并生成记录，完成不同降雨条件下坡屋顶绿化模拟模块对雨水滞蓄性能的测定。