CN109115666A - 一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法 - Google Patents

一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法 Download PDF

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关彤军
魏立峰
程树斌
王雯
张春会
赵全胜
王锡朝
赵彦辉
马志中
冯宝叶
戴凌云
刘娇
段博阳
张贺
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    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明公开的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，包括支撑架，支撑架上设置有模型桶，模型桶内盛放有种植土试样，模型桶的下方设置有第一容器，第一容器的侧边设置有降雨系统，降雨系统包括第二容器，第二容器内设置有水泵，水泵通过输水管与喷头连接，喷头安放在模型桶的正上方且与支撑架固定，输水管上设置有电动调节阀和流量计，电动调节阀、流量计和水泵分别与控制器电连接，控制器通过电源开关与电源模块电连接。利用本发明能够分析雨水入渗过程中种植土绿化带渗透性能和净水性能随时间的演化规律，分析出种植土绿化带对道路径流雨水中的污染物的截留和削减作用，从而为种植土绿化带海绵道路结构推广应用提供技术支持。

Description

一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法
技术领域
本发明属于市政建设技术领域，具体涉及一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法。
背景技术
种植土绿化带是一种新型海绵道路结构，这种雨水入渗结构主要收集、入渗机动车道硬化路面的雨水，其工作原理为：机动车道为不透水硬化路面，雨水沿路面横坡汇流至下凹种植土绿化带内，然后雨水经过种植土，入渗至储水碎石层内，再逐渐入渗至地基土，回补地下水，然而，一方面，城市道路行驶车辆众多，污染严重，雨水降落于道路表面，形成径流，冲刷路表的污染物，污染物悬浮或溶解于雨水径流内，随之流入种植土绿化带内。当污染雨水入渗至种植土内时，种植土孔隙小，对污染物有很强的过滤和截留作用，使得雨水得到一定程度的净化，另一方面悬浮物、油脂等於堵物质於堵种植土孔隙，使得种植土的渗透性能逐渐下降。然而，目前种植土绿化带对道路径流雨水的净化性能和渗透性能随时间的演化规律尚未有研究报道。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法，以便解决上述提出的一系列技术问题。
本发明的技术方案是：
一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，包括支撑架，所述支撑架上设置有模型桶，所述模型桶内盛放有种植土试样，所述模型桶的下方设置有第一容器，所述第一容器的侧边设置有降雨系统，所述降雨系统包括第二容器，所述第二容器内设置有水泵，所述水泵通过输水管与喷头连接，所述喷头安放在模型桶的正上方且与支撑架固定，所述输水管上设置有电动调节阀和流量计，所述电动调节阀、流量计和水泵分别与控制器电连接，所述控制器通过电源开关与电源模块电连接。
优选的，该试验装置还包括水管道发电装置，所述水管道发电装置与电源模块电连接，所述水管道发电装置设置在输水管上，所述水管道发电装置用于输水管内有水流流动的状态下，将水流的动能转化为电能，并将所发电能储存至所述电源模块。
优选的，所述水管道发电装置是型号z-fdv1的微型水力发电机。
优选的，所述电源模块是可充电锂电池。
一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验方法，包括以下试验步骤：
S1、在模型桶内依次装入碎石和种植土材料，构成试验用种植土试样的实际工程结构；
S2、在第二容器内装入纯水，即蒸馏水，水量为1年的降雨量；
S3、打开控制器设置降雨强度，降雨强度由流量计控制，开启降雨系统，降雨完成后静置7天，这一过程中种植土完成自重固结，获得了完成自重固结的原状种植土；
S4、按照当地道路径流雨水污染物含量标准，在第二容器内制备人工雨水，并取样测试出人工雨水内的污染物浓度；
S5、再次打开控制器开启降雨系统进行降雨，在模型桶下部的出水口不断收集渗透过种植土、碎石层的雨水，装入收集瓶内，送入实验室测试污染物浓度；
S6、在试验过程中，维持试验桶内水位高度不变，然后在一定时间内计量收集的水量，利用达西定律即可计算种植土-碎石层的渗透系数并做以记录方便对比分析。
优选的，步骤S4中污染物包括悬浮物、总氮、总磷、氨氮和COD。
与现有技术相比，利用本发明提供的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法，能够分析雨水入渗过程中种植土绿化带渗透性能随时间的演化规律，能够分析种植土绿化带对道路径流雨水中的污染物如COD、SS、TN、TP离子、Zn离子、Pb离子等的截留和削减作用，分析种植土绿化带的净水性能随时间的演化规律，从而为种植土绿化带海绵道路结构推广应用提供技术支持，本发明实用性好，值得推广。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法，下面结合图1的结构示意图，对本发明进行说明。
如图1所示，本发明提供的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，包括支撑架2，所述支撑架2上设置有模型桶3，所述模型桶3内盛放有种植土试样4，所述模型桶3的下方设置有第一容器1，所述第一容器1的侧边设置有降雨系统，所述降雨系统包括第二容器9，所述第二容器9内设置有水泵10，所述水泵10通过输水管6与喷头5连接，所述喷头5安放在模型桶3的正上方且与支撑架2固定，所述输水管6上设置有电动调节阀8和流量计7，所述电动调节阀8、流量计7和水泵10分别与控制器电连接，所述控制器通过电源开关与电源模块电连接。
其中，流量计7作为检测元件，实时计量现场的水流量的大小，并将水流的流量信息经D/A转化后发送给控制器，控制器将水流的流量信息实时与预设的水流阈值量作比较，当水流的流量大于预设的水流阈值时，即可发送控制信息给电动调节阀8的电机正转，缩小电动调节阀8的阀口通量，当水流的流量小于预设的水流阈值时，即可发送控制信息给电动调节阀8的电机反转，增大电动调节阀8的阀口通量，当水流的流量与预设的水流阈值相等时，即可发送控制信息给电动调节阀8的电机停止。
进一步的，该试验装置还包括水管道发电装置，所述水管道发电装置与电源模块电连接，所述水管道发电装置设置在输水管6上，所述水管道发电装置用于输水管6内有水流流动的状态下，将水流的动能转化为电能，并将所发电能储存至所述电源模块。
进一步的，所述水管道发电装置是型号z-fdv1的微型水力发电机。
进一步的，所述电源模块是可充电锂电池。
一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验方法，包括以下试验步骤：
S1、在模型桶内依次装入碎石和种植土材料，构成试验用种植土试样4的实际工程结构；
S2、在第二容器9内装入纯水，即蒸馏水，水量为1年的降雨量；
S3、打开控制器设置降雨强度，降雨强度由流量计7控制，开启降雨系统，降雨完成后静置7天，这一过程中种植土完成自重固结，获得了完成自重固结的原状种植土；
S4、按照当地道路径流雨水污染物含量标准，在第二容器9内制备人工雨水，并取样测试出人工雨水内的污染物浓度；
S5、再次打开控制器开启降雨系统进行降雨，在模型桶下部的出水口不断收集渗透过种植土、碎石层的雨水，装入收集瓶内，送入实验室测试污染物浓度；
S6、在试验过程中，维持试验桶内水位高度不变，然后在一定时间内计量收集的水量，利用达西定律即可计算种植土-碎石层的渗透系数并做以记录方便对比分析。
进一步的，步骤S4中污染物包括悬浮物、总氮、总磷、氨氮和COD。
在其中一个实施例中，该实验装置由模型桶、降雨系统、雨水收集装置组成，模型桶总高约160cm，为6级组装而成，内直径80cm，面积为0.5024m2。降雨系统由支撑架、喷头、水泵、流量计、第二容器组成，降雨强度由流量计控制。雨水收集装置为收集雨水的第一容器，第二容器、第一容器均为水箱。
利用本试验装置对石家庄市汇明路种植土绿化带工程雨水入渗性能进行了研究，在试验装置内先填入碎石75cm，然后布设透水土工布，再填筑种植土75cm，通过降雨系统降水，完成自重固结后，种植土沉降约15cm，通过降雨系统降人工配制的雨水，在降雨过程中当种植土饱水后，利用达西定律计算种植土的渗透系数，在出水口收集雨水，送实验室检测，测试出水污染物浓度。
其中，以75cm碎石层、60cm种植土予以说明，具体的试验步骤如下示：
(1)在模型桶内按实际工程结构装入碎石75cm，然后装入种植土约80cm。
(2)在水箱内装入纯水即蒸馏水，水量为1年降雨量。
(3)开启降雨系统，降雨强度由流量计控制，降雨完成静置7天，这一过程中种植土完成自重固结，下沉约20cm，这便获得了完成自重固结的原状种植土。
(4)按照当地道路径流雨水污染物含量,取适量悬浮物、总氮、总磷、氨氮和COD加水后，在水箱内制备人工雨水，取样测试污染物浓度。
(5)开启降雨系统降雨，在模型桶下部出水口不断收集渗透过种植土、碎石层的雨水，装入收集瓶内，送入实验室测试污染物浓度。
与水箱内人工雨水浓度对比，即可获得种植土-碎石层绿化带结构对道路径流雨水的净化作用。
(6)在试验过程中，维持试验桶内水位高度20cm不变，然后在10min内计量收集的水量，利用达西定律即可计算种植土-碎石层的渗透系数。
本发明提供的一种种植土绿化带雨水入渗及水质净化试验装置为研究种植土雨水入渗规律和种植土对道路径流雨水水质净化的性能提供了一个解决方案，利用该实验装置可研究种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能随时间的演化规律。
与现有技术相比，利用本发明提供的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置及方法，能够分析雨水入渗过程中种植土绿化带渗透性能随时间的演化规律，能够分析种植土绿化带对道路径流雨水中的污染物如COD、SS、TN、TP离子、Zn离子、Pb离子等的截留和削减作用，分析种植土绿化带的净水性能随时间的演化规律，从而为种植土绿化带海绵道路结构推广应用提供技术支持，本发明实用性好，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，其特征在于，包括支撑架(2)，所述支撑架(2)上设置有模型桶(3)，所述模型桶(3)内盛放有种植土试样(4)，所述模型桶(3)的下方设置有第一容器(1)，所述第一容器(1)的侧边设置有降雨系统，所述降雨系统包括第二容器(9)，所述第二容器(9)内设置有水泵(10)，所述水泵(10)通过输水管(6)与喷头(5)连接，所述喷头(5)安放在模型桶(3)的正上方且与支撑架(2)固定，所述输水管(6)上设置有电动调节阀(8)和流量计(7)，所述电动调节阀(8)、流量计(7)和水泵(10)分别与控制器电连接，所述控制器通过电源开关与电源模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，其特征在于，该试验装置还包括水管道发电装置，所述水管道发电装置与电源模块电连接，所述水管道发电装置设置在输水管(6)上，所述水管道发电装置用于输水管(6)内有水流流动的状态下，将水流的动能转化为电能，并将所发电能储存至所述电源模块。
3.根据权利要求2所述的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，其特征在于，所述水管道发电装置是型号z-fdv1的微型水力发电机。
4.根据权利要求2所述的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验装置，其特征在于，所述电源模块是可充电锂电池。
5.一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验方法，其特征在于，包括以下试验步骤：
S1、在模型桶内依次装入碎石和种植土材料，构成试验用种植土试样(4)的实际工程结构；
S2、在第二容器(9)内装入纯水，即蒸馏水，水量为1年的降雨量；
S3、打开控制器设置降雨强度，降雨强度由流量计(7)控制，开启降雨系统，降雨完成后静置7天，这一过程中种植土完成自重固结，获得了完成自重固结的原状种植土；
S4、按照当地道路径流雨水污染物含量标准，在第二容器(9)内制备人工雨水，并取样测试出人工雨水内的污染物浓度；
S5、再次打开控制器开启降雨系统进行降雨，在模型桶下部的出水口不断收集渗透过种植土、碎石层的雨水，装入收集瓶内，送入实验室测试污染物浓度；
S6、在试验过程中，维持试验桶内水位高度不变，然后在一定时间内计量收集的水量，利用达西定律即可计算种植土-碎石层的渗透系数并做以记录方便对比分析。
6.根据权利要求5所述的一种种植土绿化带雨水入渗和水质净化性能试验方法，其特征在于，步骤S4中污染物包括悬浮物、总氮、总磷、氨氮和COD。
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