CN210571288U

CN210571288U - 雨水口流量系数试验测量系统

Info

Publication number: CN210571288U
Application number: CN201921766981.5U
Authority: CN
Inventors: 张晓雷; 赵建坤; 顾立忠; 刘欣; 吴浩然
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-10-21

Abstract

本实用新型属于市政给排水公用设施领域试验设备，特别涉及一种雨水口流量系数试验测量系统，本实用新型包括模拟地表汇流单元、液压控制单元、泵水单元、水循环单元、测量单元，所述模拟地表汇流单元包括模拟地表模块和模拟汇流模块，所述模拟地表模块下设有模拟汇流模块，所述液压控制单元设置在模拟地表模块的下方，水循环单元设置在模拟地表模块的两侧，泵水单元设置在水循环单元的一侧，所述测量单元可移动的设置在模拟汇流模块内。本实用新型解决了现有技术中测量雨水口泄流能力时流量系数选取不准确的技术问题。

Description

雨水口流量系数试验测量系统

技术领域

本实用新型属于市政给排水公用设施领域试验设备，特别涉及一种雨水口流量系数试验测量系统。

背景技术

雨水口作为城市雨水排水系统的重要组成部分，是收集地面径流并泄流至排水管渠的主要设施。雨水口泄洪能力的大小对城市防洪能力具有重要影响。而孔口流量系数直接影响着雨水口泄流能力的大小。

文献“姚飞骏.雨水口的流量计算方法探讨.中国给水排水.2013.29(24):45~48”中已经验证了《雨水口》（ 05S518）标准图集中规定的泄水能力不准确，并采用了堰流、孔流水力计算公式对雨水口泄流能力进行了计算分析。结果表明，雨水口泄流能力对流量系数的选取有较强的敏感性，因此规定的泄水能力不准确的根本原因是流量系数选取不准确。此外，采用计算公式进行雨水口过流能力计算过程中，会存在许多不确定因素，例如，不同流态（堰流和孔口入流）以及不同流态系数难以准确确定，使得现有的技术手段无法准确测量出雨水口的过流能力。

文献“吴鹏，杨敏，何京莲，李卫. 雨水口箅子的孔口流量系数试验研究.2014.12(6)：65~68”中采用孔口流量公式倒推孔口流量系数，对等格条间距和等格条厚度的矩形断面横条箅子和圆形断面横格条箅子的孔口流量系数进行了试验研究。但并未对堰流流量系数进行具体的试验分析研究，且给出的雨水口周围的坡降不够全面，从而使其为工程设计提供的参考价值有限。

此外，在全球极端天气越来越多的背景下，城市洪水来临时，雨水口可能会发生不同程度的淤堵情况，上述文献中均未进行当雨水口在不同淤堵程度、淤堵方式情况下的过流能力及流量系数的研究。

流量系数的选取直接影响着雨水口泄流能力，而雨水口泄水能力与道路坡度、雨水口型式、篦前水深等因素有关，上述文献中均未对不同工况下雨水口流量系数进行系统性研究和总结。

发明内容

为了克服现有的技术存在的不足, 本实用新型提供一种能准确分析和计算出流量系数的雨水口流量系数试验测量系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括模拟地表汇流单元、液压控制单元、泵水单元、水循环单元、测量单元，所述模拟地表汇流单元包括模拟地表模块和模拟汇流模块，所述模拟地表模块下设有模拟汇流模块，所述液压控制单元设置在模拟地表模块的下方，水循环单元设置在模拟地表模块的两侧，泵水单元设置在水循环单元的一侧，所述测量单元可移动的设置在模拟汇流模块内。

进一步，所述模拟地表模块包括变坡水槽和雨水篦，所述模拟汇流模块包括雨水井和回水渠，所述液压控制单元包括液压升降装置、液压控制器和支架，所述变坡水槽通过支架架设在地面，所述支架上设有控制变坡水槽坡度的液压升降装置，所述液压升降装置与所述液压控制器电性连接。

更进一步，其特征在于，所述变坡水槽内设有雨水井，所述雨水井上设有雨水篦，所述变坡水槽下设有回水渠。

进一步，所述水循环单元包括依次连通的蓄水池、平水塔、进水箱、回水箱，所述蓄水池与所述平水塔通过泵水单元连通，所述平水塔与进水箱通过管道连通，所述进水箱与回水箱通过变坡水槽连通，所述回水箱与所述蓄水池通过管道连通，所述平水塔与进水箱连通处设有阀门，所述回水箱与变坡水槽连通处设有平板闸门。

更进一步，所述泵水单元包括安装在蓄水池中为水流循环提供动力的水泵，所述水泵通过管道连通蓄水池与平水塔，管道上设有阀门。

更进一步，所述测量单元包括自动水位探头、三角薄壁堰、水位测针、电磁流量计，所述变坡水槽的两侧上方设有横向平行于变坡水槽的滑道，所述滑道上架设有对应的纵向垂直于变坡水槽滑轨，所述自动水位探头安装在所述滑轨上，所述电磁流量计设置在平水塔与进水箱之间，所述三角薄壁堰设置在雨水井的下方靠近回水箱的一侧，所述水位测针设置在三角薄壁堰的正上方。

更进一步，所述进水箱与变坡水槽相接处设有稳流装置，所述回水渠中靠近三角薄壁堰的入口处设有延伸的稳流装置，所述稳流装置为方形过水盲沟。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用集多种模拟情形于一体，同时测量出多种雨水口型式在不同流态，堵塞程度，堵塞方式，坡降比情况下的流量系数，准确而全面地模拟平坡及变坡状态下的城市洪水下泄过程，利用测量出的雨水口周围的断面流速、水位及下泄流量，准确分析和计算出流量系数，从而建立起多种雨水口型式在不同流态，堵塞程度，堵塞方式，坡降比情况下的计算公式，由此为雨水口设计，布置，管理提供准确的参考实验数据，具有较高的技术参考价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的正面透视图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型的侧面透视图。

图中

1.蓄水池，2.水泵，3.回水渠，4.变坡水槽，5.雨水井，6.液压升降装置，7.进水箱，8.雨水篦，9.稳流装置，10.自动水位探头，11.三角薄壁堰，12.水位测针，13.平水塔，14.支架，15.电磁流量计，16.平板闸门，17.回水箱，18.液压控制器，19.滑轨。

具体实施方式

根据图1-3所示，本实用新型包括模拟地表汇流单元、液压控制单元、泵水单元、水循环单元、测量单元，所述模拟地表汇流单元包括模拟地表模块和模拟汇流模块，所述模拟地表模块下设有模拟汇流模块，所述模拟地表模块包括变坡水槽4和雨水篦8，所述模拟汇流模块包括雨水井5和回水渠3，所述变坡水槽4内设有雨水井5，所述雨水井5上设有雨水篦8，所述变坡水槽4下设有回水渠3，所述液压控制单元设置在模拟地表模块的下方，测量单元根据测量需求放置在需要测量的位置。

所述液压控制单元包括液压升降装置6、液压控制器18和支架14，所述变坡水槽4通过支架14架设在地面，所述支架14上设有控制变坡水槽4坡度的液压升降装置6，所述液压升降装置6与所述液压控制器18电性连接，所述的液压升降装置6采用液压缸与液压活塞结构，液压升降装置6还包括联通液压缸的液压泵和设置在液压缸上的电磁阀，所述液压控制器18具体是PLC控制器，PLC控制器通过电性连接和控制电磁阀、液压泵来调整液压缸压力与液压活塞的运动，进而调整液压升降装置6的升降。

可通过调节液压控制单元使得变坡水槽4横向纵向以及雨水口周围均可进行变坡，变坡水槽4纵向可变坡范围为0~15°，在纵向变坡的基础上，雨水口周围9m2的范围内，朝向雨水口的方向上可进行0~5°的变坡。

水循环单元设置在模拟地表模块的两侧，所述水循环单元包括依次连通的蓄水池1、平水塔13、进水箱7、回水箱17，所述泵水单元包括安装在蓄水池1中为水流循环提供动力的水泵2，所述水泵2通过管道连通蓄水池1与平水塔13，管道上设有阀门，所述蓄水池1与所述平水塔13通过泵水单元连通，所述平水塔13与进水箱7通过管道连通，所述进水箱7与回水箱17通过变坡水槽4连通，所述回水箱17与所述蓄水池1通过管道连通，所述平水塔13与进水箱7连通处设有阀门，所述回水箱17与变坡水槽4连通处设有平板闸门16。平水塔13的作用是平稳水压，使当选取某个流量时，能够使水流成为恒定流。所述平板闸门16可以控制槽内的水位。

所述测量单元包括自动水位探头10、三角薄壁堰11、水位测针12、电磁流量计15，所述变坡水槽4的两侧上方设有横向平行于变坡水槽4的滑道，所述滑道上架设有对应的纵向垂直于变坡水槽4滑轨，所述自动水位探头10安装在所述滑轨上，所述电磁流量计15设置在平水塔13与进水箱7之间，所述电磁流量计15用于监测供水量，在开始供水时，可以通过边观察电磁流量计的大小边转动水阀开关调至理想的流量。所述三角薄壁堰11设置在回水渠3内靠近回水箱17的一侧，三角薄壁堰11是对通过雨水篦的下泄流量进行测量的量水工具。所述水位测针12设置在雨水井5的底部且位于三角薄壁堰11的正上方，所述回水渠3内设有稳流装置9。所述稳流装置9设置在三角薄壁堰11的入口一侧，所述稳流装置9使用密度较大的方形过水盲沟，从而使进入水槽以及下方回水渠中的水的水位能够比较稳定，从而使自动水位测量系统测得的水位以及三角堰附近的水位测针读数更精确。另外，还可根据需要使用辅助设备ADV多普勒声学流速仪和旋浆流速仪，ADV多普勒声学流速仪可对大水深情况下箅前断面流速以及箅周围的三维流速场进行测量，旋浆流速仪可对小水深情况下运用五点法对断面流速进行测量。

具体实施时，首先，通过液压控制单元调整变坡水槽4及雨水口的坡度为设定的坡度并固定，将平板闸门16调至全开状态。将自动水位探头10放置指定篦前水位测量处及其他需要进行水位测量的位置。打开自动水位测量系统进行探头预热，时间为40分钟。在此期间，将水槽内的雨水口调整为需要测量的工况，可通过以下五种方式更改所需测量的工况：改变通过水槽的流量、更换不同型式雨水篦、改变雨水篦的堵塞程度、改变雨水篦的堵塞方式、改变水槽或雨水口的横纵向坡度。预热完毕后，对自动水位探头进行标定，将探头下方打扫干净后开始采集数据，完毕后，设置其为初始水位为0。打开水泵开关，打开通往蓄水箱的阀门，并调至指定流量，等待大约5分钟，使槽内的水流为恒定流。槽内水流为恒定流时，开始进行第一次数据的采集，需要采集的数据有水位，指定断面指定点的流速，三角堰附近水位测针的读数以及查看雨水井中的状态（大概的水位、气泡量）并记录。数据采集完毕后，将平板闸门下移至使其槽内水位抬升3~5mm,等待大约4分钟，使其槽内水位稳定。槽内水位稳定后，开始进行下一次数据的采集并记录，重复上述步骤直至平板闸门完全关闭或水位达到30cm以上时停止数据的采集，此时，这一工况下的数据采集完毕。对数据进行后处理，生成图像后，可以清楚看到堰流与孔流的分解点，利用相关软件对数据进行拟合，会得到不同流态下这一工况的流量系数。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims

1.雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，包括模拟地表汇流单元、液压控制单元、泵水单元、水循环单元、测量单元，所述模拟地表汇流单元包括模拟地表模块和模拟汇流模块，所述模拟地表模块下设有模拟汇流模块，所述液压控制单元设置在模拟地表模块的下方，水循环单元设置在模拟地表模块的两侧，泵水单元设置在水循环单元的一侧，所述测量单元可移动的设置在模拟汇流模块内。

2.根据权利要求1所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述模拟地表模块包括变坡水槽和雨水篦，所述模拟汇流模块包括雨水井和回水渠，所述液压控制单元包括液压升降装置、液压控制器和支架，所述变坡水槽通过支架架设在地面，所述支架上设有控制变坡水槽坡度的液压升降装置，所述液压升降装置与所述液压控制器电性连接。

3.根据权利要求2所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述变坡水槽内设有雨水井，所述雨水井上设有雨水篦，所述变坡水槽下设有回水渠。

4.根据权利要求2所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述水循环单元包括依次连通的蓄水池、平水塔、进水箱、回水箱，所述蓄水池与所述平水塔通过泵水单元连通，所述平水塔与进水箱通过管道连通，所述进水箱与回水箱通过变坡水槽连通，所述回水箱与所述蓄水池通过管道连通，所述平水塔与进水箱连通处设有阀门，所述回水箱与变坡水槽连通处设有平板闸门。

5.根据权利要求4所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述泵水单元包括安装在蓄水池中为水流循环提供动力的水泵，所述水泵通过管道连通蓄水池与平水塔，管道上设有阀门。

6.根据权利要求5所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述测量单元包括自动水位探头、三角薄壁堰、水位测针、电磁流量计，所述变坡水槽的两侧上方设有横向平行于变坡水槽的滑道，所述滑道上架设有对应的纵向垂直于变坡水槽滑轨，所述自动水位探头安装在所述滑轨上，所述电磁流量计设置在平水塔与进水箱之间，所述三角薄壁堰设置在雨水井的下方靠近回水箱的一侧，所述水位测针设置在三角薄壁堰的正上方。

7.根据权利要求6所述的雨水口流量系数试验测量系统，其特征在于，所述进水箱与变坡水槽相接处设有稳流装置，所述回水渠中靠近三角薄壁堰的入口处设有延伸的稳流装置，所述稳流装置为方形过水盲沟。