一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，試驗(yàn)系統(tǒng)包括供水裝置

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)涉及降水模擬試驗(yàn)
，具體涉及一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
。

技術(shù)介紹

[0002]由于全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，傳統(tǒng)流域降水徑流關(guān)系正在發(fā)生著變化，隨著地表硬化面的逐漸擴(kuò)張，地表徑流過(guò)程呈現(xiàn)出峰值高
、
歷時(shí)短的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致城市地表積水和內(nèi)澇的問(wèn)題
。
由于研究的需要，需要設(shè)計(jì)一套能夠在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地精確測(cè)量地表降水徑流過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置以期為開(kāi)展物理模擬提供技術(shù)基礎(chǔ)
。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)室外場(chǎng)地降雨強(qiáng)度模擬
、
地表徑流收集并精確測(cè)量
。
[0004]為達(dá)到上述專(zhuān)利技術(shù)目的，本專(zhuān)利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為：
[0005]提供一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括供水裝置
、
降水模擬系統(tǒng)
、
土壤含水量及土壤水分下滲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
、
地表徑流收集及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)；
[0006]降水模擬系統(tǒng)包括安裝在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上方的若干平行的分支管道，每根分支管道上均勻設(shè)置有若干降水噴頭，若干分支管道均連接主管道，主管道與供水裝置連接；
[0007]土壤含水量及土壤水分下滲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括土壤含水量探測(cè)傳感器和土壤水分下滲儀，土壤含水量探測(cè)傳感器設(shè)置在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的中心，土壤含水量探測(cè)傳感器的監(jiān)測(cè)探頭分布在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位距離地表不同深度的土層中，土壤水分下滲儀分布在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上避開(kāi)地下水位深度的若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上；
[0008]地表徑流收集及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括徑流收集系統(tǒng)和徑流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，徑流收集系統(tǒng)包括設(shè)置在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的排水支溝，排水支溝與雙腔式徑流池連接；徑流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置在雙腔式徑流池內(nèi)的三角堰
、
液位儀和紊流裝置，雙腔式徑流池與排水系統(tǒng)連接
。
[0009]進(jìn)一步地，雙腔式徑流池包括徑流池外腔，徑流池外腔內(nèi)設(shè)置有徑流池內(nèi)腔，徑流池內(nèi)腔的一側(cè)設(shè)置有三角堰，徑流池外腔的兩側(cè)設(shè)置有收水槽，徑流池內(nèi)腔的底部設(shè)置有抽水泵，徑流池內(nèi)腔的外壁兩側(cè)與徑流池外腔的內(nèi)壁之間均設(shè)置有紊流裝置，且紊流裝置從水流方向上設(shè)置在收水槽下游，收水槽與排水支溝連通，徑流池外腔內(nèi)設(shè)置有液位計(jì)；
[0010]將徑流池外腔的水位調(diào)至徑流池內(nèi)腔三角堰的堰底處，液位計(jì)調(diào)整為初始狀態(tài)，地表徑流量由支溝進(jìn)入到徑流池外腔內(nèi)，透過(guò)紊流裝置，進(jìn)入到徑流池外腔的紊流裝置內(nèi)側(cè)；當(dāng)水位超過(guò)三角堰的堰底高程時(shí)，液位計(jì)將自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)徑流池外腔水位變化的水位差，同時(shí)可開(kāi)啟徑流池內(nèi)腔的抽水泵，將徑流池內(nèi)腔徑流量排入附近水體；
[0011]液位計(jì)監(jiān)測(cè)的水位差
Δ
h
i
＝
h
i
?
h
堰底高程
用于計(jì)算單位時(shí)段內(nèi)的地表徑流量，其中，
h
i
為第
i
時(shí)刻徑流池外腔中的液位值，
h
堰底高程
為三角堰的堰底高程值，
Δ
h
i
為第
i
時(shí)刻徑流池外腔水位與三角堰的堰底高程的差值，根據(jù)液位儀監(jiān)測(cè)的
Δ
h
i
計(jì)算徑流池流量值
q
＝
C
Δ
h
i2.5
，
其中
C
為流量系數(shù)
。
[0012]進(jìn)一步地，供水裝置包括調(diào)壓池，調(diào)壓池與供水水泵連接，供水水泵與總控制閥和總流量計(jì)連接，總流量計(jì)與各分支管道連接，各分支管道上設(shè)置有分支流量計(jì)和分支控制閥
。
[0013]進(jìn)一步地，排水系統(tǒng)包括安裝在雙腔式徑流池內(nèi)的排水泵
、
與排水泵連接的排水管道
。
[0014]進(jìn)一步地，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地中心縱向剖面上設(shè)置有四個(gè)土壤含水量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別距離地表
10cm、30cm、50cm
和
100cm
位置處
。
[0015]進(jìn)一步地，降水模擬系統(tǒng)的供水量
Q
計(jì)算方法為：
[0016]Q
＝
n1×
q2；
[0017]q2＝
n2×
q1；
[0018]q1＝
A
×
h
＝
π
r2×
h
；
[0019][0020][0021]其中，
A
為單個(gè)降水噴頭的噴射面積，
h
為需要模擬的降雨量，
r
為單個(gè)降水噴頭的噴射半徑，
q1為單個(gè)降水噴頭單位時(shí)間內(nèi)的噴射水量，
q2每根分支管道單位時(shí)間的供水量，
n2為每根分支管道上設(shè)置的降水噴頭數(shù)量，
n1為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上需設(shè)置的分支管道數(shù)量；
L
為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的長(zhǎng)度，
K
為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的寬度，
r
閾值
為確保試驗(yàn)精度時(shí)允許的降雨范圍誤差
。
[0022]提供一種采用上述降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其包括以下步驟：
[0023]S1
：根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的面積，設(shè)置場(chǎng)地內(nèi)需要布設(shè)的供水管道數(shù)量，并計(jì)算每根供水管道上需要安裝的降水噴頭數(shù)量；
[0024]S2
：計(jì)算單位時(shí)間的供水量
Q
，并根據(jù)試驗(yàn)的設(shè)定時(shí)間，計(jì)算本次試驗(yàn)所需的水量，向調(diào)壓池中儲(chǔ)存本次實(shí)驗(yàn)所需的水量；
[0025]S3
：將土壤水分下滲儀中的入滲水量收集瓶的水量排出或?qū)⒊跏紨?shù)據(jù)歸零；將雙腔式徑流池中的徑流池外腔水位調(diào)整至徑流池內(nèi)腔的三角堰堰底高程處；液位計(jì)初始數(shù)據(jù)歸零；
[0026]S4
：?jiǎn)?dòng)供水水泵，調(diào)整控制閥的開(kāi)度，將供水量調(diào)整為
Q
；調(diào)整分支控制閥的開(kāi)度，將每條分支管道的供水量控制為
q2；
[0027]S5
：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定，降雨模擬設(shè)定時(shí)間后，關(guān)閉供水水泵
、
控制閥；
[0028]S6
：讀取液位計(jì)監(jiān)測(cè)的液位數(shù)據(jù)，計(jì)算徑流池流量值，并繪制地表徑流過(guò)程線(xiàn)；讀
取土壤含水量探測(cè)傳感器監(jiān)測(cè)的土壤含水量變化數(shù)據(jù)，用于分析土壤前期含水量對(duì)降水徑流過(guò)程線(xiàn)的影響；讀取土壤水分下滲儀監(jiān)測(cè)的土壤水分下滲數(shù)據(jù)，獲得試驗(yàn)過(guò)程中土壤水分垂向運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程
。
[0029]本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果為：本專(zhuān)利技術(shù)提供的降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，可解決室外場(chǎng)地試驗(yàn)難以模擬不同的降雨強(qiáng)度
、
地表徑流難以收集以及難以精確測(cè)定的問(wèn)題，為開(kāi)展室外場(chǎng)地降水徑流全過(guò)程模擬與監(jiān)測(cè)
、
開(kāi)展室外場(chǎng)地面源污染監(jiān)測(cè)等實(shí)驗(yàn)提供可靠的實(shí)驗(yàn)裝置與方法
。
附圖說(shuō)明
[0030]圖1為降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的原理圖
。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.
一種降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括供水裝置
、
降水模擬系統(tǒng)
、
土壤含水量及土壤水分下滲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
、
地表徑流收集及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)；所述降水模擬系統(tǒng)包括安裝在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上方的若干平行的分支管道，每根所述分支管道上均勻設(shè)置有若干降水噴頭，若干所述分支管道均連接主管道，所述主管道與供水裝置連接；所述土壤含水量及土壤水分下滲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括土壤含水量探測(cè)傳感器和土壤水分下滲儀，所述土壤含水量探測(cè)傳感器設(shè)置在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的中心，土壤含水量探測(cè)傳感器的監(jiān)測(cè)探頭分布在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位距離地表不同深度的土層中，所述土壤水分下滲儀分布在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上避開(kāi)地下水位深度的若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上；所述地表徑流收集及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括徑流收集系統(tǒng)和徑流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述徑流收集系統(tǒng)包括設(shè)置在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的排水支溝，所述排水支溝與雙腔式徑流池連接；所述徑流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置在雙腔式徑流池內(nèi)的三角堰
、
液位儀和紊流裝置，所述雙腔式徑流池與排水系統(tǒng)連接
。2.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述雙腔式徑流池包括徑流池外腔，所述徑流池外腔內(nèi)設(shè)置有徑流池內(nèi)腔，所述徑流池內(nèi)腔的一側(cè)設(shè)置有三角堰，所述徑流池外腔的兩側(cè)設(shè)置有收水槽，所述徑流池內(nèi)腔的底部設(shè)置有抽水泵，所述徑流池內(nèi)腔的外壁兩側(cè)與徑流池外腔的內(nèi)壁之間均設(shè)置有紊流裝置，且紊流裝置從水流方向上設(shè)置在收水槽下游，所述收水槽與排水支溝連通，所述徑流池外腔內(nèi)設(shè)置有液位計(jì)；將徑流池外腔的水位調(diào)至徑流池內(nèi)腔三角堰的堰底處，液位計(jì)調(diào)整為初始狀態(tài)，地表徑流量由支溝進(jìn)入到徑流池外腔內(nèi)，透過(guò)紊流裝置，進(jìn)入到徑流池外腔的紊流裝置內(nèi)側(cè)；當(dāng)水位超過(guò)三角堰的堰底高程時(shí)，液位計(jì)將自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)徑流池外腔水位變化的水位差，同時(shí)可開(kāi)啟徑流池內(nèi)腔的抽水泵，將徑流池內(nèi)腔徑流量排入附近水體；液位計(jì)監(jiān)測(cè)的水位差
Δ
h
i
＝
h
i
?
h
堰底高程
用于計(jì)算單位時(shí)段內(nèi)的地表徑流量，其中，
h
i
為第
i
時(shí)刻徑流池外腔中的液位值，
h
堰底高程
為三角堰的堰底高程值，
Δ
h
i
為第
i
時(shí)刻徑流池外腔水位與三角堰的堰底高程的差值，根據(jù)液位儀監(jiān)測(cè)的
Δ
h
i
計(jì)算徑流池流量值
q
＝
C
Δ
h
i2.5
，其中
C
為流量系數(shù)
。3.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的降水徑流模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述供水裝置包括調(diào)壓池，所述調(diào)壓池與供水水泵連接，所述供水水泵與總控制閥和總流量計(jì)連接，所述總流量計(jì)與各分支管道連接，所述各分支管道上設(shè)置有分支流量計(jì)和分支控制...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：任梅芳，張志果，劉廣奇，李婧，徐宗學(xué)，陳浩，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：