评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置及方法

1.本发明涉及透水铺装技术领域，具体涉及评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置及方法。


背景技术：

2.近年来，大规模城市建设导致地表不透水面积迅速增加，改变了原有的水文循环过程，增加了城市洪涝灾害发生的频率。为了缓解这一问题，2013年启动海绵城市建设倡议，即城市的低影响开发设计和改造。低影响开发中广泛应用的一项工程措施就是透水铺装，因此出现了各类透水铺装产品，评价和比较不同类型透水铺装的下渗性能是工程设计必要的一环。
3.现有的传统实验装置都是在人工降雨条件下，水平铺设透水铺装，将待测的透水铺装的透水及净水性能视为平面内均匀分布。该方法明显忽略了降雨时坡面径流的有向流动，无法评价透水铺装在径流影响下的不均匀透水和净水性能。传统方法的缺陷会随着透水铺装使用面积的增加，而产生不断增加的误差，使得低影响开发的成本增加和效用降低，难以达到海绵城市精细化最优设计目标。


技术实现要素：

4.本发明提供了评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置及方法，旨在解决透水铺装在坡面径流下的不均匀下渗的定量问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置，包括透水铺装箱体、渗流收集装置、降雨模拟装置、计算机、数控液压千斤顶、径流污水导流槽、径流污水箱及待测透水铺装；所述透水铺装箱体包括若干个变坡渗流槽，用于在其箱体内部铺设待测透水铺装；所述渗流收集装置包括渗流板、集流板、渗流污水桶、渗流污水箱、渗流板支架、雨量计；所述透水铺装箱体内部的径流流出端铰接渗流板支架；渗流板支架的上方设置渗流板；所述集流板安装于渗流板支架的下方；所述集流板的下端连接雨量计；所述渗流污水箱设置在变坡渗流槽的内部下方；所述雨量计与渗流污水桶上下连接且均设置在渗流污水箱的内部；所述降雨模拟装置的喷头位于变坡渗流槽的顶部开口上方；所述待测透水铺装铺设在渗流板上，形成待测透水铺装平面；所述径流污水导流槽设置在透水铺装箱体的径流流出端外侧；所述径流污水箱设置透水铺装箱体的径流流出端外侧且位于径流污水导流槽的下方；所述数控液压千斤顶设置在透水铺装箱体内部的径流发生端且位于渗流板支架的下方，用于调整待测调整透水铺装平面的坡度；所述计算机，用于控制数控液压千斤顶、降雨模拟装置并进行雨量计与渗流污水桶的数据采集与分析。
7.作为本发明的优选技术方案：所述透水铺装箱体的箱体内部设置两个并联式的变坡渗流槽；所述透水铺装箱体内部的径流发生端设有千斤顶安装箱，用于安装数控液压千斤顶；所述千斤顶安装箱的顶端开设千斤顶预留孔。
8.作为本发明的优选技术方案：所述渗流板支架设置多个渗流板槽；所述渗流板设置渗流板卡槽与渗流板槽的卡槽可拆卸安装；渗流板设置若干个渗流孔。
9.作为本发明的优选技术方案：所述渗流板支架设置渗流板支架铰接口；所述变坡渗流槽设置渗流槽铰接口；所述渗流板支架、变坡渗流槽通过渗流板支架铰接口与渗流槽铰接口铰接连接。
10.作为本发明的优选技术方案：所述集流板安装于渗流板槽的下方，收集透过渗流板的降水，雨量计用于采集透过集流板的降水流量数据，渗流污水桶用于收集降水，分析降水的污染物成分。
11.作为本发明的优选技术方案：所述径流污水导流槽与最接近径流流出端的渗流板槽连接，用于径流污水导流；所述径流污水箱，用于收集径流污水。
12.作为本发明的优选技术方案：所述数控液压千斤顶设置数控液压千斤顶接口；所述雨量计设置雨量计接口；所述计算机通过数控液压千斤顶接口与数控液压千斤顶连接；所述计算机通过雨量计接口与雨量计连接。
13.作为本发明的优选技术方案：所述计算机，控制降雨模拟装置，使其模拟降雨曲线符合真实的降雨曲线；控制数控液压千斤顶，调整待测调整透水铺装平面的坡度，坡度的调整范围应包含待测透水铺装适用坡度的范围；能同时收集装置中所有雨量计的反馈数据并生成实验数据，得到不同位置的渗流板上每分钟通过待测透水铺装的渗流流量。
14.基于评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置的方法，包括以下步骤：
15.开启降雨模拟装置，降雨模拟装置按输入的降雨曲线通过其上的喷头向变坡渗流槽中的待测调整透水铺装平面喷洒雨水模拟溶液，计算机以分钟为单位记录所有雨量计一个降雨历时的数据，得到降雨过程中不同位置的渗流板上透水铺装渗流流量曲线；经过一个降雨历时后，关闭降雨模拟装置，计算机以分钟为单位记录所有雨量计一个降雨历时的数据，得到降雨过后，不同位置的渗流板下透水铺装渗流流量曲线；充分搅拌各渗流污水桶中的模拟雨水溶液并进行取样，分析其中可溶性污染物成分和不可溶性污染物成分。
16.作为本发明的优选技术方案：开启降雨模拟之前还包括以下步骤：在一个变坡渗流槽中铺设待测透水铺装，另一个变坡渗流槽中铺设进行低影响开发前的地面铺装或其他透水铺装，达到对比实验的目的。
17.本发明所述的评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置及方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
18.本发明通过模拟降雨环境对透水铺装进行实验，实验过程分为径流形成之前的阶段和径流形成之后的阶段分别进行分析，解决了无法对径流影响下对渗水铺装的评价的问题。本发明提供的装置的各组件可根据实际使用情况进行灵活调整，包括渗流槽数目，渗流板支架上渗流槽的数目等；本发明提供的装置可用于低影响开发设计中提到的多种类型透水铺装的评价，如用于机动车车道的沥青透水铺装，用于人行道的透水砖，用于绿化的生物透水铺装等，适用范围广；本发明提供的装置的渗流板采用统一的规格制造，能适配具有不同规格的渗流槽支架，可重复利用便于施工，经济节约。
附图说明
19.图1为评价透水铺装坡面下渗不均匀性的装置示意图；
20.图2是透水铺装箱体示意图；
21.图3是关于装置组装示意图；
22.图4是数控液压千斤顶示意图；
23.图5是渗流板示意图；
24.图6是雨量计示意图；
25.其中：1-1变坡渗流槽；1-2集流板；1-3渗流污水桶；1-4渗流污水箱；1-5计算机； 1-6数控液压千斤顶；1-7降雨模拟装置；1-8渗流板支架；1-9径流污水导流槽；1-10径流污水箱；1-11雨量计；2-1千斤顶安装箱；2-2渗流槽铰接口；2-3千斤顶预留孔；3-1渗流板；3-2渗流板槽；3-3渗流板支架铰接口；4-1数控液压千斤顶接口；5-1渗流孔；5-2渗流板卡槽；6-1雨量计接口。
具体实施方式
26.下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明,以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施,但下面通过参考实例仅用于解释本发明,不作为本发明的限定。
27.如图1-6所示，本发明提出的评价透水铺装在坡面径流下的下渗不均匀性的装置，包括透水铺装箱体、渗流收集装置、降雨模拟装置1-7、计算机1-5、数控液压千斤顶1-6、径流污水导流槽1-9、径流污水箱1-10及待测透水铺装；所述透水铺装箱体包括若干个变坡渗流槽 1-1，用于在其箱体内部铺设待测透水铺装；所述渗流收集装置包括渗流板3-1、集流板1-2、渗流污水桶1-3、渗流污水箱1-4、渗流板支架1-8、雨量计1-11；所述透水铺装箱体内部的径流流出端铰接渗流板支架1-8；渗流板支架1-8的上方设置渗流板3-1；所述集流板1-2安装于渗流板支架1-8的下方；所述集流板1-2的下端连接雨量计1-11；所述渗流污水箱1-4 设置在变坡渗流槽1-1的内部下方；所述雨量计1-11与渗流污水桶1-3上下连接且均设置在渗流污水箱1-4的内部；所述降雨模拟装置1-7的喷头位于变坡渗流槽1-1的顶部开口上方；所述待测透水铺装铺设在渗流板3-1上，形成待测透水铺装平面；所述径流污水导流槽1-9 设置在透水铺装箱体的径流流出端外侧；所述径流污水箱1-10设置透水铺装箱体的径流流出端外侧且位于径流污水导流槽1-9的下方；所述数控液压千斤顶1-6设置在透水铺装箱体内部的径流发生端且位于渗流板支架1-8的下方，用于调整待测调整透水铺装平面的坡度；所述计算机1-5，用于控制数控液压千斤顶1-6、降雨模拟装置1-7并进行雨量计1-11与渗流污水桶1-3的数据采集与分析。
28.透水铺装箱体的箱体内部设置两个并联式的变坡渗流槽1-1；所述透水铺装箱体内部的径流发生端设有千斤顶安装箱2-1，用于安装数控液压千斤顶1-6；所述千斤顶安装箱2-1的顶端开设千斤顶预留孔2-3。所述渗流板支架1-8设置多个渗流板槽3-2；所述渗流板3-1设置渗流板卡槽5-2与渗流板槽3-2的卡槽可拆卸安装；渗流板3-1设置若干个渗流孔5-1。所述渗流板支架1-8设置渗流板支架铰接口3-3；所述变坡渗流槽1-1设置渗流槽铰接口2-2；所述渗流板支架1-8、变坡渗流槽1-1通过渗流板支架铰接口3-3与渗流槽铰接口2-2铰接连接。
29.所述集流板1-2安装于渗流板槽3-2的下方，收集透过渗流板3-1的降水，雨量计1-11 用于采集透过集流板1-2的降水流量数据，渗流污水桶1-3用于收集降水，分析降水的污
染物成分。
30.所述径流污水导流槽1-9与最接近径流流出端的渗流板槽3-2连接，用于径流污水导流；所述径流污水箱1-10，用于收集径流污水。所述数控液压千斤顶1-6设置数控液压千斤顶接口4-1；所述雨量计1-11设置雨量计接口6-1；所述计算机1-5通过数控液压千斤顶接口4-1 与数控液压千斤顶1-6连接；所述计算机1-5通过雨量计接口6-1与雨量计1-11连接。
31.计算机1-5，控制降雨模拟装置1-7，使其模拟降雨曲线符合真实的降雨曲线；控制数控液压千斤顶1-6，调整待测调整透水铺装平面的坡度，坡度的调整范围应包含待测透水铺装适用坡度的范围；能同时收集装置中所有雨量计1-11的反馈数据并生成实验数据，得到不同位置的渗流板3-1上每分钟通过待测透水铺装的渗流流量。
32.具体实施时，模拟降雨准备工作：将设计的不同重现期的暴雨曲线通过计算机1-5输入至降雨模拟装置1-7中，并将调配好的模拟雨水接入降雨模拟装置1-7中。并根据当地的雨水特征，配置含有相应污染物的溶液作为模拟雨水待用，完成模拟降雨准备工作。
33.待测透水铺装准备工作：根据透水铺装应用场景，选择具有若干渗流板槽3-2的渗流板支架1-8。本实例中使用的渗流板支架具有三个渗流板槽。将待测的透水铺装按其施工工艺预先铺设在渗流板3-1上。对准备进行铺装的地面进行取样铺设在渗流板3-1上作为对照组。根据当地的环境特征，选择相应的地面污染物作为模拟污染物布置在待测铺装和对照组铺装上，完成待测透水铺装的准备工作。
34.实验装置组装工作：如图六所示将铺设有待测的透水铺装渗流板3-1上通过渗流板卡槽 5-2和渗流板槽3-2上的渗流板支架卡槽对接安装至渗流板支架1-8上，渗流板支架1-8通过渗流板支架铰接口3-3与变坡渗流槽1-1中的渗流槽铰接口2-2进行铰接，将集流板1-2 安装至对应的渗流板槽3-2下方，下接管道与雨量计1-11连接，将雨量计1-11上的雨量计接口6-1与计算机1-5连接。将雨量计1-11的出水口与渗流污水桶1-3连接，其中渗流污水桶1-3安装至渗流污水箱1-4中，数控液压千斤顶1-6安装至千斤顶安装箱2-1中，数控液压千斤顶顶面通过千斤顶预留孔2-3对渗流板支架1-8起到支撑作用形成坡面，数控液压千斤顶1-6上的数控液压千斤顶接口4-1与计算机1-5连接，达到计算机控制实验坡面坡度的作用。以上安装过程均应使用密封胶圈进行密封，并进行密封性检验。
35.实验操作阶段：降雨模拟装置1-7按输入的降雨曲线通过其上的喷头向变坡渗流槽1-1 中的待测调整透水铺装平面喷洒雨水模拟溶液。模拟降雨历时为120分钟，数据收集历时为 240分钟。模拟降雨开始后，进入第一阶段，即径流未形成阶段，降水通过透水铺装经渗流板3-1上的渗流孔5-1被雨量计1-11量测过后流入下方的渗流污水桶1-3中。第二阶段，即径流形成阶段，降水强度增加，降水强度大于透水铺装的临界下渗能力，未下渗的降水在透水铺装地表自然汇聚形成径流，地表径流顺着实验坡面流入径流污水导流槽1-9最后流入径流污水箱1-10中。第三阶段，即径流消失阶段，在模拟降雨雨量达峰值之后，雨量减少，降水强度小于透水铺装的临界下渗能力，此时所有降水通过透水铺装经渗流板3-1上的渗流孔 5-1被雨量计1-11量测过后流入下方的渗流污水桶1-3中。其中数据收集方式采用时间步长法，即每分钟对雨量计1-11进行一次数据采集，并生成实验日志。
36.本装置主要用于研究在径流影响下透水铺装坡面下渗不均匀性能，所以主要针对第二阶段，即对径流形成阶段中同一变坡渗流槽1-1中各雨量计1-11、渗流污水桶1-3中的数据进行分析。通过比较同一时刻不同渗流板上透水铺装的渗流流量的差异性，和最后渗
流污水桶中污染物成分的差异性，得到透水铺装坡面下渗不均匀性。
37.以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。