多层组合型海绵城市实验模拟装置的制作方法

本实用新型涉及海绵城市实验
技术领域：
，具体地涉及多层组合型海绵城市实验模拟装置。
背景技术：
：在气候变化和城市化的双重驱动下，全球和区域水文循环特征发生显著变化，城市水问题日趋严峻和复杂。其中，是城市化引起的一系列城市水文效应给城市生产生活带来的负面影响，本质上是城市水循环过程受到人类活动严重干扰的结果。在此背景下，发达国家较早地提出了一系列针对该问题的理念，如美国1970年代率先提出最佳管理措施(bestmanagementpractices，bmp)，随后又提出低影响开发理念(lowimpactdevelopment，lid)；英国结合自身实际提出了可持续性城市排水系统(sustainableurbandrainagesystem，suds)；澳大利亚一场以土地和水综合管理理念的趋势及国际化运动催生了水敏性城市设计理念(watersensitiveurbandesign，wsud)；此后，新西兰和新加坡又分别提出了低影响城市设计与开发理念(lowimpactonurbandesignanddevelopment，liudd)和abc计划(active,beautifulandcleanplan)；随着中国城市化进程的深入，中国于2013年正式提出了“海绵城市”理念(spongecity)。类似海绵城市理念强调“自然积存，自然渗透，自然净化”一样，上述城市雨洪管理理念均遵循自然、生态、绿色和可持续的原则，在此基础上，在城市雨洪设施建设中尽量采用绿色基础设施也是其要点之一。在海绵城市中大理使用绿色基础设施涉及两个重要问题：一是如何合理设计海绵城市设施的各项参数，使其蓄滞雨水的功能达到最优；二是如何评估不同海绵城市设施实施的效果。为了实现上述目的，目前许多研究通常采用的方法是进行现场实验，例如建设一个实体的小型城市绿色基础设施，并结合实际降雨径流过程进行长期观测，但这类实验方法和设施都具有以下缺陷：1、时间长，且降雨不确定性大，难以获得多种类型的降雨径流过程；2、成本高，一次性固定投资大，一旦投资建设，即很难再改动实验条件；3、适用性差，一个实验场地只能进行一类模拟实验；4、作业环境差，实验人员必需在野外露天环境下从事实验数据监测工作。技术实现要素：缩短实验时间短，控制降雨类型，降低获得多种类型降雨径流过程的难度；降低建设投资成本，使装置可灵活组合；提升适用性，实现一个装置完成多种模拟实验；优化作业环境，让实验人员无需在野外露天环境下从事实验数据监测工作。为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：一种多层组合型海绵城市实验模拟装置，包含多个填料层、储水层、综合控制系统、流量监测仪、容量计量仪、电子探头，；所述储水层和填料层为上端开口的盒状容器；多个填料层在竖直方向上叠放在一起；在相邻填料层之间，上层填料层下端放置于下层填料层上端开口处，最下层的填料层的下端放置于储水层的上端开口处；每个填料层的底部均为透水底板；每个填料层中埋设有所述电子探头；最上层填料层的侧壁设有与最上层填料层内部连通的溢流槽；所述溢流槽中安装有所述流量监测仪，溢流槽的一端安装有容量计量仪；所述储水层的侧壁设有与所述储水层内部连通的排水导管；所述排水导管中安装有流量监测仪，排水导管的一端安装有容量计量仪；储水层的底部为不透水底板；储水层的底部外侧设有用于调节多层组合型海绵城市实验模拟装置的坡度调节装置；所述综合控制系统与每个流量监测仪、每个容量计量仪和每个电子探头都电信号连接。优选地，还包含一个用于模拟降雨的人工降雨发生器；所述人工降雨发生器设置于所述最上层填料层的上方；人工降雨发生器与所述综合控制系统电信号连接。优选地，在相邻填料层之间，所述上层填料层的下端的形状与所述下层填料层上端开口的形状相对应；上层填料层的下端与下层填料层的上端开口插接在一起；上层填料层的下端与下层填料层的上端开口之间设有止口。优选地，所述最下层的填料层的下端形状与所述储水层的上端开口形状相对应；最下层的填料层的下端与储水层的上端开口插接在一起；最下层的填料层的下端与储水层的上端开口之间设有止口。优选地，所述坡度调节装置为多个分散布置在储水层底面的电子液压装置。优选地，所述储水层的底部安装有多个用于支撑多层组合型海绵城市实验模拟装置的底桩。本实用新型与现有技术对比，具有以下优点：1、实验时间短，且可以控制降雨类型，易于获得多种类型降雨径流过程；2、成本低，一次性固定投资小，可以反复重复使用，且由于采用组合式结构，适于灵活调整实验条件和方案；3、适用性好，一个实验装置可实现多种模拟实验；4、作业环境舒适，可以在室内进行实验，实验人员无需在野外露天环境下从事实验数据监测工作。附图说明图1为海绵城市中生物滞留池的层次示意图；图2为本实用新型多层组合型海绵城市实验模拟装置的总体结构示意图；图3为本实用新型多层组合型海绵城市实验模拟装置的储水层的仰视图；图中标号如下：1.填料层，2.储水层，3.综合控制系统，4.人工降雨发生器，5.溢流槽，6.排水导管，7.流量监测仪，8.容量计量仪，9.电子探头，10.底桩，11.电子液压装置。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本具体实施例为使用本实用新型进行对海绵城市中生物滞留池的降水下渗过程进行模拟和数据采集。如图1所示，为一种典型的海绵城市所常见的生物滞留池。从水文循环的角度看，绿色基础设施相比于硬化地表的显著特点是增加了蒸发量、填洼量和下渗量，而减少了地表径流量，因此在宏观上将增加对雨水的蓄滞量和蓄滞时间，使得区域的水文过程更加接近于自然状态。作为典型海绵城市绿色基础设施，生物滞留池的表层一般是植物，而下部则通常包含由土壤、人工填料、砂砾、碎石和排水导管6。因此，其主要水文过程是，降水或外部水流在进入植物及其表层后，扣除蒸发和填洼后，一部分形成地表径流，另一部分在重力作用下逐步下渗并最终由排水导管6排出，其中，最重要过程是水流在重力作用下分别在不同的填料层1下渗的过程，可将其概化成是一个不饱和非均质土壤的下渗过程。对图1进行抽象化分析，采用分层概化的方法对绿色基础设施非均质填料层1进行抽象，其中同一填料层1其基本性质和主要性能相同，不同绿色基础设施间的差异主要在于填料层1的层数或性能不同。如表1所示，即为一种常见绿色基础设施的概化方法。因此，根据实际情况，通过对填料层1的层数和性能参数的合理设置即可对不同绿色基础设施水文过程进行模拟。表1.常见绿色基础设施的概化方法示意表绿色基础设施地表层填料层1储水层2排水导管6生物滞留池√√√√雨水花园√√√绿色屋顶√√√透水铺装√√√√植草沟√如图2所示，一种多层组合型海绵城市实验模拟装置，包含1个地表层，3个填料层1、1个储水层2、1个综合控制系统3、2个流量监测仪7、2个容量计量仪8和5个电子探头9。本实施例中的由最上层填料层1作为地表层；地表层、储水层2和填料层1为上端开口的方形盒状容器；地表层、填料层1在竖直方向上叠放在一起；在相邻填料层1之间，上层填料层1下端放置于下层填料层1上端开口处，最下层的填料层1的下端放置于储水层2的上端开口处；每个填料层1的底部均为透水底板；在本实施例中，采用土工布作为透水底板；每个填料层1中埋设有电子探头9；地表层的侧壁设有与地表层内部连通的溢流槽5，用于地表径流的漫溢，注意应使溢流槽5朝向坡度较低的方向；溢流槽5中安装有流量监测仪7，溢流槽5的一端安装有容量计量仪8。地表层中的流量监测仪7用来对地表层中产生的地表径流流量进行实时监测，监测的时间步长与降雨的时间步长相同；地表层中的容量计量仪8用来对实验模拟时长内的全部地表溢流总量进行统计；地表层中的电子探头9用来实时探测地表层中的下渗率、含水率和孔隙率，监测时间步长与降雨时间步长相同。地表层中填充突然，并且种植有绿色植物。需要注意的是，土壤的表面高程不能超过溢流槽5底部高程；地表层的植物可以事先种植，或者从具备相应条件处进行移栽。在相邻填料层1之间，上层填料层1的下端的形状与下层填料层1上端开口的形状相对应；上层填料层1的下端与下层填料层1的上端开口插接在一起；上层填料层1的下端与下层填料层1的上端开口之间设有止口。最下层的填料层1的下端形状与储水层2的上端开口形状相对应；最下层的填料层1的下端与储水层2的上端开口插接在一起；最下层的填料层1的下端与储水层2的上端开口之间设有止口。填料层1中的电子探头9用来实时探测填料层1中的下渗率、含水率和孔隙率，监测时间步长与降雨时间步长相同。本实施例中，在一层填料层1中只能填充同一种材料，3层填料层1中的材料自上而下为依次为砂砾、砾石和鹅卵石。储水层2的侧壁设有与储水层2内部连通的排水导管6；排水导管6中安装有流量监测仪7，排水导管6的一端安装有容量计量仪8；储水层2的底部为不透水底板；储水层2中安装有电子探头9；储水层2的底部外侧设有用于调节多层组合型海绵城市实验模拟装置的坡度调节装置；储水层2中填充的材料为人工碎石。如图3所示，本实施例中的坡度调节装置为2个沿储水层2底部外侧中轴线均匀布置的电子液压装置11；电子液压装置11与综合控制系统3电信号连接，通过在综合控制系统3中设置相应的角桩高度的控制，来实现对实验模拟坡向、坡度的调节。储水层2中的流量监测仪7用来对储水层2中排出的流量进行实时监测，监测的时间步长与降雨的时间步长相同；储水层2中的容量计量仪8用来对实验模拟时长内的全部地表溢流总量进行统计；储水层2中的电子探头9用来实时探测储水层2中的下渗率、含水率和孔隙率，监测时间步长与降雨时间步长相同。综合控制系统3为一台pc主机，与每个流量监测仪7、每个容量计量仪8和每个电子探头9都电信号连接，接收流量监测仪7、容量计量仪8和电子探头9采集到的数据。综合控制系统3对采集到的数据进行在线分析，出具分析报告。本具体实施例还包含一个用于模拟降雨的人工降雨发生器4；人工降雨发生器4设置于地表层的上方；人工降雨发生器4与综合控制系统3电信号连接，可以根据综合控制系统3输入的控制指令产生不同降雨强度、不同降雨历时、不同降雨雨型的降雨。储水层2的底部4个角上安装有4个用于支撑多层组合型海绵城市实验模拟装置的底桩10。在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本实用新型，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页12