[发明专利]海绵城市绿地雨水收集能力分析系统及分析方法

权利要求书

1.海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，其特征在于：包括用于模拟降雨的降雨模拟装置、设于所述降雨模拟装置下方的雨水收集模型箱、设于所述雨水收集模型箱内的土方、设于所述雨水收集模型箱侧面且用于收集从所述土方上表面流出的水的排水收集装置、覆盖于所述土方上表面的模拟草坪及位于所述土方内且用于在多个监测点监测所述土方的含水率的水分测试装置。

2.如权利要求1所述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，其特征在于：所述排水收集装置包括设于所述雨水收集模型箱上且与所述模拟草坪的边缘高度一致的排水孔及用于承接所述排水孔排出的水的收集筒。

3.如权利要求1所述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，其特征在于：所述降雨模拟装置包括储水结构、与所述储水结构连接的降雨管道以及沿所述降雨管道轴向依次设于所述降雨管道上的流量调节阀、流量计和喷头，所述喷头位于所述雨水收集模型箱的正上方。

4.如权利要求1所述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，其特征在于：所述模拟草坪包括至少一层覆盖所述土方上表面的无纺布层。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，其特征在于：所述水分测试装置包括多个沿平行于所述土方上表面的方向分布的水分传感器探头组及数据处理结构，每个所述水分传感器探头组均包括多个沿垂直于所述雨水收集模型箱底面的方向分布的传感器探头，所述监测点与所述传感器探头一一对应。

6.分析方法，基于如权利要求1-5中任意一项所述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统实现，其特征在于，包括如下步骤：

根据实际待模拟区域的地形及土壤情况配置试验用的所述土方，并将所述土方填入所述雨水收集模型箱内；

在所述土方内布设所述水分测试装置；

在所述土方上表面铺设所述模拟草坪；

通过所述降雨模拟装置进行模拟降雨，并通过所述水分测试装置监测各个所述监测点的土方含水率的变化及土方总体渗水率的变化，直至所述土方全部饱和，根据土方含水率变化计算渗水速率，并判定所述土方的渗水能力；

停止模拟降雨，实时监测在自然蒸发状态下各个所述监测点的土方含水率变化及土方总体含水率的变化，根据土方含水率变化计算蒸发速率，并判定所述土方的储水能力。

7.如权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述根据含水率变化计算渗水速率包括：

根据达到饱和状态后的降水总量、达到饱和状态后的排水总量及达到饱和状态所用的时间计算土方总体渗水速率，关系式为：

其中，Q_降为达到饱和状态后的降水总量；Q_排为达到饱和状态后的排水总量，即达到饱和状态后从所述土方上表面流出的水的总量；ρ_水为降水用水的密度；T为降雨达到饱和状态所用的时间；v_总渗为降雨达到饱和状态所用时间T内土方总体渗水速率。

8.如权利要求6或7所述的分析方法，其特征在于，所述根据含水率变化计算渗水速率包括：

根据单个监测点降雨达到饱和过程中的两个时刻的含水率计算该监测点对应的土方区域在所述两个时刻之间的局部渗水速率，关系式为：

其中，V为单个监测点所对应的土方的体积；ω₁为单个监测点在t₁时刻的含水率；ω₂为单个监测点在t₂时刻的含水率；ρ_d为所述土方的干密度；v_局渗为该监测点对应的土方区域的局部渗水速率。

9.如权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述根据含水率变化计算蒸发速率包括：

根据降雨停止时土方的总质量、蒸发时间及蒸发后土方总质量计算在所述蒸发时间的时间段内土方总体蒸发速率，关系式为：

其中，m₁为降雨停止时的土方总质量，m₂为经过一段时间的蒸发后土方的总质量，T₁为土方总质量由m₁蒸发变为m₂所用的时间；v_总蒸为T₁时间内土方总体蒸发速率。

10.如权利要求6或9所述的分析方法，其特征在于，所述根据含水率变化计算蒸发速率包括：

根据单个监测点在蒸发的过程中的两个蒸发时刻的含水率计算该监测点对应的土方区域在所述两个蒸发时刻之间的局部蒸发速率，关系式为：

其中V₁为单个监测点所对应的土方的体积；ω₃为单个监测点在t₃时刻的含水率；ω₄为单个监测点在t₄时刻的含水率；ρ_d为所述土方的干密度；v_局蒸为该监测点对应的土方区域的局部渗水速率。