[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

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程室内模型技术领域，更具体地说，是涉及一种海绵城市绿地雨水收集能力分析系统及应用该系统进行分析的分析方法。

背景技术

近年来，“海绵城市”的概念逐渐在现代城市建设和改造中推广应用，它是新一代城市雨洪管理概念，旨在使城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”。

海绵城市建设中降雨时绿地的吸渗、储蓄和净水能力是重要研究课题，传统方法一般采用现场试验的方式进行测试，具有较大工作量，费时费力，还有不可重复性。室内模型试验成为了一个新的试验方向，但目前尚未有一种有效的关于绿地雨水收集能力的测试装置和分析方法，能够对城市绿地在降雨情况下渗水、储存水能力进行精准量化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海绵城市绿地雨水收集能力分析系统及分析方法，以解决现有技术中存在的缺少能够对城市绿地在降雨情况下渗水、储存水能力进行精准量化的室内试验模型的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

本发明提供的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明海绵城市绿地雨水收集能力分析系统，结构简单，方便装卸，便于在室内内进行测试使用，减少了模拟实验的工作量，节省人力物力；同时，其能够有效模拟待测的地形环境，通过在模拟的土方内设置水分测试装置，测试不同监测点的含水率，就能够计算得到渗水速率及蒸发速率等参数，进而能够分析得到模拟绿地的渗水、储水能力，使用简便。

本发明还提供一种分析方法，基于上述的海绵城市绿地雨水收集能力分析系统实现，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，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，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。

进一步地，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。

进一步地，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：