專利名稱：雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水文檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置，本 發(fā)明還涉及一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，合理、有效的城市雨洪管理越來越受到人們的重視。 在城市雨洪資源管理的措施中，雨水花園不但可以攔蓄雨水、消減洪峰，還可以通過土壤過 濾與吸附、植物吸收、微生物反應(yīng)等作用凈化水質(zhì)并直接將雨水補(bǔ)充地下水，因此雨水花園 成為城市雨洪資源管理中的最佳管理措施(BMPs)之一，應(yīng)用日益廣泛。雨水花園最重要的組成部分就是填料。首先，填料是雨水花園植物的載體，為植物 提供水分和養(yǎng)分；其次，填料對(duì)雨水存在過濾和吸附作用，雨洪攔蓄和水質(zhì)處理與填料的水 力特性有密切的關(guān)系；再次，土壤中的微生物對(duì)雨水的處理與雨水流過填料的時(shí)間關(guān)系密 切。故填料選擇至關(guān)重要，尤其是填料的水力特性，更是直接影響雨水花園的處理效果。如 果填料的水力傳導(dǎo)度過高，即填料的粗顆粒含量較多，不利于植物生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分的涵養(yǎng)； 如果過低，雨水入滲速度較慢，降雨較大時(shí)雨水直接流走，既消減了雨水花園的攔蓄作用， 又影響了雨水的處理效果，所以要綜合考慮來確定填料的水力特性。目前的填料厚度配比選擇主要依靠經(jīng)驗(yàn)確定，選擇不同種類、不同比例的填料后， 通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)其效果，并沒有從理論上給予定量研究；同時(shí)，構(gòu)建物理模型或進(jìn)行田間試 驗(yàn)花費(fèi)巨大，耗時(shí)較長(zhǎng)，一旦失敗損失較大。因此，如何在室內(nèi)條件下對(duì)填料的水力特性進(jìn) 行定量測(cè)試，如何對(duì)某種組合搭配的填料進(jìn)行評(píng)估并對(duì)雨水花園的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，成 為必須要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè) 試不同級(jí)配、不同比例、分層堆放的填料的整體水力特性中的滲透系數(shù)，為雨水花園填料的 選擇提供定量化的技術(shù)支持。本發(fā)明的另一目的是，提供一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置，包括容器，容 器的上蓋上聯(lián)通有進(jìn)水閥和排氣閥，容器的下蓋為透水板，透水板上安置有填料，填料的上 表面設(shè)置有透水活塞，透水活塞與上蓋之間為儲(chǔ)水腔，透水活塞通過連桿伸出上蓋后與配 重連接；透水板的下端與收集器連接，收集器設(shè)置有排水管和出水閥；在容器的側(cè)壁設(shè)置 有多個(gè)測(cè)壓管，在收集器的側(cè)壁設(shè)置有另外的測(cè)壓管。本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試方法，該方法 依賴一裝置，該裝置結(jié)構(gòu)是，包括容器，容器的上蓋上聯(lián)通有進(jìn)水閥和排氣閥，容器的下蓋 為透水板，透水板上安置有填料，填料的上表面設(shè)置有透水活塞，透水活塞與上蓋之間為儲(chǔ) 水腔，透水活塞通過連桿伸出上蓋后與配重連接；透水板的下端與收集器連接，收集器設(shè)置有排水管和出水閥；在容器的側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)測(cè)壓管，在收集器的側(cè)壁設(shè)置有另外的測(cè)壓 管，本方法利用上述裝置，先按照預(yù)定的填料方案厚度比例將填料裝入容器中，將容 器的進(jìn)水閥與高處位置的馬氏瓶連接起來，將收集器的出水閥與低處位置的馬氏瓶連接起 來，并確保兩者距離在實(shí)驗(yàn)過程中保持不變，密封好容器，再按照以下步驟實(shí)施，步驟1、測(cè)量通過填料的水流流量Q 先從出水閥向上給容器供水，水位增高透過 透水板并溢過透水活塞，直到充滿儲(chǔ)水腔，排氣閥排走容器內(nèi)的所有空氣出水為止；然后從 上端的進(jìn)水閥往容器內(nèi)儲(chǔ)水腔中注水，向下依次流經(jīng)透水活塞、填料、透水板后再從出水閥 流出，待出水閥流出的水流穩(wěn)定后，測(cè)定出水閥在一段時(shí)間內(nèi)流入低位置的馬氏瓶總水量， 即為流經(jīng)填料的水流流量Q;同時(shí)，通過多個(gè)測(cè)壓管K1、K2、K3、K4、K5，分別得到裝置內(nèi)部各 個(gè)高度的水頭數(shù)據(jù)，得出流經(jīng)填料的水力梯度J，填料的橫截面積是A ；步驟2、采集模擬不同埋深的水流流量數(shù)據(jù)分別改變透水活塞上配重的重力值， 用來改變施加在填料上的壓力，模擬得到不同埋深下填料的水流流量Q，此時(shí)保持水力梯度 J和填料的橫截面積A不變；步驟3、應(yīng)用達(dá)西定律，選用上步模擬不同埋深時(shí)得到的各組數(shù)值，利用公式 Q
分別計(jì)算得到填料不同埋深的滲透系數(shù)Ks。本發(fā)明的有益效果是，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方式，相對(duì)于構(gòu)建物理模型和進(jìn)行田間試 驗(yàn)，簡(jiǎn)單易行、花費(fèi)較低、耗時(shí)較少；能夠根據(jù)雨水花園的設(shè)計(jì)需求隨時(shí)改變實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)試 不同級(jí)配、不同質(zhì)地的填料的滲透系數(shù)；還能夠模擬不同埋深時(shí)，即重壓作用下填料的滲透 系數(shù)變化情況，模擬較大埋深對(duì)填料的影響，更加貼近實(shí)際情況。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.容器，2.上蓋，3.連桿，4.收集器，5.排水管，6.出水閥，7.透水板，8.填 料，9.透水活塞，10.儲(chǔ)水腔，11.進(jìn)水閥，12.配重，13.排氣閥，另外，K1、K2、K3、K4、K5依
次為不同高度的測(cè)壓管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)是，包括一個(gè)圓柱形的容器1，容器1的上蓋2上聯(lián)通有 進(jìn)水閥11和排氣閥13，容器1的下蓋為透水板7，透水板7上安置有填料8，填料8的上表 面設(shè)置有透水活塞9，透水活塞9與上蓋2之間為儲(chǔ)水腔10，透水活塞9通過連桿3伸出上 蓋2后與配重12連接；透水板7的下端與收集器4連接，收集器4設(shè)置有排水管5和出水 閥6 ；在容器1的側(cè)壁設(shè)置有四個(gè)測(cè)壓管(Κ1、Κ2、Κ3、Κ4)，其中測(cè)壓管(K1、D)設(shè)置在透水 活塞9之上儲(chǔ)水腔10的不同高度位置；測(cè)壓管(K3、K4)設(shè)置在透水活塞9之下的填料8的 不同高度位置，在收集器4的側(cè)壁設(shè)置有一個(gè)測(cè)壓管Κ5。透水活塞9上開有密布的通孔，以便水能夠從儲(chǔ)水腔10自然進(jìn)入填料8中。容器 1的材料選用透明材料(有機(jī)玻璃)，便于觀察。
本發(fā)明的方法是，利用上述裝置，按照以下步驟實(shí)施準(zhǔn)備工作，按照預(yù)定的填料方案厚度比例將填料裝入容器1中，例如填料8的各層 厚度從下到上依次為礫石10cm、粗砂10cm、細(xì)沙10cm、壤土 10cm，將容器1的進(jìn)水閥11與 高處位置的馬氏瓶連接起來，將收集器4的出水閥6與低處位置的馬氏瓶連接起來，(兩個(gè) 馬氏瓶之間的垂直距離大于填料最大埋深)，并確保兩者距離在實(shí)驗(yàn)過程中保持不變，兩個(gè) 馬氏瓶的位置不需要與進(jìn)出水閥的位置相等，只要保證兩個(gè)馬氏瓶之間的垂直距離即可， 密封好容器1 ；步驟1、測(cè)量通過填料的水流流量Q先從下端的出水閥6向上給容器1供水，水位增高透過透水板7并溢過透水活塞 9，直到充滿儲(chǔ)水腔10，排氣閥13排走容器1內(nèi)的所有空氣出水為止；然后從上端的進(jìn)水 閥11往容器1內(nèi)儲(chǔ)水腔10中注水，向下依次流經(jīng)透水活塞9、填料8、透水板7后再從出水 閥6流出，待出水閥6流出的水流穩(wěn)定后，測(cè)定出水閥6的水流流量，即測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流 入低位置的馬氏瓶總水量，即為流經(jīng)填料8的水流流量Q ；應(yīng)持續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間至滲透系數(shù) Ks保持相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)滲透系數(shù)Ks即為所測(cè)的穩(wěn)定測(cè)量數(shù)值；同時(shí)，通過多個(gè)測(cè)壓管K1、 K2、K3、K4、K5，分別得到裝置內(nèi)部各個(gè)高度的水頭數(shù)據(jù)，得出流經(jīng)填料8的水力梯度J，填料 8的橫截面積是Α。步驟2、采集模擬不同埋深的水流流量數(shù)據(jù)分別改變透水活塞9上的配重12的重力值，用來改變施加在填料8上的壓力，模 擬得到不同埋深下填料8的水流流量Q，此時(shí)保持水力梯度J和填料的橫截面積A不變；步驟3、應(yīng)用達(dá)西定律(Darcy-Law)，分別選用上步模擬不同埋深時(shí)得到的各組數(shù) 值，計(jì)算得到填料8的不同埋深的滲透系數(shù)Ks，達(dá)西定律為Q= Ks*A*J 變形為
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)不同匯流面積的雨水采集裝置，其特征在于包括降雨徑流采集管道(1) 和多個(gè)采集器O)，降雨徑流采集管道(1)由豎直段和水平段兩段聯(lián)通而成，豎直段的降雨 徑流采集管道(1)上端與面積采集盤C3)聯(lián)通，水平段的降雨徑流采集管道(1)同時(shí)等間 距的與每個(gè)采集器( 依次聯(lián)通。
2.一種針對(duì)不同匯流面積的雨水采集方法，其特征在于該方法采用了一種基于降雨 全過程的雨水采集裝置，該裝置結(jié)構(gòu)是，包括降雨徑流采集管道(1)和多個(gè)采集器O)，降 雨徑流采集管道(1)由豎直段和水平段兩段聯(lián)通而成，豎直段的降雨徑流采集管道(1)上 端與面積采集盤C3)聯(lián)通，水平段的降雨徑流采集管道(1)同時(shí)與每個(gè)采集器( 依次聯(lián) 通，利用上述的裝置，按照以下步驟實(shí)施步驟1、根據(jù)實(shí)施地區(qū)多年的降雨資料，確定出平均單次降雨量和最大降雨量，然后按 照平均單次降雨量設(shè)定采集器O)的個(gè)數(shù)及單個(gè)容器采集雨量深度，按照最大降雨量來設(shè) 置所有采集器O)的總雨量深度；步驟2、徑流采集器O)的容積按照降雨深度mm數(shù)設(shè)置，初期徑流按照2mm雨量依次 間隔設(shè)置，一直設(shè)置到20mm，即采集器No. 1采集的是降雨產(chǎn)生徑流最初0_2mm徑流量，采集 器No. 2采集的是降雨產(chǎn)生徑流4mm之前的量，采集器No. 3采集的是降雨產(chǎn)生徑流6mm之 前的量，依次類推，至采集器No. 10徑流總量為20mm ；之后按照5mm徑流作為遞增單位量繼 續(xù)編號(hào)，直至全部徑流采集器( 設(shè)置完成；步驟3、在實(shí)施地區(qū)，將水平段的降雨徑流采集管道(1)依次與每個(gè)采集器( 聯(lián)通，將 豎直段的降雨徑流采集管道(1)與面積采集盤C3)連接，進(jìn)行雨水采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雨水采集方法，其特征在于，所述的步驟3中的面積采集盤 (3)的面積大小確定方法是3. 1)首先按照1平方米、5平方米、10平方米試取三個(gè)采樣面積，采用上述雨水采集裝 置進(jìn)行采樣，同步在每個(gè)容器沒灌滿之前取整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)徑流水樣作為實(shí)際水樣；3. 2)對(duì)上步得到的四組對(duì)應(yīng)的水樣水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，代表性采樣匯流 面積系統(tǒng)的水質(zhì)總是與實(shí)際最為一致，尋找能夠滿足要求的面積最小的一個(gè)采樣面積；3. 3)如果四組結(jié)果都一致，表明最小的1平方米采樣面積就足以作為實(shí)驗(yàn)采樣面積來 進(jìn)行降雨分析，則選取1平方米采樣面積；如果三組結(jié)果與實(shí)際都有較明顯差異，表明10平方米的采樣面積還不足以代表實(shí)際， 則需要增加面積，再加設(shè)20平方米、40平方米采樣面積做同樣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，直至找到 不發(fā)生明顯偏差的最小面積；3.4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理出不同地表應(yīng)該選取的采樣面積值，即面積采集盤(3)的面積值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置，包括容器，容器的上蓋上聯(lián)通有進(jìn)水閥和排氣閥，容器的下蓋為透水板，透水板上安置有填料，填料的上表面設(shè)置有透水活塞，透水活塞與上蓋之間為儲(chǔ)水腔，透水活塞通過連桿伸出上蓋后與配重連接；透水板的下端與收集器連接，收集器設(shè)置有排水管和出水閥；在容器的側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)測(cè)壓管，在收集器的側(cè)壁設(shè)置有另外的測(cè)壓管。本發(fā)明還公開了利用上述雨水花園填料滲透系數(shù)的測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試的方法。本發(fā)明的裝置及方法能夠很好的測(cè)試不同級(jí)配、不同質(zhì)地、不同埋深的填料的滲透參數(shù)，效果好，簡(jiǎn)便易行。
文檔編號(hào)G01N1/20GK102141503SQ20111000151
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉文龍, 唐雙成, 潘延鑫, 田露, 羅紈, 袁黃春, 賈忠華, 陳遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)