一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置及實驗操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，包括徑流產(chǎn)生裝置、流經(jīng)裝置、收集裝置以及監(jiān)測裝置，流經(jīng)裝置中設(shè)置待分析生態(tài)植草溝。本發(fā)明提供的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置通過配置不同污染物濃度的實驗用水，產(chǎn)生不同污染物濃度的地表徑流；調(diào)節(jié)水泵產(chǎn)生不同水力負(fù)荷和流速狀態(tài)的地表徑流；通過相應(yīng)閥門控制產(chǎn)生降雨徑流、道路徑流與綠地徑流中一種或幾種徑流；對不同的待分析生態(tài)植草溝進(jìn)行定量分析；定量分析不同地表措施和不同土壤結(jié)構(gòu)的生態(tài)植草溝對雨水截留和污染物消減作用的影響程度，找到更適合于不同地表環(huán)境的生態(tài)植草溝的結(jié)構(gòu)，從而對城市雨水利用與控制城市降雨地表徑流調(diào)蓄和污染調(diào)控具有十分重要意義。本發(fā)明還提供一種實驗操作方法。
【專利說明】一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置及實驗操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市降雨徑流調(diào)蓄和污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種用于城市綠地降雨徑流和污染控制的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置與實驗操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致城市不透水面積大幅度增大，致使相同降雨條件下，洪峰提前，洪量增大，對城市排水和河道行洪構(gòu)成巨大的壓力。而在降水過程中降雨形成的徑流流經(jīng)城市地面，匯集形成的污染物通過排水系統(tǒng)直接進(jìn)入收納水體引起環(huán)境問題，城市降雨徑流不僅水量大而且水質(zhì)差，在全球范圍內(nèi)已成為城市水環(huán)境污染的關(guān)鍵因素。另外，城市水資源的短缺也已成為全球性關(guān)注的問題。城市綠地生態(tài)植草溝可以一定程度上緩減城市雨洪壓力和凈化水質(zhì)。
[0003]目前歐美國家對生態(tài)植草溝處理暴雨徑流及其污染物方面有較多的研宄，同時也有很多的設(shè)計和應(yīng)用，而國內(nèi)這方面的研宄還比較少，對于生態(tài)植草溝對城市降雨徑流的調(diào)蓄能力和對徑流污染物的削減效應(yīng)缺乏定量研宄。
[0004]本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于提供一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置及實驗方法，能夠定量分析生態(tài)植草溝的調(diào)蓄能力和對徑流污染物的削減效應(yīng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的在于提供一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，在實驗裝置中設(shè)置待分析的生態(tài)植草溝，通過模擬人工降雨、地表徑流，采集經(jīng)生態(tài)植草溝處理的土壤溶液樣品，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，因而能夠定量分析生態(tài)植草溝的調(diào)蓄能力、對徑流污染物的削減效應(yīng)以及對雨水資源利用效率。
[0006]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種使用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗方法，定量分析生態(tài)植草溝的調(diào)蓄能力、對徑流污染物的削減效應(yīng)以及對雨水資源利用效率。
[0007]調(diào)蓄能力是指生態(tài)植草溝減緩降雨徑流產(chǎn)生的時間以及減少地表徑流量的能力，通常以減緩徑流產(chǎn)生時間和減少地表凈流量來表示。
[0008]對徑流污染物的削減效應(yīng)是指生態(tài)植草溝削減降雨徑流中氮磷等污染物濃度的能力，通常以減少濃度的百分比表示。
[0009]對雨水資源利用效率是指通過利用地表設(shè)施，如本發(fā)明中的生態(tài)植草溝，增加雨水的地表下滲量，減少雨水外排量，減輕市政管道排水及雨水處理壓力，通常以單位面積雨水處理量(包括下滲量和經(jīng)過去污處理的雨水量)來表示。
[0010]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置包括徑流產(chǎn)生裝置、流經(jīng)裝置、收集裝置與監(jiān)測裝置，徑流產(chǎn)生裝置能夠模擬自然地表徑流條件，產(chǎn)生不同雨水徑流污染物濃度、水力負(fù)荷和流速狀態(tài)下的地表徑流，包括降雨徑流、道路徑流與綠地徑流；流經(jīng)裝置中設(shè)置待分析生態(tài)植草溝，收集裝置收集經(jīng)待分析生態(tài)植草溝處理的地表徑流，以便做進(jìn)一步的水質(zhì)污染物濃度分析，監(jiān)測裝置監(jiān)測土壤水分變化。
[0011]通過經(jīng)待分析生態(tài)植草溝處理后的水質(zhì)污染物濃度分析及土壤水分變化監(jiān)測，能夠定量分析不同地表措施和不同土壤結(jié)構(gòu)的生態(tài)植草溝對雨水截留和污染物消減作用的影響程度，找到更適合于不同地表環(huán)境的生態(tài)植草溝的結(jié)構(gòu)，從而對城市雨水利用與控制城市降雨地表徑流調(diào)蓄和污染調(diào)控具有十分重要意義。
[0012]本發(fā)明提供一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，生態(tài)植草溝模擬實驗裝置包括:
[0013]徑流產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生地表徑流；
[0014]流經(jīng)裝置，設(shè)置待分析生態(tài)植草溝，地表徑流流過流經(jīng)裝置；
[0015]收集裝置，用于收集地表徑流經(jīng)流經(jīng)裝置處理后的土壤溶液樣品；
[0016]監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測待分析生態(tài)植草溝的土壤水分變化，包括多個土壤水分傳感器以及與土壤水分傳感器連接的數(shù)據(jù)采集處理器；
[0017]流經(jīng)裝置與收集裝置通過管道連接，監(jiān)測裝置的土壤水分傳感器設(shè)置于待分析生態(tài)植草溝中。
[0018]進(jìn)一步地，徑流產(chǎn)生裝置包括:
[0019]水箱，用于存放產(chǎn)生地表徑流的設(shè)定污染物濃度的實驗用水；
[0020]水泵，用于根據(jù)流量數(shù)據(jù)將地表徑流調(diào)節(jié)到設(shè)定徑流流速與設(shè)定水力負(fù)荷；
[0021]流量計，用于記錄流量數(shù)據(jù)；
[0022]水箱、水泵與流量計通過管道連接。
[0023]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，通過設(shè)定不同污染物濃度的實驗用水，能夠產(chǎn)生不同雨水徑流污染物濃度的地表徑流。
[0024]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，根據(jù)流量計的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)水泵，能夠產(chǎn)生不同水力負(fù)荷和流速狀態(tài)的地表徑流。
[0025]進(jìn)一步地，徑流產(chǎn)生裝置還包括模擬降雨裝置，用于模擬降雨形成降雨徑流，模擬降雨裝置包括設(shè)置于流經(jīng)裝置上方的管道，管道設(shè)置多個花灑，模擬降雨裝置與流量計之間設(shè)置第一閥門。
[0026]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，采用模擬降雨裝置模擬降雨形成降雨徑流，并通過第一閥門控制是否產(chǎn)生降雨徑流。
[0027]進(jìn)一步地，徑流產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置于流經(jīng)裝置外側(cè)的凹槽，凹槽用于產(chǎn)生道路徑流，凹槽的外側(cè)壁的上沿高于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，凹槽與流量計之間設(shè)置第二閥門。
[0028]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，通過實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流，并通過第二閥門控制是否產(chǎn)生道路徑流。
[0029]進(jìn)一步地，流經(jīng)裝置側(cè)壁上沿設(shè)置一個或多個閘門，每個閘門處設(shè)置濾網(wǎng)，濾網(wǎng)用于產(chǎn)生綠地徑流。
[0030]本發(fā)明的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，通過實驗用水流過設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿濾網(wǎng)，形成綠地徑流，并通過閘門控制是否產(chǎn)生綠地徑流。
[0031]進(jìn)一步地，待分析生態(tài)植草溝中設(shè)置取樣管，取樣管通過管道與收集裝置連接。
[0032]本發(fā)明還提供采用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，包括以下步驟:
[0033](I)配置設(shè)定污染物濃度的實驗用水，并將實驗用水放入徑流產(chǎn)生裝置的水箱中；
[0034](2)通過調(diào)節(jié)水泵設(shè)定不同的水力負(fù)荷和流速；
[0035](3)產(chǎn)生地表徑流；
[0036](4)地表徑流流過流經(jīng)裝置中的待分析生態(tài)植草溝；
[0037](5)待分析生態(tài)植草溝處理后的地表徑流，經(jīng)取樣管匯集到收集裝置；
[0038](6)監(jiān)測待分析生態(tài)植草溝的土壤水分變化。
[0039]進(jìn)一步地，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0040](31)打開設(shè)置于模擬降雨裝置與流量計之間的第一閥門，模擬降雨裝置模擬降雨形成降雨徑流。
[0041]進(jìn)一步地，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0042](32)打開設(shè)置于凹槽與流量計之間的第二閥門，實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流。
[0043]進(jìn)一步地，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0044](33)打開設(shè)置于凹槽與流量計之間的第二閥門；
[0045](34)打開設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿的閘門，實驗用水流經(jīng)濾網(wǎng)，形成綠地徑流。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置和實驗操作方法，具有以下有益效果:
[0047](I)通過設(shè)定不同污染物濃度的實驗用水，能夠產(chǎn)生不同雨水徑流污染物濃度的地表徑流；
[0048](2)根據(jù)流量計的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)水泵，能夠產(chǎn)生不同水力負(fù)荷和流速狀態(tài)的地表徑流；
[0049](3)通過模擬降雨裝置、設(shè)置于流經(jīng)裝置外側(cè)的凹槽以及設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁上沿的濾網(wǎng)，產(chǎn)生降雨徑流、道路徑流與綠地徑流，并通過相應(yīng)閥門控制產(chǎn)生一種或幾種徑流；
[0050](4)流經(jīng)裝置中設(shè)置不同的待分析生態(tài)植草溝，能夠?qū)Σ煌拇治錾鷳B(tài)植草溝進(jìn)行定量分析；
[0051](5)徑流產(chǎn)生裝置能夠模擬自然地表徑流條件，流經(jīng)設(shè)置待分析生態(tài)植草溝的流經(jīng)裝置，收集經(jīng)待分析生態(tài)植草溝處理的地表徑流并監(jiān)測土壤水分變化，能夠定量分析不同地表措施和不同土壤結(jié)構(gòu)的生態(tài)植草溝對雨水截留和污染物消減作用的影響程度，找到更適合于不同地表環(huán)境的生態(tài)植草溝的結(jié)構(gòu)，從而對城市雨水利用與控制城市降雨地表徑流調(diào)蓄和污染調(diào)控具有十分重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]圖1是本發(fā)明的一個實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖2是圖1所示的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖3是圖1所示的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的流經(jīng)裝置的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0056]如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，包括徑流產(chǎn)生裝置、流經(jīng)裝置2、收集裝置和監(jiān)測裝置四部分。
[0057]徑流產(chǎn)生裝置包括水箱11、水泵12與流量計13。
[0058]水箱11是高度60cm、半徑為40cm的大口桶，其上設(shè)置一出水管，出水管上設(shè)置水泵12與流量計13。
[0059]通過調(diào)節(jié)水泵12來實現(xiàn)徑流量大小的調(diào)節(jié)，由流量計13記錄，徑流量的計算公式為:
[0060]Q = 0.06*R*S*T，
[0061]其中Q為設(shè)計降雨徑流量(ml/min)，R為降雨強(qiáng)度(mm/h)，S為匯水面積(m2)，T為降雨時間(h)。
[0062]徑流產(chǎn)生裝置還包括模擬降雨裝置，用于模擬降雨形成降雨徑流，模擬降雨裝置包括設(shè)置于流經(jīng)裝置上方的管道161，管道設(shè)置多個花灑162，模擬降雨裝置與流量計之間設(shè)置第一閥門163。
[0063]管道161上設(shè)置6?12個花灑162。
[0064]花灑162為4?8寸圓面直徑為0.1?0.2m，每個花灑162包括30?90個銅釘出水孔。
[0065]本實施例中管道161上設(shè)置6個8寸圓面直徑為0.2m、75個銅釘出水孔數(shù)的花灑。
[0066]本實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，采用模擬降雨裝置模擬降雨形成降雨徑流，并通過第一閥門163控制是否產(chǎn)生降雨徑流。
[0067]模擬降雨裝置還包括鋁合金支架164。
[0068]徑流產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置于流經(jīng)裝置2外側(cè)的凹槽171，凹槽171用于產(chǎn)生道路徑流，凹槽的外側(cè)壁的上沿高于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，凹槽171與流量計13之間設(shè)置第二閥門 172。
[0069]流經(jīng)裝置2兩側(cè)分別設(shè)置長度為0.03?0.05m、高度為0.04?0.08m的凹槽171。
[0070]本實施例中設(shè)置長度為0.05m、高度為0.04m的2個凹槽171。
[0071]本實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，通過實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流，并通過第二閥門172控制是否產(chǎn)生道路徑流。
[0072]流經(jīng)裝置2側(cè)壁上沿設(shè)置一個或多個閘門182，每個閘門182處設(shè)置濾網(wǎng)181，濾網(wǎng)用于產(chǎn)生綠地徑流，本實施例中設(shè)置四組閘門182與濾網(wǎng)181，流經(jīng)裝置2的每一側(cè)設(shè)置兩組。
[0073]本實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，通過實驗用水流過設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿濾網(wǎng)181，形成綠地徑流，并通過閘門182控制是否產(chǎn)生綠地徑流。
[0074]流經(jīng)裝置2外側(cè)底部設(shè)有支撐結(jié)構(gòu)。
[0075]本實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置還包括與流量計13連接的總閥門14，用于控制是否產(chǎn)生地表徑流，在其他的實施例中也可以不包括總閥門14。
[0076]本實施例的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置還包括三叉進(jìn)水管15，三叉進(jìn)水管15的進(jìn)水管與總閥門14連接。
[0077]三叉進(jìn)水管15的進(jìn)水管也可以與流量計13直接連接。
[0078]三叉進(jìn)水管15的出水管設(shè)置第一閥門163與第二閥門172，本實施例中第二閥門172為兩個，分別通過管道與流經(jīng)裝置2兩側(cè)的凹槽171連接。
[0079]流經(jīng)裝置2中設(shè)置待分析生態(tài)植草溝，流經(jīng)裝置2寬度為0.4?2.0m、長度為2.0 ?15.0m、高度為 0.5 ?0.8m。
[0080]本實施例中流經(jīng)裝置2采用0.1m厚度的PE板制作，寬度為0.4m、長度為2.0m、高度為0.8m。
[0081]如圖2所示，待分析生態(tài)植草溝中設(shè)置取樣管31，取樣管31通過管道與收集裝置34連接。
[0082]待分析生態(tài)植草溝中設(shè)置上層取樣管31、中層取樣管32與下層取樣管33，每個取樣管31、32、33上分別設(shè)置閥門311、321、331，中層取樣管32和下層取樣管33連接待分析生態(tài)植草溝的滲透管。
[0083]收集裝置34為自制雨量筒，高度為0.4?1.0m，半徑為0.2?0.4m。
[0084]如圖3所示，本實施例中的待分析生態(tài)植草溝從上到下為植被層51、種植土層52、砌塊磚層53與礫石層54 ;待分析生態(tài)植草溝還包括設(shè)置于砌塊磚層53中的第一滲水管551與設(shè)置于爍石層54中的第二滲水管552。
[0085]中層取樣管32與第一滲水管551連接，下層取樣管33與第二滲水管552連接。
[0086]第一滲水管551與第二滲水管552上設(shè)置0.002?0.005m滲水孔。
[0087]植被層51為0.1?0.25m的草坪草。
[0088]監(jiān)測裝置包括設(shè)置在待分析生態(tài)植草溝中的多個土壤水分傳感器和與土壤水分傳感器相連的數(shù)據(jù)采集處理器4，土壤水分傳感器沿待分析生態(tài)植草溝長邊一側(cè)與中層取樣管32和下層取樣管33同等高度沿長邊布置。
[0089]本實施例中設(shè)置8個土壤水分傳感器，為美國產(chǎn)EC-5 土壤水分傳感器，8個土壤水分傳感器設(shè)置在沿流經(jīng)裝置2長邊，與中層取樣管32和下層取樣管33同等高度縱向布置，數(shù)據(jù)采集處理器4選用美國產(chǎn)EM50數(shù)據(jù)采集處理器。
[0090]本發(fā)明還提供采用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，包括以下步驟:
[0091](I)配置設(shè)定污染物濃度的實驗用水，并將實驗用水放入徑流產(chǎn)生裝置的水箱11中；
[0092](2)通過調(diào)節(jié)水泵12設(shè)定不同的水力負(fù)荷和流速；
[0093](3)產(chǎn)生地表徑流；
[0094](4)地表徑流流過流經(jīng)裝置2中的待分析生態(tài)植草溝；
[0095](5)待分析生態(tài)植草溝處理后的地表徑流，經(jīng)取樣管31、32、33匯集到收集裝置34 ；
[0096](6)監(jiān)測待分析生態(tài)植草溝的土壤水分變化。
[0097]步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0098](31)打開設(shè)置于模擬降雨裝置與流量計13之間的第一閥門163，模擬降雨裝置模擬降雨形成降雨徑流。
[0099]步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0100](32)打開設(shè)置于凹槽171與流量計13之間的第二閥門172，實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流。
[0101]步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括:
[0102](33)打開設(shè)置于凹槽171與流量計13之間的第二閥門172 ;
[0103](34)打開設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿的閘門182，實驗用水流經(jīng)濾網(wǎng)181，形成綠地徑流。
[0104]在本發(fā)明的一個實施例中的采用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，包括以下步驟:
[0105]第一步，依據(jù)實驗?zāi)康?，配制不同污染物濃度的實驗用水，并將配制后的實驗用水放置于徑流產(chǎn)生裝置的水箱11中；通過調(diào)節(jié)水泵12來控制徑流流量的增減，設(shè)定不同的水力負(fù)荷和流速；
[0106]第二步，開啟徑流產(chǎn)生裝置的水泵12和第一閥門163后，實驗用水流經(jīng)模擬降雨裝置的管道161與花灑162，形成降雨徑流；
[0107]第三步，降雨徑流流入流經(jīng)裝置2 ;然后分別開啟上層取樣管31的閥門311、中層取樣管32的閥門321、下層取樣管33的閥門331，收集裝置34采集土壤溶液樣品，帶回實驗室進(jìn)行雨水污染物濃度檢測，同時利用監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集器41記錄土壤水分變化值；
[0108]第四步，將土壤水分變化值導(dǎo)入計算機(jī)系統(tǒng)，利用統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，得出土壤入滲雨量，最終獲得不同降雨類型下不同取樣點土壤滲透率和雨水污染物的各項指標(biāo)。
[0109]本實施例中通過開啟第一閥門163，形成降雨徑流，對待分析生態(tài)植草溝進(jìn)行實驗、分析。
[0110]本實施例中配制的實驗用水為:總懸浮顆粒(TSS) 200mg/L，化學(xué)需氧量(CODcr) 100mg/L，氨氮 2.0mg/L，總磷(TP) 0.6mg/L。
[0111]設(shè)定的進(jìn)水流速為1600ml/min，放水時間為30min。
[0112]采用本實施例中的實驗步驟，結(jié)果如下:經(jīng)土壤水分換算進(jìn)入土壤中的徑流量是15L，流經(jīng)裝置流過的徑流量是48L，流失的徑流量約33L，那么雨水利用率是31.3% ;同時，通過實驗室雨水污染物濃度檢測分析得到檢測的污染物濃度:總懸浮物為40mg/L、化學(xué)需氧量為30mg/L、氨氮為0.6mg/L、總磷為0.05mg/L:
[0113]去除率的計算方法為:
[0114]去除率=(設(shè)定的污染物總濃度-檢測的污染物濃度)/設(shè)定的污染物總濃度 X100%,
[0115]其中設(shè)定的污染物總濃度為配制的實驗用水的污染物濃度，檢測的污染物濃度為通過實驗室雨水污染物濃度檢測分析得到的污染物濃度。
[0116]經(jīng)計算，生態(tài)植草溝對徑流污染物去除率分別為總懸浮物為80%、化學(xué)需氧量為70%，氨氮 70%、總磷 91.7%o
[0117]在本發(fā)明的另一個實施例中的采用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，第二步與前述實施例有所不同:
[0118]第二步，打開設(shè)置于凹槽171與流量計13之間的第二閥門172，實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流。
[0119]本實施例中通過開啟第二閥門172，形成道路徑流，對待分析生態(tài)植草溝進(jìn)行實驗、分析。
[0120]采用本實施例中的實驗步驟，結(jié)果如下:經(jīng)土壤水分換算進(jìn)入土壤中的徑流量是10L，流經(jīng)裝置流過的徑流量是48L，流失的徑流量約38L，那么雨水利用率是20.8%，同時，通過室內(nèi)雨水污染物濃度檢測分析可得總懸浮物為80mg/L、化學(xué)需氧量為50mg/L、氨氮為0.8mg/L、總磷為0.lmg/L，經(jīng)計算植草溝對徑流污染物去除率分別為總懸浮物60%、化學(xué)需氧量50 %，氨氮60 %、總磷83.3 %。
[0121]在本發(fā)明的又一個實施例中的采用生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，第二步與前述實施例有所不同:
[0122]第二步，打開設(shè)置于凹槽171與流量計13之間的第二閥門172 ;打開設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿的閘門182，實驗用水流經(jīng)濾網(wǎng)181，形成綠地徑流。
[0123]本實施例中通過開啟第二閥門172與閘門182，形成綠地徑流，對待分析生態(tài)植草溝進(jìn)行實驗、分析。
[0124]采用本實施例中的實驗步驟，結(jié)果如下:經(jīng)土壤水分換算進(jìn)入土壤中的徑流量是5L，徑流流經(jīng)裝置流過的徑流量是48L，流失的徑流量約43L，那么雨水利用率是10.4%，同時，通過室內(nèi)雨水污染物濃度檢測分析可得總懸浮物為100mg/L、化學(xué)需氧量為60mg/L、氨氮為1.lmg/L、總磷為0.2mg/L，經(jīng)計算植草溝對徑流污染物去除率分別為總懸浮物50%、化學(xué)需氧量40 %，氨氮45 %、總磷66.7 %。
[0125]本發(fā)明提供的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，能夠通過控制第一閥門163、第二閥門172與閘門182，實現(xiàn)分別模擬降雨徑流、道路徑流或綠地徑流中的一種或幾種徑流，對待分析生態(tài)植草溝進(jìn)行實驗與分析。
[0126]本發(fā)明提供的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置和實驗操作方法，通過設(shè)定不同污染物濃度的實驗用水，能夠產(chǎn)生不同雨水徑流污染物濃度的地表徑流；根據(jù)流量計的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)水泵，能夠產(chǎn)生不同水力負(fù)荷和流速狀態(tài)的地表徑流；通過模擬降雨裝置、設(shè)置于流經(jīng)裝置外側(cè)的凹槽以及設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁上沿的濾網(wǎng)，產(chǎn)生降雨徑流、道路徑流與綠地徑流，并通過相應(yīng)閥門控制產(chǎn)生一種或幾種徑流；流經(jīng)裝置中設(shè)置不同的待分析生態(tài)植草溝，能夠?qū)Σ煌拇治錾鷳B(tài)植草溝進(jìn)行定量分析；徑流產(chǎn)生裝置能夠模擬自然地表徑流條件，流經(jīng)設(shè)置待分析生態(tài)植草溝的流經(jīng)裝置，收集經(jīng)待分析生態(tài)植草溝處理的地表徑流并監(jiān)測土壤水分變化，能夠定量分析不同地表措施和不同土壤結(jié)構(gòu)的生態(tài)植草溝對雨水截留和污染物消減作用的影響程度，找到更適合于不同地表環(huán)境的生態(tài)植草溝的結(jié)構(gòu)，從而對城市雨水利用與控制城市降雨地表徑流調(diào)蓄和污染調(diào)控具有十分重要意義。
[0127]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述生態(tài)植草溝模擬實驗裝置包括: 徑流產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生地表徑流； 流經(jīng)裝置，設(shè)置待分析生態(tài)植草溝，所述地表徑流流過所述流經(jīng)裝置； 收集裝置，用于收集所述地表徑流經(jīng)所述流經(jīng)裝置處理后的土壤溶液樣品； 監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所述待分析生態(tài)植草溝的土壤水分變化，包括多個土壤水分傳感器以及與所述土壤水分傳感器連接的數(shù)據(jù)采集處理器； 所述流經(jīng)裝置與所述收集裝置通過管道連接，所述監(jiān)測裝置的所述土壤水分傳感器設(shè)置于所述待分析生態(tài)植草溝中。
2.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述徑流產(chǎn)生裝置包括: 水箱，用于存放產(chǎn)生所述地表徑流的設(shè)定污染物濃度的實驗用水； 水泵，用于根據(jù)所述流量數(shù)據(jù)將所述地表徑流調(diào)節(jié)到設(shè)定徑流流速與設(shè)定水力負(fù)荷； 流量計，用于記錄流量數(shù)據(jù)； 所述的水箱、所述的水泵與所述的流量計通過管道連接。
3.如權(quán)利要求2所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述徑流產(chǎn)生裝置還包括模擬降雨裝置，用于模擬降雨形成降雨徑流，所述模擬降雨裝置包括設(shè)置于所述流經(jīng)裝置上方的管道，所述管道設(shè)置多個花灑，所述模擬降雨裝置與所述流量計之間設(shè)置第一閥門。
4.如權(quán)利要求2所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述徑流產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置于所述流經(jīng)裝置外側(cè)的凹槽，所述凹槽用于產(chǎn)生道路徑流，所述凹槽的外側(cè)壁的上沿高于所述流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，所述凹槽與所述流量計之間設(shè)置第二閥門。
5.如權(quán)利要求4所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述流經(jīng)裝置側(cè)壁上沿設(shè)置一個或多個閘門，每個所述閘門處設(shè)置濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)用于產(chǎn)生綠地徑流。
6.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置，其特征在于，所述待分析生態(tài)植草溝中設(shè)置取樣管，所述取樣管通過管道與所述收集裝置連接。
7.一種采用如權(quán)利要求1-6所述的生態(tài)植草溝模擬實驗裝置的實驗操作方法，其特征在于，所述實驗操作方法包括以下步驟: (1)配置設(shè)定污染物濃度的實驗用水，并將所述實驗用水放入徑流產(chǎn)生裝置的水箱中； (2)通過調(diào)節(jié)水泵設(shè)定不同的水力負(fù)荷和流速； (3)產(chǎn)生地表徑流； (4)所述地表徑流流過流經(jīng)裝置中的待分析生態(tài)植草溝； (5)所述待分析生態(tài)植草溝處理后的地表徑流，經(jīng)取樣管匯集到收集裝置； (6)監(jiān)測所述待分析生態(tài)植草溝的土壤水分變化。
8.如權(quán)利要求7所述的實驗操作方法，其特征在于，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括: (31)打開設(shè)置于模擬降雨裝置與流量計之間的第一閥門，所述模擬降雨裝置模擬降雨形成降雨徑流。
9.如權(quán)利要求7所述的實驗操作方法，其特征在于，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包 括: (32)打開設(shè)置于凹槽與流量計之間的第二閥門，所述實驗用水漫過流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿，形成道路徑流。
10.如權(quán)利要求7所述的實驗操作方法，其特征在于，步驟(2)產(chǎn)生地表徑流的方法包括: (33)打開設(shè)置于凹槽與流量計之間的第二閥門； (34)打開設(shè)置于流經(jīng)裝置側(cè)壁的上沿的閘門，所述實驗用水流經(jīng)濾網(wǎng)，形成綠地徑流。
【文檔編號】G01N33/24GK104483465SQ201410782139
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】闞麗艷, 車生泉, 沈子欣, 衛(wèi)宏健, 南凱凱, 遲嬌嬌 申請人:上海交通大學(xué)