一種降雨積水模擬系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市降雨積水模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于城市不同場景區(qū)域的降雨積水模擬系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，城市地區(qū)由于人口密集，物資和財(cái)產(chǎn)密度不斷加大等特點(diǎn)，高強(qiáng)度降雨積水形成的洪澇災(zāi)害對城市化地區(qū)產(chǎn)生的威脅和帶來的損失愈來愈大。災(zāi)害一旦發(fā)生，不僅給人們的日常生活帶來不便，破壞城市的整體建設(shè)形象，嚴(yán)重的話還可能危及人們的財(cái)產(chǎn)及安全。通過對降雨積水的分析，可以找出防汛工作中的薄弱點(diǎn)，做好預(yù)防及改進(jìn)工作，能夠及時(shí)可靠地制定城市排?勞減災(zāi)對策。
[0003]城市降雨積水，是指降雨下落城市區(qū)域形成徑流后由于地勢低洼、排水不及時(shí)等原因造成的一定徑流深度地面積水。由于城市不同于平原、山川的單一地形，城市降雨積水的分析更為復(fù)雜，也更與大眾的日常生活密切相關(guān)。
[0004]現(xiàn)有的降雨積水分析方法主要是通過軟件模型進(jìn)行評價(jià)，國內(nèi)國外的建模軟件主要有DHI公司的的MOUSE和MIKE URBAN ;美國Bentley (奔特力)公司的SewerGEMS ;美國EPA的SWMM ;英國Wallingford公司的InfoWorks CS;國內(nèi):岑國平等建立了雨水管道計(jì)算和設(shè)計(jì)模型SSCM ;周玉文建立了排水管網(wǎng)非恒定流模擬模型CSPSM ;清華大學(xué)規(guī)劃院開發(fā)的數(shù)字排水軟件DigitalWater。但是軟件建模方式進(jìn)行分析時(shí)，土壤滲透率、管道流量參數(shù)、管道沉積物對流速的影響等參數(shù)不能直接測量產(chǎn)生，而是作為常數(shù)輸入，評價(jià)結(jié)果會(huì)因常數(shù)評估誤差而受影響導(dǎo)致評估不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種分區(qū)域地形、操作簡單、實(shí)現(xiàn)容易的模擬城市降雨積水的室內(nèi)模擬系統(tǒng)及方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種降雨積水模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)包括:
[0007]蓄水裝置、控制器、噴灑裝置以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)；
[0008]所述蓄水裝置與所述噴灑裝置相連，并為所述噴灑裝置供水；
[0009]所述噴灑裝置向置于所述噴灑裝置下方的所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)噴灑水，用以模擬所述系統(tǒng)的降雨過程；
[0010]所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)劃分為設(shè)有仿土壤區(qū)域、仿路面區(qū)域以及高于仿土壤區(qū)域、所述仿路面區(qū)域的仿建筑區(qū)域；所述仿路面區(qū)域設(shè)有用以檢測所述噴灑裝置噴灑過程中的積水液位的第一液位傳感器；
[0011]所述控制器控制所述蓄水裝置蓄水開始/結(jié)束及控制所述噴灑裝置噴灑開始/結(jié)束。
[0012]優(yōu)選地，還包括:雨量筒，用以測量所述噴灑裝置噴灑過程中的噴灑量。
[0013]優(yōu)選地，所述仿路面區(qū)域上設(shè)有排水口，所述排水口上設(shè)有水篦子，所述排水口下與不同直徑的排水管道相連，用以控制排水速度。
[0014]優(yōu)選地，還包括:與所述控制器連接的定時(shí)器，用于向控制器提供預(yù)先設(shè)定所述噴灑裝置噴灑的時(shí)間。
[0015]優(yōu)選地，所述蓄水裝置包括:水箱，安裝在所述水箱上的第二液位傳感器和與所述水箱連接的水泵；
[0016]所述蓄水裝置還包括控制水箱進(jìn)水口的開關(guān)裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述開關(guān)裝置包括:總閥、電動(dòng)閥、手動(dòng)閥以及浮球閥；
[0018]所述總閥的出水口與所述電動(dòng)閥的進(jìn)水口連接，用以電動(dòng)控制所述水箱的上水；
[0019]所述手動(dòng)閥與所述電動(dòng)閥并聯(lián)，用以手動(dòng)控制所述水箱的上水；
[0020]所述浮球閥設(shè)于所述水箱的進(jìn)水口處，用以在所述水箱蓄滿水時(shí)停止上水。
[0021]優(yōu)選地，所述噴灑裝置與所述水泵通過上水管路相連，包括:
[0022]分水器、過濾器、降水管路、降雨閥以及噴頭組件；
[0023]所述分水器一端與所述上水管路相連，另一端與多路所述降水管路相連；
[0024]每個(gè)所述降水管路上設(shè)有所述過濾器、多個(gè)所述降雨閥以及與所述多個(gè)降雨閥對應(yīng)的所述噴頭組件；所述過濾器用以濾除進(jìn)入所述噴頭組件的雜質(zhì)；所述降雨閥接收所述控制器的所述第二控制信號，用以控制噴頭組件進(jìn)行噴灑的開始及結(jié)束。
[0025]優(yōu)選地，所述噴頭組件包括多個(gè)噴頭，形成所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)噴灑的全面覆蓋；每個(gè)所述噴頭由對應(yīng)的所述降雨閥控制。
[0026]優(yōu)選地，所述上水管路上設(shè)有遠(yuǎn)傳壓力表，用以測量所述噴灑裝置上水壓力。
[0027]本發(fā)明還提供了一種降雨積水模擬方法，采用所述的降雨積水模擬系統(tǒng)模擬城市降雨積水。
[0028]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供的降雨積水模擬系統(tǒng)及方法能夠模擬城市地區(qū)不同地形區(qū)域即綠化區(qū)、路面及建筑區(qū)地面，在不同參數(shù)、不同地下排水管線分布影響下的積水情況。通過改變模擬過程中對各管道壓力、降雨量、降雨強(qiáng)度以及排水流量等參數(shù)，并根據(jù)各參數(shù)改變對本模擬系統(tǒng)過程中積水深度的影響，可以為城市制定防汛減災(zāi)對策和措置，指導(dǎo)日常防汛工作提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的降雨積水模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:1:總閥；2:手動(dòng)閥；3:常閉電動(dòng)閥；4:浮球閥；5:水箱；6:水泵；7:第二液位傳感器；8:排水閥；9:遠(yuǎn)傳壓力表；10:上水管路；11:分水器；12:過濾器；13:降水管路；14:降雨閥及噴頭；15:第一液位傳感器；16:排水口 ；17:排水管道出口。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的降雨積水模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]該模擬系統(tǒng)包括:蓄水裝置、控制器、噴灑裝置以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)；蓄水裝置與噴灑裝置相連，并為噴灑裝置供水；噴灑裝置向置于噴灑裝置下方的實(shí)驗(yàn)臺(tái)噴灑水，用以模擬系統(tǒng)的降雨過程；實(shí)驗(yàn)臺(tái)劃分為設(shè)有仿土壤區(qū)域、仿路面區(qū)域以及高于仿土壤區(qū)域、仿路面區(qū)域的仿建筑區(qū)域；仿路面區(qū)域設(shè)有用以檢測噴灑裝置噴灑過程中的積水液位的第一液位傳感器；控制器控制蓄水裝置蓄水開始/結(jié)束及控制噴灑裝置噴灑開始/結(jié)束。
[0034]其中，仿土壤區(qū)域表面由土壤填起并種植草皮，用來模擬城市環(huán)境中的綠化區(qū)域降水積水情況。仿路面區(qū)域表面設(shè)置的是防水滲透的材料，用來模擬城市環(huán)境中的硬化路面區(qū)域降水積水情況。仿建筑區(qū)域表面與仿路面區(qū)域表面相同設(shè)置的是防水滲透材料，用來模擬城市環(huán)境中的建筑區(qū)域；并且仿建筑區(qū)域在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上高于仿土壤區(qū)域及仿路面區(qū)域，這樣的設(shè)計(jì)考慮是由于現(xiàn)實(shí)城市環(huán)境中建筑區(qū)明顯高于路面，建筑區(qū)的降水最終同樣流向地勢較低的硬化路面區(qū)域。同時(shí)，仿路面區(qū)域及仿建筑區(qū)域的高度支撐為可調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)際需要調(diào)節(jié)幾個(gè)區(qū)域之間的落差高度以及仿路面區(qū)域坡度，滿足坡度路面匯流面積與排水情況的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。測量積水量時(shí)仿土壤區(qū)域的積水直接滲透通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部的總排水管道出口流出，仿建筑區(qū)域的積水流入仿路面區(qū)域，因此只測量仿路面區(qū)域的積水量就是系統(tǒng)的積水量。通過仿路面區(qū)域第一液位傳感器15的液位測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)的積水量，再改變系統(tǒng)中其他參量即可得到積水量與各參量之間的變化關(guān)系，進(jìn)而為現(xiàn)實(shí)城市降雨積水過程中提供一定的可考參量。
[0035]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬系統(tǒng)還包括:位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的雨量筒18，用以測量噴灑裝置噴灑過程中的噴灑量，即測量系統(tǒng)整個(gè)模擬過程中總的降雨量。
[0036]進(jìn)一步地，仿路面區(qū)域上設(shè)有排水口 16，排水口 16上設(shè)有水篦子，排水口 16下與不同直徑的排水管道相連，用以控制排水速度。其中，水篦子的開口面積可調(diào)，間接的對排水速度產(chǎn)生一定的影響，開口越大通過排水口 16的流速越大，開口越小則相反。同時(shí)排水口 16下部通過排水管道與實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部總排水管道出口相連，通過改變排水管道的管徑大小來控制排水的流速，進(jìn)而模擬地下管道分布情況對積水量的影響。
[0037]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬系統(tǒng)還包括:與控制器連接的定時(shí)器，用以預(yù)先設(shè)定噴灑裝置噴灑的時(shí)間及整個(gè)模擬過程的總時(shí)長，整個(gè)模擬過程的總雨量與總時(shí)長的比值為整個(gè)模擬過程的平均降雨強(qiáng)度。
[0038]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的蓄水裝置包括:水箱5，安裝在水箱5上的第二液位傳感器7，與水箱5連接的水泵6以及控制水箱5進(jìn)水口進(jìn)水的開關(guān)裝置；開關(guān)裝置包括:總閥1、常閉電動(dòng)閥3、手動(dòng)閥2以及浮球閥4。其中，總閥I的出水口與常閉電動(dòng)