一种模拟不同气象条件下生物滞留池水分蒸发的试验装置的制作方法

本发明涉及海绵城市建设技术领域，具体涉及一种模拟不同气象条件下生物滞留池水分蒸发的试验装置。

背景技术：

随着城市化进程加快，由雨水引发的城市水质恶化、洪涝灾害等问题日益凸显。城市化进程的显著标志是以区域不透水面积的急剧增加及土地的密集使用为代表的区域下垫面条件的变化，这种变化改变了天然状态下的水文循环机制，进而对城市生态环境产生恶劣的影响，如河道生物退化、物种减少、河道侵蚀等。我国90％以上城市水体污染严重，很多城市水体有黑臭或水华现象发生，严重影响社会经济可持续发展。

海绵城市建设模式可以有效解决以上存在的问题。海绵城市是指采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，充分发挥建筑、绿地和水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。生物滞留池技术是目前比较流行的海绵城市雨洪管理措施之一，对径流调控、补充地下水及水质改善具有显著的功效，在发达国家得到广泛的认同和应用，在国内是新兴课题。填料是生物滞留池中最重要的组成部分之一，土体水分蒸发是土地——大气物质和能量交换的主要过程之一，也是地表热量与水分平衡的重要组成部分，对生物滞留池消纳地表径流的影响明显。国内外对土体蒸发理论模型方面取得了丰富的研究成果，但蒸发过程十分复杂，受气象条件和自身参数的双重制约，边界条件难以确定，目前用于研究生物滞留池水分蒸发的试验装置至今未有。

为推动生物滞留池在国内的实际应用，减少城市内涝灾害，保护人民生命财产安全，探究生物滞留池在不同外部环境下的水分蒸发变化规律和确定蒸发速率与不同气象因素的相关性尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种模拟不同气象条件下生物滞留池水分蒸发的试验装置，本发明能够模拟不同填料、不同植物、不同配比情况下的蒸发试验，数据精确可靠，能够为实际工程应用提供指导。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种模拟不同气象条件下生物滞留池水分蒸发的试验装置，包括集水装置以及若干生物滞留池，所述集水装置用于收集屋面的径流雨水，所述集水装置通过供水单元与若干喷头连接，所述喷头设置在相对应生物滞留池上方，所述生物滞留池内部设置有试验填层，所述生物滞留池上还设置有温度计、湿度计和风速仪，所述生物滞留池底部还设置有称重传感器和排水阀门。

进一步的，所述温度计、湿度计、风速仪以及称重传感器均与数据采集单元连接。

进一步的，所述生物滞留池内还设置有植物生长标尺。

进一步的，所述供水单元包括供水泵以及与供水泵连接的供水总管，所述供水总管上设置有若干供水支管，所述供水支管与相对应的喷头连接，所述供水支管与喷头之间还设置有水流电磁阀。

进一步的，所述生物滞留池包括池体框架和透明箱体，所述池体框架内侧底部设置有承载底板，所述承载底板表面通过称重传感器与承载托盘连接，所述透明箱体设置在承载拖盘上，所述透明箱体外表面上贴设有遮蔽挡光层。

进一步的，所述承载拖盘的周边上设置有c型围挡，所述透明箱体位于c型围挡的开口处一侧的表面上还设置有取放把手。

进一步的，所述遮蔽挡光层为黑色泡棉，所述黑色泡棉与透明箱体之间设置有魔术贴。

进一步的，其试验方法包括以下步骤：

步骤1)通过集水装置收集屋面的径流雨水并保存待用；

步骤2)通过供水单元，将集水装置内的雨水通过喷头向多个生物滞留池内供水；

步骤3)向生物滞留池内供水同时，打开生物滞留池底部的排水阀门，供水结束后，继续保持排水阀门的开启，当排水阀门无水流出时，关闭阀门，开启底部的称重传感器，得到生物滞留池的实时质量m，根据实时质量m绘制生物滞留池的质量变化曲线和蒸发速率变化曲线；

步骤4)通过数据采集单元收集温度计、湿度计和风速仪的实时数据；

步骤5)将收集到的温度计、湿度计和风速仪的实时数据进行处理，绘制出温度——蒸发速率曲线、湿度——蒸发速率曲线和风速——蒸发速率曲线，并分析生物滞留池内水份蒸发速率和不同气象环境因素的变化关系。

进一步的，所述步骤2中供水量根据雨型设定的降雨量调整得出。

本发明的有益效果是:

1、可同时模拟不同填料层的多种生物滞留池的运行效果；

2、生物滞留池试验装置在室外条件下运行，试验效果与实际情况较一致，通过不同结构生物滞留池的对比，可以确定最优填料配比、填料层高度和植物配比等参数；

3、本装置可以实时采集实况气象因素，包括温度、湿度和风速，并结合实时水分蒸发速率进行分析，可得出不同气象因素对生物滞留池水分蒸发能力的影响状况；

4、本装置的进水采用现场收集的屋面径流，可真实模拟生物滞留池对屋面径流的实际处理效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的生物滞留池结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1所示，一种模拟不同气象条件下生物滞留池水分蒸发的试验装置，包括集水装置1以及若干生物滞留池2，集水装置用于收集屋面的径流雨水，集水装置通过供水单元3与若干喷头4连接，喷头设置在相对应生物滞留池上方，生物滞留池内部设置有试验填料层，生物滞留池上还设置有温度计5、湿度计6和风速仪7，生物滞留池底部还设置有称重传感器8和排水阀门9；该集水装置以收集屋面的雨水作为生物滞留池的模拟降雨，最大程度的还原及模拟实际环境中雨水径流，通过供水单元将集水装置内的雨水从喷头喷入生物滞留池内，喷射的方式以模拟实际下雨，其中排水阀门用于排除生物滞留池中的过量径流，保证生物滞留池可以还原真实运行状态下的水分环境，最终称重传感器可以实时记录生物滞留池内重量的实时变化情况，即水分蒸发状况。

上述的温度计、湿度计、风速仪以及称重传感器均与数据采集单元10连接，数据采集单元能够将采集的数据进行汇总收集，便于后续对数据进行处理，更直白的显示试验结果。由于生物滞留池内还能够种植植物，因此在生物滞留池内还安装植物生长标尺11，能够便于记录植物生长情况。

供水单元包括供水泵以及与供水泵连接的供水总管，供水总管上设置有若干供水支管，供水支管与相对应的喷头连接，供水支管与喷头之间还设置有水流电磁阀，供水泵将集水装置内的雨水向供水总管内供给，供水总管内的雨水会流向供水支管并从喷头内喷出，而水流电磁阀能够控制喷头的喷射总量和时长，以模拟生物滞留池真实的降雨量和降雨时长。

为提高试验的准确性和信服度，试验方法包括以下步骤：

步骤1)通过集水装置收集屋面的径流雨水并保存待用，通过雨水再次使用作为模拟雨水，能够保证模拟雨水与实际雨水水质一致，以保证环境模拟的真实性；

步骤2)通过供水单元，将集水装置内的雨水通过喷头向多个生物滞留池内供水，供水量根据预先设定的雨型计算得出，例如模拟小雨、中雨或者大雨，可以根据当地的暴雨强度公式结合芝加哥雨型，然后计算由该生物滞留池的服务面积，从而得到降雨量，供水量与降雨量一致并可以通过流量计控制；

步骤3)向生物滞留池内供水同时，打开生物滞留池底部的排水阀门，使得多余的径流雨水可以自由流出，供水结束后，继续保持排水阀门的开启，当排水阀门无水流出时，关闭阀门，此时生物滞留池填料层处于饱和状态，开启底部的称重传感器，得到生物滞留池的实时质量m，根据实时质量m绘制生物滞留池的质量变化曲线和蒸发速率变化曲线；

步骤4)在监测质量的同时，通过数据采集单元收集温度计、湿度计和风速仪的实时数据；

步骤5)将收集到的温度计、湿度计和风速仪的实时数据进行处理，绘制出温度——蒸发速率曲线、湿度——蒸发速率曲线和风速——蒸发速率曲线，并分析生物滞留池内水份蒸发速率和不同气象环境因素的变化关系。

实施例二

参照图2所示，实施例二与实施例一之间的区别在于，生物滞留池包括池体框架12和透明箱体13，透明箱体能够使得试验者清晰的观察到内部填层状况，池体框架内侧底部设置有承载底板14，承载底板表面通过称重传感器与承载托盘15连接，透明箱体设置在承载拖盘上，便于称重，其重量能够完全施加在称重传感器表面，提高称重精度，透明箱体外表面上贴设有遮蔽挡光层，以模拟地下无光环境。

承载拖盘的周边上设置有c型围挡16，c型围挡具有一个开口处，透明箱体能够轻易的从该开口处放入，以矩形结构为例，三边能够给透明箱体一个良好的定位效果，透明箱体位于c型围挡的开口处一侧的表面上还设置有取放把手17，数量为两个，在需要取出透明箱体更换填层时，具有施力的支点，便于将透明箱体拉出。

遮蔽挡光层为黑色泡棉，以模拟阳光照射后地面温度升高，土壤温度保持模拟温度，黑色泡棉与透明箱体之间设置有魔术贴，可以方便随时拉开黑色泡棉观察内部状况，特别是植物生长根系的情况。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。