专利名称：针对不同汇流面积的雨水采集装置及采集方法
技术领域：
本发明属于水文检测技术领域，涉及一种针对不同汇流面积的雨水采集装置；本发明还涉及一种针对不同汇流面积的雨水采集方法。
背景技术：
随着城市水资源的日益紧张，环境压力的日渐增大，雨水利用成为解决城市水资源紧缺的一个有效措施。对雨水进行合理采集和应用不仅可以控制地面的水体污染，还可以及时补充地下水。近些年国内外都在积极开展雨水回用方面的研究，出现了各种雨水处理的方法及回用技术。而雨水要得到充分有效的处理与利用，首先需要明确一场降雨产生的径流过程中污染物的种类与浓度，并且了解污染物随径流产生时间变化的规律。而这些都与研究区的地表状况、空气污染程度、降雨量、雨强及降雨频率分布等因素有关。对于上述内容的研究需要进行科学、规范的实验，对大量的实测数据进行系统分析后，才能够得出可用于实际操作的结论。经验表明，降雨初期径流中的污染物含量最高，因而对于降雨初期弃雨的采集与处理成为研究的热点。目前关于雨水水质采集分析大都粗略地认定初期弃雨量为2-5mm或 6-8mm，很多实验都是按照降雨时间来采集分析雨水水质，对于初期弃雨量并没有统一的标准；现有研究对于初期弃雨水质的分析，大都没有明示雨水采集的具体时间和能够作为初期弃雨的雨量，对于污染物浓度最大的初期降雨径流部分没有一个明确的界限和标准。因此，如何根据降雨产生径流过程中水质变化过程来制定一个界定初期弃雨量的标准，以及如何确定实验的结果具有代表性和规范性，使其在统一基准上进行对比，成为急需解决的一个实际技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对不同汇流面积的雨水采集装置，按照采集量来进行过程采集，解决现有降雨水质采集过于笼统，没有统一标准，不便于数据共享和交流的问题，并解决了如何选择合适的径流汇流面积作为代表面积进行试验的问题。本发明的另一目的是提供一种针对不同汇流面积的雨水采集方法。本发明所采用的技术方案是，一种针对不同汇流面积的雨水采集装置，包括降雨径流采集管道和多个采集器，降雨径流采集管道由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道上端与面积采集盘联通，水平段的降雨径流采集管道同时等间距的与每个采集器依次联通。本发明所采用的另一技术方案是，一种针对不同汇流面积的雨水采集方法，该方法采用了一种基于降雨全过程的雨水采集装置，该装置结构是，包括降雨径流采集管道和多个采集器，降雨径流采集管道由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道上端与面积采集盘联通，水平段的降雨径流采集管道同时与每个采集器依次联通，利用上述的装置，按照以下步骤具体实施
步骤1、根据实施地区多年的降雨资料，确定出平均单次降雨量和最大降雨量，然后按照平均单次降雨量设定采集器的个数及单个容器采集雨量深度，按照最大降雨量来设置所有采集器的总雨量深度；步骤2、径流采集器的容积按照降雨深度mm数设置，初期径流按照2_雨量依次间隔设置，一直设置到20mm，即采集器No. 1采集的是降雨产生径流最初0_2mm径流量，采集器No. 2采集的是降雨产生径流4mm之前的量，采集器No. 3采集的是降雨产生径流6mm之前的量，依次类推，至采集器No. 10径流总量为20mm ；之后按照5mm径流作为递增单位量继续编号，直至全部径流采集器设置完成；步骤3、在实施地区，将水平段的降雨径流采集管道依次与每个采集器联通，将竖直段的降雨径流采集管道与面积采集盘连接，进行雨水采集。本发明的特征还在于，所述的步骤3中的面积采集盘的面积大小确定方法是3. 1)首先按照1平方米、5平方米、10平方米试取三个采样面积，采用上述雨水采集装置进行采样，同步在每个容器没灌满之前取整个实验区径流水样作为实际水样；3. 2)对上步得到的四组对应的水样水质进行测定，将结果进行对比，代表性采样汇流面积系统的水质总是与实际最为一致，寻找能够满足要求的面积最小的一个采样面积；3. 3)如果四组结果都一致，表明最小的1平方米采样面积就足以作为实验采样面积来进行降雨分析，则选取1平方米采样面积；如果三组结果与实际都有较明显差异，表明10平方米的采样面积还不足以代表实际，则需要增加面积，再加设20平方米、40平方米采样面积做同样的实验进行分析，直至找到不发生明显偏差的最小面积；3. 4)根据实验结果整理出不同地表应该选取的采样面积值，即面积采集盘的面积值。本发明的有益效果是，能够在性质相同的地表如屋面、城市路面、绿地等进行雨水采集处理，并根据采集处理的数据推算出综合地表状况的水质并与真实情况进行对比验证。1)采用径流采集量来进行过程分析，克服采用时间段分析降雨径流水质由于雨强变化太大而引起的冲击力过强，使降雨径流中污染物过多而无法统一比较结果的缺点。2、能够将各种不同降雨情形下，所采集到的实验数据放在统一基准上进行分析对比，克服目前大量实验由于不够规范或者目标稍有差异时，导致实验数据无法相互借鉴和比较，从而造成反复试验，而结果不具备通用性的弊端。
图1是本发明的雨水采集装置结构示意图。图中，1.降雨径流采集管道，2.采集器，3.面积采集盘。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明的雨水采集装置的结构是，包括降雨径流采集管道1和多个采集器2，降雨径流采集管道1由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道1上端与面积采集盘3联通，用于采集一定面积的雨水，水平段的降雨径流采集管道1同时 与每个采集器2依次联通，各个采集器2在采集管道1上等间距排列，其主要用于雨水的过程分段采集，每个采集器2的容量预先设定。本发明的装置实施例，按照图1所示顺序依次将雨水采集到过程分段采集器2中，
即径流首先进入采集器No. 1，容器满后再流入采集器No. 2，......依次到最后降雨结束时
流入采集器No. η,每个采集器的容量为1mm。这样所有采集器2中依次盛装的就是径流产生时的第Imm至全部降雨结束时的径流，即所有采集器雨量之和就是本次降雨产生的径流量。本发明的基于一场降雨全过程的雨水采集装置和雨水采集方法，按照以下步骤实施第一部分雨水采集装置的确定步骤1 确定实施地区中平均单次降雨量和最大降雨量，通过查阅实施地区的历史降雨资料确定出平均单次降雨量和最大降雨量。步骤2 确定采集器2的个数及单个容器采集雨量深度按照平均单次降雨量设定采集器2的个数及单个容器采集雨量深度。同时，按照最大降雨量来设定所有采集器2的总雨量深度。径流采集器2的容积按照降雨深度(mm) 来设置，为了清楚的界定降雨径流水质变化规律，初期径流按照2mm雨量依次间隔设置，一直设置到20mm，即采集器No. 1采集的是降雨产生径流最初0-2mm径流量，采集器No. 2采集的是降雨产生径流4mm之前的量(第二个2mm径流量)，采集器No. 3采集的是降雨产生径流6mm之前的量(第三个2mm径流量)，依次类推，至采集器No. 10径流总量为20mm。之后可以按照5mm径流作为递增单位量继续编号，直至全部径流采集器设置完备。步骤3 确定采集器2的单个采集体积根据步骤2编排的采集降雨深度，根据汇流面积(即采集盘3的面积)计算出对应采集器需要的容积，设定每个采集器2 ；将上述的装置设置在实施地区，进行雨水采集。第二部分确定实验需要的代表汇流面积(即采集盘3的面积)的标准规范方法对于汇集面积较小的实施区域，可以直接根据实际面积进行以上部分的设计，然而大多数时候，雨水研究往往面对的是流域范围，因此采集全部雨水是不切实际的。在实际进行批量实验采集大量数据时，需要选择一个足以代表大面积雨水径流特性的样本面积。 而本方法就是针对这样的需求来设定一套规范的程序以确定采样面积，保证在何时何地所做的类似实验数据都可以用来共享与对比，避免了大量类似实验因为不统一而使结果难以进行比较的缺点，从而减少重复实验。步骤1 首先按照1平方米、5平方米、10平方米试取三个采样面积，采用上述雨水采集装置进行采样，同步在每个容器没灌满之前取整个实验区径流水样作为实际水样。步骤2 对这四组对应的水样水质进行测定，结果进行对比，代表性采样汇流面积系统的水质总是与实际最为一致。一般来说面积越大越接近实际情况。本方法要找的是满足要求的面积最小的一个采样面积。步骤3 如果四组结果都一致，即在同一图示上做出的4组数据的曲线趋于一条直线，表明最小的1平方米采样面积就足以作为实验采样面积来进行降雨分析，那就选取1平方米采样面积；
如果三组结果与实际都有较明显差异，即做出的曲线出现明显的波动，表明10平方米的采样面积还不足以代表实际，选择波动曲线中转折点以前的面积作为最小汇流面积，在此基础上再加设20平方米、40平方米采样面积做同样的实验进行分析，直至做出的曲线趋于一条直线，最终找到不发生明显偏差的最小面积。步骤4:根据实验结果分别整理出不同地表应该选取的采样面积值，为类似实验积累基础数据，期间需要考虑到不同实施地区坡度、降雨强度与雨量及降雨历时等外界因
素的影响。步骤5 在步骤4的基础上，制作出过程分段采集器的标准容积，来实现标准化实验，实验结果用于相关研究人员分析与对比，达到实验数据共享。本发明装置及方法，无论对自然降雨、人工降雨还是流经地表形成的径流均适合进行雨水采集处理，最终通过综合对比水质均可得出相关科学结论。
权利要求
1.一种针对不同汇流面积的雨水采集装置，其特征在于包括降雨径流采集管道(1) 和多个采集器O)，降雨径流采集管道(1)由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道(1)上端与面积采集盘C3)联通，水平段的降雨径流采集管道(1)同时等间距的与每个采集器( 依次联通。
2.一种针对不同汇流面积的雨水采集方法，其特征在于该方法采用了一种基于降雨全过程的雨水采集装置，该装置结构是，包括降雨径流采集管道(1)和多个采集器O)，降雨径流采集管道(1)由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道(1)上端与面积采集盘C3)联通，水平段的降雨径流采集管道(1)同时与每个采集器( 依次联通，利用上述的装置，按照以下步骤实施步骤1、根据实施地区多年的降雨资料，确定出平均单次降雨量和最大降雨量，然后按照平均单次降雨量设定采集器O)的个数及单个容器采集雨量深度，按照最大降雨量来设置所有采集器O)的总雨量深度；步骤2、径流采集器O)的容积按照降雨深度mm数设置，初期径流按照2mm雨量依次间隔设置，一直设置到20mm，即采集器No. 1采集的是降雨产生径流最初0_2mm径流量，采集器No. 2采集的是降雨产生径流4mm之前的量，采集器No. 3采集的是降雨产生径流6mm之前的量，依次类推，至采集器No. 10径流总量为20mm ；之后按照5mm径流作为递增单位量继续编号，直至全部径流采集器( 设置完成；步骤3、在实施地区，将水平段的降雨径流采集管道(1)依次与每个采集器( 联通，将竖直段的降雨径流采集管道(1)与面积采集盘C3)连接，进行雨水采集。
3.根据权利要求2所述的雨水采集方法，其特征在于，所述的步骤3中的面积采集盘 (3)的面积大小确定方法是3. 1)首先按照1平方米、5平方米、10平方米试取三个采样面积，采用上述雨水采集装置进行采样，同步在每个容器没灌满之前取整个实验区径流水样作为实际水样；3. 2)对上步得到的四组对应的水样水质进行测定，将结果进行对比，代表性采样汇流面积系统的水质总是与实际最为一致，寻找能够满足要求的面积最小的一个采样面积；3. 3)如果四组结果都一致，表明最小的1平方米采样面积就足以作为实验采样面积来进行降雨分析，则选取1平方米采样面积；如果三组结果与实际都有较明显差异，表明10平方米的采样面积还不足以代表实际， 则需要增加面积，再加设20平方米、40平方米采样面积做同样的实验进行分析，直至找到不发生明显偏差的最小面积；3.4)根据实验结果整理出不同地表应该选取的采样面积值，即面积采集盘(3)的面积值。
全文摘要
本发明公开了一种针对不同汇流面积的雨水采集装置，包括降雨径流采集管道和多个采集器，降雨径流采集管道由竖直段和水平段两段联通而成，竖直段的降雨径流采集管道上端与面积采集盘联通，水平段的降雨径流采集管道同时等间距的与每个采集器依次联通。本发明还公开了一种针对不同汇流面积的雨水采集方法，利用上述的装置，先根据实施地区多年的降雨资料，确定出平均单次降雨量和最大降雨量，然后设定采集器的个数及单个容器采集雨量深度，按照最大降雨量来设置所有采集器的总雨量深度，径流采集器的容积按照降雨深度设置，最后实施雨水采集。本发明装置及方法对于降雨水质采集精确，统一了标准，能够准确的确定合适的径流汇流面积。
文档编号G01N1/20GK102156061SQ201110001479
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者刘文龙, 唐双成, 景卫华, 田露, 袁黄春, 贾忠华, 陈远 申请人:西安理工大学