一种模拟护坡结构水文水质的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟护坡结构水文水质的试验装置，试验装置包括供水箱、整流槽、试验仓以及分层集水器，试验仓倾斜布置，整流槽布置在试验仓上边界的入口，整流槽的出口布置有溢流堰，分层集水器布置在试验仓下边界的出口，分层集水器包括集水箱、隔水层、表层出水管以及地下水出水管，集水箱与试验仓连通，隔水层将集水箱分成上下两个腔体，表层出水管连通集水箱内的上部腔体，地下水出水管连通集水箱内的下部腔体。进水采用具有溢流堰的整流槽和出水采用分层集水等设计，通过溢流进水模拟道路及周边环境来水，利用分层集水分别监测地表水和地下水的水质水量变化过程，具有真实模拟的试验效果。本发明专利技术可广泛应用于水利工程技术领域。

A test device for simulating hydrology and water quality of slope protection structure

【技术实现步骤摘要】
一种模拟护坡结构水文水质的试验装置
本专利技术涉及水利工程
，特别涉及一种模拟护坡结构水文水质的试验装置。
技术介绍
径流污染控制是海绵城市建设的四大控制目标之一，生态护坡是地表径流污染进入河道的最后一道防线，也是实现河道水质净化的重要空间、地表水与地下水互相渗透补给的重要通道。雨水径流进入护坡结构后，受到表层植被的拦截滞留、土壤的渗透吸附、植物根系的吸收降解等各种物理化学作用，从而产生了物质能量转化，其过程机理十分复杂，难以借助数学模型手段进行系统的仿真模拟计算。物理模型试验是定量评估生态护坡对径流污染控制效果、研究和试验护坡结构组合优化问题最有效的科学手段，物理模型试验装置设计的科学合理性直接影响科学试验的成败以及试验成果的可靠性。生态护坡对径流污染控制的作用主要是植被及其根系拦截与降解吸收、土壤及护坡结构材料的渗透吸附等综合作用。模拟护坡结构的水文水质试验装置需具备护坡上边界入口的径流模拟监测、中间段护坡结构试验仓、下边界出口流量监测及水质采样等功能。目前国内外对于护坡结构水文水质模拟试验研究非常少见，文献报道中一般采用喷淋供水及实验仓组合的护坡试验装置，类似的研究装置如透水铺装试验装置、雨水花园试验等海绵城市措施有关试验装置，但以上试验装置均存在一定局限性，例如采用喷淋方式模拟外边界雨水径流及其携带污染物进入试验区的方式与实际的溢流进入方式存在差异，会导致水量、污染物空间分布以及浓度梯度场与实际情况不同；常见装置在出水口边界仅采用统一出口进行水量收集或水质采样，未细分地表水、地下水进行分别监控检测，监测结果不能区分不同材料及边界条件在地表、地下的水文水质转化过程的差异，对研究成果的深入分析不利。因此，研发合理的模拟装置，以期达到真实模拟护坡结构上的水文、水质变化过程的效果，对开展护坡结构对雨水径流及其携带污染物的滞留、净化效果等相关科学研究具有重要的意义。
技术实现思路
为解决上述技术问题中的至少之一，达到真实模拟护坡结构上的水文、水质变化过程的效果，本专利技术提供一种模拟护坡结构水文水质的试验装置，所采用的技术方案如下：本专利技术所提供的模拟护坡结构水文水质的试验装置包括供水箱、整流槽、试验仓以及分层集水器，所述试验仓倾斜布置，所述整流槽布置在所述试验仓上边界的入口，所述整流槽的出口布置有溢流堰，所述分层集水器布置在所述试验仓下边界的出口，所述分层集水器包括集水箱、隔水层、表层出水管以及地下水出水管，所述集水箱与所述试验仓连通，所述隔水层将所述集水箱分成上下两个腔体，所述表层出水管连通所述集水箱内的上部腔体，所述地下水出水管连通所述集水箱内的下部腔体。进一步，所述试验仓包括自下而上分层布置的土工布、素土层、土工网、素土层、护坡材料层、植土层以及护坡植被。进一步，在所述试验仓的出口，所述植土层的位置高于所述隔水层。进一步，所述试验仓中布置有土壤水分监测仪器。进一步，所述集水箱的上下两个腔体分别设置有反滤层。进一步，所述反滤层沿水流方向依次填充细沙、粗砂以及石子。进一步，所述隔水层呈漏斗状，所述表层出水管布置在所述隔水层的最低位置。进一步，所述集水箱的底壁呈漏斗状，所述地下水出水管布置在所述集水箱底壁的最低位置。进一步，所述供水箱与所述整流槽之间布置有加压泵。进一步，所述供水箱与所述整流槽之间布置有流量计。本专利技术的实施例至少具有以下有益效果：试验装置中，进水采用具有溢流堰的整流槽和出水采用分层集水等设计，通过溢流进水模拟道路及周边环境来水，利用分层集水分别监测地表水和地下水的水质水量变化过程，具有真实模拟的试验效果。本专利技术可广泛应用于水利工程
附图说明图1为试验装置的侧视结构示意图，图中箭号表示水流方向；图2为整流槽的结构示意图；图3为分层集水器的结构示意图，图中箭号表示水流方向。具体实施方式下面结合图1至图3对本专利技术做进一步的说明。本专利技术涉及一种模拟护坡结构水文水质的试验装置，试验装置包括供水箱11、整流槽12、试验仓13以及分层集水器，试验仓13倾斜布置，整流槽12布置在试验仓13上边界的入口，分层集水器布置在试验仓13下边界的出口。整流槽12通过供水管道连接供水箱11，某些实施例中，供水箱11与整流槽12之间布置有加压泵。某些实施例中，供水箱11与整流槽12之间布置有流量计。试验装置利用供水箱11、加压泵、供水管道、电磁阀门及流量计、PC控制器等组成供水系统，向整流槽12输送所需浓度的水样。采用整流槽12实现整流缓冲，整流槽12的出口布置有溢流堰14，溢流堰14为薄壁结构。径流通过溢流的方式进入试验仓13，模拟地表径流汇入，在试验仓13内完成自然的产生坡面汇流、渗透及地下水汇流等水文过程。在试验开始前，需注入清水对整流槽12进行测验，测试溢流堰14堰顶是否水平，溢流是否横向均匀。通过试验仓13的自然汇流、渗透等水文过程，期间伴随着物质的拦截、过滤、吸附、降解等物理化学作用，在试验仓13下边界分别形成地表径流和地下径流。试验装置优化了进水方式，考虑到护坡结构上方区域的自然降雨量及所携带的污染物总量相对较小，护坡结构大量雨水径流及污染物主要是来自堤坝、周边马路等汇水区域，是通过汇流或溢流方式进入护坡结构。因此采用整流水槽、自然溢流的方式，更加真实的模拟天然雨水径流进入护坡试验段的过程。试验仓13包括自下而上分层布置的土工布、素土层、土工网、素土层、护坡材料层、植土层以及护坡植被。为保证试验的水量平衡，试验仓13底部和侧壁均采用防水设计，试验仓13中布置有土壤水分监测仪器，监测试验前后的土壤含水率。试验仓13的出口处优化为分层设计，分层集水器包括集水箱、隔水层15、表层出水管16以及地下水出水管17，集水箱与试验仓13连通，隔水层15将集水箱分成上下两个腔体，分别用于收集地表水和地下水，通过分层集水器分别收集试验产生的地表水和地下水，实现对地表水、地下水的水文水质同步观测。表层出水管16连通集水箱内的上部腔体，隔水层15呈漏斗状，表层出水管16布置在隔水层15的最低位置，确保排水顺畅。地下水出水管17连通集水箱内的下部腔体，集水箱的底壁呈漏斗状，地下水出水管17布置在集水箱底壁的最低位置，确保排水顺畅。在试验仓13的出口，植土层的位置高于隔水层15，以便地表水流至集水箱中隔水层15上方的腔体。雨水径流进入护坡结构后在重力作用下一部分沿着护坡表面向低处流动，另外一部分则通过护坡的材料空隙、土壤等渗透到土壤中形成地下径流，其携带的污染物质也跟随水体流动分散到护坡表面及土壤中，其中颗粒较大的固体悬浮物容易被护坡表面植被拦截，而溶解性物质(如磷酸盐等)则随地表径流渗透至土壤中被土壤吸附或植物根系吸收掉一部分，因此当护坡结构材料、植被类型、坡度大小等条件不同时，地表径流与地下径流在水量比例、水质浓度变化等方面存在较大差异，需要分别进行监测评估。为此在护坡结构的下边缘坡脚处设置隔水层15，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟护坡结构水文水质的试验装置，其特征在于：包括供水箱(11)、整流槽(12)、试验仓(13)以及分层集水器，所述试验仓(13)倾斜布置，所述整流槽(12)布置在所述试验仓(13)上边界的入口，所述整流槽(12)的出口布置有溢流堰(14)，所述分层集水器布置在所述试验仓(13)下边界的出口，所述分层集水器包括集水箱、隔水层(15)、表层出水管(16)以及地下水出水管(17)，所述集水箱与所述试验仓(13)连通，所述隔水层(15)将所述集水箱分成上下两个腔体，所述表层出水管(16)连通所述集水箱内的上部腔体，所述地下水出水管(17)连通所述集水箱内的下部腔体。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟护坡结构水文水质的试验装置，其特征在于：包括供水箱(11)、整流槽(12)、试验仓(13)以及分层集水器，所述试验仓(13)倾斜布置，所述整流槽(12)布置在所述试验仓(13)上边界的入口，所述整流槽(12)的出口布置有溢流堰(14)，所述分层集水器布置在所述试验仓(13)下边界的出口，所述分层集水器包括集水箱、隔水层(15)、表层出水管(16)以及地下水出水管(17)，所述集水箱与所述试验仓(13)连通，所述隔水层(15)将所述集水箱分成上下两个腔体，所述表层出水管(16)连通所述集水箱内的上部腔体，所述地下水出水管(17)连通所述集水箱内的下部腔体。


2.根据权利要求1所述的模拟护坡结构水文水质的试验装置，其特征在于：所述试验仓(13)包括自下而上分层布置的土工布、素土层、土工网、素土层、护坡材料层、植土层以及护坡植被。


3.根据权利要求2所述的模拟护坡结构水文水质的试验装置，其特征在于：在所述试验仓(13)的出口，所述植土层的位置高于所述隔水层(15)。


4.根据权利要求1所述的模拟护坡结构水文水...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄本胜，赵璧奎，邱静，胡佳纯，洪昌红，陈家豪，
申请(专利权)人：广东省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44