本發(fā)明屬于城市雨水管理控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于低影響開發(fā)設(shè)施對(duì)于降雨水質(zhì)處理過程的實(shí)驗(yàn)室模擬設(shè)備，特別是一種涉及降雨形成及其產(chǎn)流和低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時(shí)使得城市地表不透水面積比例增加，改變了城市的水文循環(huán)。特別地，在導(dǎo)致徑流體積以及峰值流量增加同時(shí)也給周圍環(huán)境帶來污染。因此，相對(duì)新的暴雨管理技術(shù)，如低影響開發(fā)、可持續(xù)城市排水系統(tǒng)、水敏感城市設(shè)計(jì)等在不同的國家得到發(fā)展。在中國，2014年提出“海綿城市”建設(shè)，并于同年出臺(tái)相應(yīng)的建設(shè)技術(shù)指南。海綿城市核心技術(shù)即低影響開發(fā)(LID)技術(shù)。

LID是20世紀(jì)90年代末發(fā)展起來的暴雨管理和面源污染處理技術(shù)，其注重源頭的控制來達(dá)到對(duì)雨水所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，使開發(fā)地區(qū)盡量接近于開發(fā)前的水文循環(huán)。對(duì)于LID的關(guān)注大多數(shù)集中于其水文效應(yīng)，即對(duì)于徑流量以及徑流峰值的削減，很少有研究針對(duì)LID設(shè)施出水水質(zhì)進(jìn)行專項(xiàng)研究。而近年來，我國大部分城市的雨水徑流污染較為嚴(yán)重，已成為城市河湖水質(zhì)惡化的首要因素。2015年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部與環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合印發(fā)《城市黑臭水體整治工作指南》，對(duì)于水質(zhì)的研究顯得更加迫切。因此，如何進(jìn)行LID設(shè)施水質(zhì)效應(yīng)研究是科研以及進(jìn)行海綿城市建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)之一。

LID水質(zhì)處理效果的研究涉及降雨模擬以及LID設(shè)施的搭建，對(duì)于這兩部分的實(shí)驗(yàn)裝置有一部分研究者進(jìn)行了相關(guān)的研究，如專利中國專利CN102605852A公開了一種“基于低影響開發(fā)的城市雨水滲透生態(tài)系統(tǒng)”，中國專利CN101793890A公開了一種“人工降雨條件下生物滯留元水質(zhì)水量模擬研究的實(shí)驗(yàn)裝置”等。目前已報(bào)道的文獻(xiàn)及專利中鮮有專門針對(duì)低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)對(duì)于水體中污染物在LID設(shè)施中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理不清楚，因此迫切需要設(shè)計(jì)搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于室內(nèi)使用，并且同時(shí)兼具水量模擬功能的用于低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括LID設(shè)施水質(zhì)模擬單元、人工降雨控制單元及樣品收集單元，

所述的LID設(shè)施水質(zhì)模擬單元包括并列設(shè)置的實(shí)驗(yàn)箱體及LID設(shè)施，所述的實(shí)驗(yàn)箱體頂部敞口，所述的LID設(shè)施設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)，并與樣品收集單元相連通，

所述的人工降雨控制單元包括依次通過導(dǎo)水管連接的混合組件、給水組件及噴淋組件，所述的噴淋組件設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱體的上方，并與LID設(shè)施相對(duì)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述的LID設(shè)施包括自下而上依次設(shè)置的蓄排水層、過濾層、基質(zhì)層及表層，所述的蓄排水層與樣品收集單元相連通。

優(yōu)選地，所述的蓄排水層包括泡沫玻璃層或egg box形聚酯層，所述的過濾層為聚酯纖維無紡布層，所述的基質(zhì)層為透水基層，包括土壤層或礫石層，所述的表層為植被層或透水鋪磚層。

表層根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的LID設(shè)施的不同，選用植被層或透水鋪磚層，基質(zhì)層為具有不同粒徑、孔隙度的土壤或者具有滲透性能、蓄水能力和空間穩(wěn)定性的礫石層等透水基層，過濾層的作用是阻止基質(zhì)進(jìn)入蓄排水層，同時(shí)具有防止出水管泥沙淤積的作用，故而優(yōu)選既能透水又能過濾的聚酯纖維無紡布層等材料，蓄排水層主要用于儲(chǔ)存基質(zhì)層下滲的模擬降雨，同時(shí)能夠迅速排出多余水分，有效緩解瞬時(shí)壓力。

優(yōu)選地，所述的混合組件包括順次連接的過濾器和水池，所述的過濾器用于制備超純水，所述的水池為帶蓋箱體，設(shè)有攪拌機(jī)構(gòu)和樣品投入口。

過濾器將水過濾成為超純水后，超純水進(jìn)入水池中，所述的攪拌機(jī)構(gòu)用于攪拌通過樣品投入口投入超純水中的樣品，使之均勻分布，保持濃度均勻。

優(yōu)選地，本發(fā)明的給水組件為蠕動(dòng)泵，其功能為將水池中均勻混合的水樣通過導(dǎo)水管自動(dòng)抽壓。

優(yōu)選地，所述的導(dǎo)水管選用市面上廣泛應(yīng)用的具有導(dǎo)水作用的PVC管。

優(yōu)選地，所述的噴淋組件包括多個(gè)均勻分布在實(shí)驗(yàn)箱體上方的噴淋頭，所述的噴淋頭上均設(shè)有控制閥。

通過調(diào)節(jié)多個(gè)噴淋頭上的控制閥，可以模擬調(diào)節(jié)降雨均勻度。

優(yōu)選地，所述的噴淋組件還包括噴淋組件平板、支架及多個(gè)平行設(shè)置的噴淋導(dǎo)水管，所述的噴淋組件平板設(shè)置在支架上，所述的多個(gè)噴淋導(dǎo)水管設(shè)置在噴淋組件平板的底部，一端通過導(dǎo)水管與給水組件連接，另一端封閉，所述的噴淋頭設(shè)置在噴淋導(dǎo)水管上。

優(yōu)選地，支架選用金屬結(jié)構(gòu)支架，為噴淋組件平板提供支撐。

優(yōu)選地，所述的噴淋導(dǎo)水管選用市面上廣泛應(yīng)用的具有導(dǎo)水作用的PVC管，多個(gè)平行的噴淋導(dǎo)水管根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置。

優(yōu)選地，所述的給水組件與噴淋組件之間的導(dǎo)水管上還順次設(shè)有閥門和流速儀。

所述的閥門具有調(diào)節(jié)流量大小的作用，以模擬不同強(qiáng)度的降雨。

所述的流速儀位于閥門和噴淋組件之間，用于記錄水的流出速度。

優(yōu)選地，所述的實(shí)驗(yàn)箱體包括多個(gè)并列設(shè)置的立方體形實(shí)驗(yàn)箱，所述的LID設(shè)施設(shè)置在各立方體形實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的底部。

優(yōu)選地，實(shí)驗(yàn)箱體采用有機(jī)玻璃制作，每個(gè)立方體形實(shí)驗(yàn)箱的內(nèi)表面均涂有防水涂料，具有防水、防腐作用。

優(yōu)選地，所述的實(shí)驗(yàn)箱體外側(cè)的底部設(shè)有用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱體傾角的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用鋁合金材質(zhì)的升降臺(tái)，該升降臺(tái)位于實(shí)驗(yàn)箱體底部一側(cè)，可伸縮，用以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱體的角度，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱體調(diào)節(jié)LID設(shè)施的角度。

優(yōu)選地，所述的樣品收集單元包括一頂部敞口的收集器，所述的LID設(shè)施通過出水管與收集器連通，所述的出水管一端與LID設(shè)施連接，另一端設(shè)置在收集器的上方。

優(yōu)選地，所述的出水管用于將LID設(shè)施不能消納的降雨引入到樣品收集單元，將蓄排水層的底部通過出水管與樣品收集單元相連通，出水管底部與蓄排水層底部齊高，保證排水通暢性，收集器采用有機(jī)玻璃制成的頂部敞口的立方體箱體或者聚乙烯瓶。

采用上述技術(shù)方案，用本發(fā)明的低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使用人工降雨控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，使用LID設(shè)施水質(zhì)模擬系統(tǒng)可以模擬LID設(shè)施出水水質(zhì)情況，同時(shí)兼具水量模擬功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)異效果：

(1)本發(fā)明的應(yīng)用于低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)；

(2)該系統(tǒng)中人工降雨控制單元，可以對(duì)于經(jīng)過過濾器的水添加要研究的單一污染物以及多種污染物的混合物(樣品)，即可實(shí)現(xiàn)LID設(shè)施水質(zhì)模擬系統(tǒng)對(duì)于單一污染物以及多種混合污染物處理效果研究；

(3)該系統(tǒng)中人工降雨控制單元，通過流速控制以及噴淋組件的強(qiáng)度改變即可實(shí)現(xiàn)不同降雨強(qiáng)度下LID設(shè)施對(duì)于水體凈化過程的模擬；

(4)該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，只要供電正常，根據(jù)研究的目的不同更換相應(yīng)的基質(zhì)及表層即可保證實(shí)驗(yàn)研究的持續(xù)進(jìn)行，具有較高的可靠性。日常維護(hù)主要是要保證噴淋頭的暢通；

(5)該系統(tǒng)中LID設(shè)施水質(zhì)模擬系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行箱體的擴(kuò)充，即可保證并行實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，提高實(shí)驗(yàn)效率以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平行性，盡量減小誤差；

(6)該系統(tǒng)中LID設(shè)施水質(zhì)模擬系統(tǒng)，通過更換不同的LID設(shè)施，如植被、透水鋪磚等，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于綠色屋頂、透水鋪磚等LID設(shè)施對(duì)于水體污染處理過程的模擬，使得系統(tǒng)適用性擴(kuò)大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為egg box形聚酯層的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1為過濾器，2為水池，3為攪拌棒，4為導(dǎo)水管，5為水泵，6為閥門，7為流速儀，8為噴淋組件平板，9為噴淋導(dǎo)水管，10為噴淋頭，11為支架，12為實(shí)驗(yàn)箱體，13為表層，14為基質(zhì)層，15為過濾層，16為蓄排水層，17為出水管，18為升降臺(tái)，19為收集器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種用于低影響開發(fā)設(shè)施水質(zhì)模擬的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示，包括LID設(shè)施水質(zhì)模擬單元、人工降雨控制單元及樣品收集單元，

LID設(shè)施水質(zhì)模擬單元包括并列設(shè)置的實(shí)驗(yàn)箱體12及LID設(shè)施，實(shí)驗(yàn)箱體12頂部敞口，LID設(shè)施設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱體12內(nèi)，并與樣品收集單元相連通，

人工降雨控制單元包括依次通過導(dǎo)水管4連接的混合組件、給水組件(優(yōu)選給水組件為水泵5，本實(shí)施例優(yōu)選蠕動(dòng)泵)及噴淋組件，噴淋組件設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱體12的上方，并與LID設(shè)施相對(duì)設(shè)置。

優(yōu)選實(shí)驗(yàn)箱體12包括多個(gè)并列設(shè)置的立方體形實(shí)驗(yàn)箱，LID設(shè)施設(shè)置在各立方體形實(shí)驗(yàn)箱的底部，本實(shí)施例進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)驗(yàn)箱體12由三個(gè)并列設(shè)置的立方體形實(shí)驗(yàn)箱組成。優(yōu)選實(shí)驗(yàn)箱體12的底部設(shè)有用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱體12傾角的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例優(yōu)選的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱體12一側(cè)的升降臺(tái)18。

本實(shí)施例優(yōu)選的LID設(shè)施包括自下而上依次設(shè)置的蓄排水層16、過濾層15、基質(zhì)層14及表層13，蓄排水層16與樣品收集單元相連通。其中，蓄排水層16包括泡沫玻璃層或egg box形聚酯層，本實(shí)施例優(yōu)選egg box形聚酯層，egg box形聚酯層采用聚酯材料制成，包括凹槽單元和凸起單元，所述的凹槽單元包括多個(gè)凹槽，所述的凸起單元包括多個(gè)凸起，每個(gè)凸起被四個(gè)凹槽圍繞，如圖2所示。過濾層15為聚酯纖維無紡布層，基質(zhì)層14為透水基層，包括土壤層或礫石層，本實(shí)施例優(yōu)選礫石層，表層13為植被層或透水鋪磚層，本實(shí)施例優(yōu)選植被層。

本實(shí)施例優(yōu)選的混合組件包括順次連接的過濾器1和水池2，其中，過濾器1用于將水過濾成電阻≥18MΩ.CM超純水，所述的水池2為帶蓋箱體，設(shè)有攪拌裝置機(jī)構(gòu)和樣品投入口，本實(shí)施例優(yōu)選的攪拌機(jī)構(gòu)為攪拌棒3。

噴淋組件包括多個(gè)均勻分布在實(shí)驗(yàn)箱體12上方的噴淋頭10，噴淋頭10上均設(shè)有控制閥，還包括噴淋組件平板8、支架11及多個(gè)平行設(shè)置的噴淋導(dǎo)水管9，噴淋組件平板8設(shè)置在支架11上，多個(gè)噴淋導(dǎo)水管9設(shè)置在噴淋組件平板8的底部，一端通過導(dǎo)水管4與給水組件連接，另一端封閉，噴淋頭10等距設(shè)置在噴淋導(dǎo)水管9上。給水組件與噴淋組件之間的導(dǎo)水管4上還順次設(shè)有閥門6和流速儀7。

實(shí)驗(yàn)箱體12的底部設(shè)有用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱體12傾角的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)18。

本實(shí)施例優(yōu)選樣品收集單元包括一頂部敞口的收集器19，LID設(shè)施通過出水管17與收集器19連通，出水管17一端與LID設(shè)施的蓄排水層16的底部連接，并且出水管17底部與蓄排水層16底部齊高，另一端設(shè)置在收集器19的上方。

本實(shí)施例在實(shí)施時(shí)，將經(jīng)過過濾器1過濾的超純水通過DN20mm的PVC導(dǎo)水管引入到容積設(shè)計(jì)為12L的水池2中；向水池2中加入一定量的粒徑一致的總懸浮顆粒物(TSS)，通過攪拌棒3持續(xù)攪拌使水池中TSS濃度均勻；通過基本型蠕動(dòng)泵5進(jìn)行抽水；然后通過黃銅DN20mm的閥門6控制水的輸送和模擬降雨的強(qiáng)度；通過數(shù)顯方式的流速儀7自動(dòng)記錄流速；而后將水輸送到噴淋頭10，噴淋頭10的材質(zhì)為不銹鋼，其上安裝有手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)閥(控制閥)，通過旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)降雨均勻度；九排平行的噴淋導(dǎo)水管9固定在長×寬＝70cm×170cm有機(jī)玻璃制成的噴淋組件平板8上，該噴淋組件平板8通過不銹鋼的支架11進(jìn)行固定；每根噴淋導(dǎo)水管9上安裝有等間距的三個(gè)噴淋裝置10，保證在實(shí)驗(yàn)箱體12上方均勻分布。

實(shí)驗(yàn)箱體12為長×寬×高＝50cm×50cm×30cm的三個(gè)箱體并排的一體化箱體，實(shí)驗(yàn)箱體12中從底部自下向上依次布置蓄排水層16、過濾層15、基質(zhì)層14和表層13。此處表層13為植被層。具體地，首先用升降臺(tái)18設(shè)置需要的坡度，例如1％；將egg box形聚酯層(儲(chǔ)水容量3L/m²)鋪在蓄排水層16上，鋪設(shè)厚度40mm，并接DN20mm的PVC出水管17；然后鋪設(shè)聚酯纖維無紡布過濾層，厚度為20mm；基質(zhì)層厚度80mm，采用體積比例為1∶2珍珠巖和陶粒混合基質(zhì)；表層鋪設(shè)厚度為植被，如佛甲草，種植密度800株/m²。

通過噴淋頭10的模擬降雨均勻的降落在實(shí)驗(yàn)箱體12中，通過出水管17將降雨引入到體積為4L的聚乙烯瓶收集器19中，而后在實(shí)驗(yàn)室通過儀器測定TSS的濃度。