一种研究雨水井溢流特征的实验装置及方法

本发明涉及一种研究雨水井溢流特征的实验装置及方法，属于雨水排水。

背景技术：

1、雨水通过雨水井收集到管道中再排入河道，地表暴雨引发的地表径流水量急剧增加时，地下雨水管道经常遭受超负荷压力，当降雨超出管道排放能力时，雨水井会产生溢流情况，且当河道水位过高时，河道管道出口处甚至出现雨水倒灌，引发路面局部淹没和环境污染。研究垂直方向上地表和管道之间的雨水交换过程对于理解雨水井溢流特征至关重要。

2、目前研究城市内涝雨水溢流的物理模型大多集中在改进井口结构或使用控制装置来应对溢流情况，仅研究地表进入管道的过程，对于地表和管道之间的雨水交换过程以及河道倒灌入管道的过程缺乏全面的考虑。而地表径流进入雨水井的速率和路径，管道通畅度、管道出口淹没度，以及管道内水位和管道出口处河流水位压力差的影响，都是决定雨水井溢流行为的重要因素。因此，亟需开发一种能够对地表、管道以及河道之间的复杂水流交换情况进行系统模拟的水力装置。

技术实现思路

1、本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种研究雨水井溢流特征的实验装置及方法，通过灵活地调节水流状态对不同雨水条件下地表和管道、河道之间复杂的雨水交换过程进行模拟，创新地探究地表-管道双向雨水交换过程中的雨水井溢流特征，为科学调控城市雨水管理提供参考。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的。

3、第一方面，本发明提供一种研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，包括：实验水槽、实验管道、下游水槽、雨水井、水流状态变化调节组件以及测量组件，所述实验水槽、实验管道以及下游水槽之间相互连通，其分别被配置用于模拟地表、地下管道以及河道；

4、所述实验管道铺设于所述实验水槽下部，所述雨水井设置于所述实验水槽以及所述实验管道之间，所述下游水槽设置于所述实验水槽外侧以及所述实验管道末端出口处；

5、所述水流状态变化调节组件分别设置于所述实验水槽、实验管道以及下游水槽中，其分别被配置用于调节所述实验水槽、实验管道以及下游水槽中的水流状态，能够模拟不同的地表水流状态、地下管道水流状态以及河道水流状态；

6、所述测量组件分别设置于所述实验水槽和实验管道中，其分别被配置用于测量研究雨水井溢流特征所需的特征参数；

7、所述实验管道被配置用于提供所述实验水槽和下游水槽之间的水流交换通道，能够模拟地表和河道之间不同的水流交换情况；所述雨水井被配置用于提供所述实验水槽和实验管道之间的水流交换通道，能够模拟地表和地下管道之间不同的水流交换情况。

8、可选地，所述实验装置还包括蓄水箱，所述蓄水箱具有足够的容量用于模拟暴雨汇水流量，所述实验水槽具有实验水槽进水管，所述蓄水箱设置于所述实验水槽进水管进口处以及所述实验管道首端进口处，其与所述实验水槽以及实验管道分别连通。

9、可选地，所述水流状态调节变化组件包括可调节拦水堰、截止阀、下游水槽进水管以及下游水槽排水管；

10、所述可调节拦水堰设置于所述实验水槽内部两端，被配置用于控制所述实验水槽中水流的流态；

11、所述截止阀分别设置于所述实验管道上下游以及所述实验水槽进水管中，被配置用于控制所述实验水槽进水管以及实验管道中水流的流量以及管道畅通度；

12、所述可调节拦水堰结合所述实验管道中的截止阀被配置用于控制所述实验水槽中的水深；

13、所述下游水槽进水管以及下游水槽排水管分别设置于下游水槽的侧壁上，所述下游水槽进水管位于所述下游水槽排水管的上部，所述下游水槽进水管与下游水槽排水管被配置用于控制所述下游水槽中的水位，能够模拟所述实验管道出口处于不同淹没度的状态。

14、可选地，所述测量组件包括流量计以及压力传感器；

15、所述流量计设置在所述实验管道以及实验水槽进水管中，被配置用于测量所述实验水槽进水管以及实验管道中水流的流量；

16、所述压力传感器设置在所述实验水槽以及实验管道中，被配置用于测量所述实验水槽的水深以及实验管道内的压力。

17、可选地，所述雨水井具有雨水口以及雨水井出口，所述雨水口连接所述实验水槽下端，所述雨水井出口连接所述实验管道上端；所述蓄水箱侧壁上具有蓄水箱进水管。

18、第二方面，本发明提供一种应用如第一方面所述的研究雨水井溢流特征的实验装置的研究雨水井溢流特征的实验方法，包括：

19、连通所述蓄水箱-实验水槽、蓄水箱-实验管道、实验水槽-实验管道以及实验管道-下游水槽；

20、调节所述实验水槽与所述实验管道内水流的流量以及管道畅通度并调节所述下游水槽中的水位，模拟地表、地下管道以及河道之间不同的水流交换过程；

21、在所述不同的水流交换过程下，研究上游流量、管道通畅度、管道出口淹没度对雨水井溢流特征的影响。

22、可选地，所述连通所述蓄水箱-实验水槽、蓄水箱-实验管道以及实验管道-下游水槽，包括：

23、打开蓄水箱进水管，使所述蓄水箱中蓄满水；

24、打开所述实验水槽进水管和实验管道上的截止阀，使所述蓄水箱中的水流进入所述实验水槽和实验管道，并使所述实验水槽和实验管道的水流流入所述下游水槽。

25、可选地，所述调节所述实验水槽与所述实验管道内水流的流量以及管道畅通度，包括：

26、调节所述实验水槽进水管以及实验管道上游截止阀并结合流量计读数控制所述实验水槽与所述实验管道内水流的流量，并调节实验管道下游截止阀实现不同的管道通畅度，使实验水槽与实验管道进行不同的水流交换过程并使雨水井处于不同的溢流状态，模拟不同的上游流量以及管道通畅度。

27、可选地，所述调节所述下游水槽中的水位，包括：

28、测量下游水槽中的水深，并根据所述水深数据控制所述下游水槽进水管和下游水槽排水管进出水调节水位，使所述实验管道出口处受到不同的水位压力差，模拟不同的管道出口淹没度。

29、可选地，所述在所述不同的水流交换过程下，研究上游流量、管道通畅度、管道出口淹没度对雨水井溢流特征的影响，包括：

30、根据雨水井溢流状态将水流交换过程分为雨水井自由堰流入管道状态、雨水井淹没孔流入管道状态、雨水井淹没溢流状态和末端水流倒灌溢流状态；

31、在不同状态下通过压力传感器测量的水深和压力、流量计测得的流量、以及下游水槽中的水深，研究上游流量、管道通畅度、管道出口淹没度与雨水井溢流深度、实验管道排放能力的关系。

32、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本申请中的实验装置能够系统地模拟不同雨水条件下地表和管道、河道之间复杂的雨水交换过程，并通过灵活调节雨水管道结构或控制溢流，可调节上游流量、管道通畅度、管道出口淹没度，方便研究不同水流和管道条件下雨水井溢流的变化情况，进而分析出雨水井溢流的特征，为科学调控城市雨水管理提供参考。

技术特征：

1.一种研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，包括：实验水槽（6）、实验管道（10）、下游水槽（12）、雨水井（9）、水流状态变化调节组件以及测量组件，所述实验水槽（6）、实验管道（10）以及下游水槽（12）之间相互连通，其分别被配置用于模拟地表、地下管道以及河道；

2.根据权利要求1所述的研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，还包括蓄水箱（2），所述蓄水箱（2）具有足够的容量用于模拟暴雨汇水流量，所述实验水槽（6）具有实验水槽进水管（3），所述蓄水箱（2）设置于所述实验水槽进水管（3）进口处以及所述实验管道（10）首端进口处，其与所述实验水槽（6）以及实验管道（10）分别连通。

3.根据权利要求2所述的研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，所述水流状态调节变化组件包括可调节拦水堰（7）、截止阀（4）、下游水槽进水管（13）以及下游水槽排水管（14）；

4.根据权利要求3所述的研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，所述测量组件包括流量计（5）以及压力传感器（11）；

5.根据权利要求1所述的研究雨水井溢流特征的实验装置，其特征在于，所述雨水井（9）具有雨水口（8）以及雨水井（9）出口，所述雨水口（8）连接所述实验水槽（6）下端，所述雨水井（9）出口连接所述实验管道（10）上端；所述蓄水箱（2）侧壁上具有蓄水箱进水管（1）。

6.一种应用如权利要求5所述的研究雨水井溢流特征的实验装置的研究雨水井（9）溢流特征的实验方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的研究雨水井溢流特征的实验方法，其特征在于，所述连通所述蓄水箱（2）-实验水槽（6）、蓄水箱（2）-实验管道（10）以及实验管道（10）-下游水槽（12），包括：

8.根据权利要求7所述的研究雨水井溢流特征的实验方法，其特征在于，所述调节所述实验水槽（6）与所述实验管道（10）内水流的流量以及管道畅通度，包括：

9.根据权利要求8所述的研究雨水井溢流特征的实验方法，其特征在于，所述调节所述下游水槽（12）中的水位，包括：

10.根据权利要求9所述的研究雨水井溢流特征的实验方法，其特征在于，所述在所述不同的水流交换过程下，研究上游流量、管道通畅度、管道出口淹没度对雨水井（9）溢流特征的影响，包括：

技术总结本发明公开了一种研究雨水井溢流特征的实验装置及方法，属于雨水排水技术领域，所述实验装置包括：实验水槽、实验管道和下游水槽分别用于模拟地表、地下管道和河道；所述水流状态变化调节组件用于调节所述实验水槽、实验管道和下游水槽中的水流状态，能够模拟不同的地表、地下管道和河道水流状态；所述测量组件用于测量研究雨水井溢流特征所需的特征参数；所述实验管道用于提供实验水槽和下游水槽之间的水流交换通道，能够模拟地表和河道之间不同的水流交换情况；所述雨水井用于提供实验水槽和实验管道之间的水流交换通道，能够模拟地表和地下管道之间不同的水流交换情况，从而能够全面地研究雨水井溢流特征，为科学调控城市雨水管理提供参考。技术研发人员：汪静娴,逄敏,张宇超,闵畅,王者,逄勇受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29