針對不同匯流面積的雨水採集裝置及採集方法
2023-10-31 04:00:47 2
專利名稱：針對不同匯流面積的雨水採集裝置及採集方法
技術領域：
本發明屬於水文檢測技術領域，涉及一種針對不同匯流面積的雨水採集裝置；本發明還涉及一種針對不同匯流面積的雨水採集方法。
背景技術：
隨著城市水資源的日益緊張，環境壓力的日漸增大，雨水利用成為解決城市水資源緊缺的一個有效措施。對雨水進行合理採集和應用不僅可以控制地面的水體汙染，還可以及時補充地下水。近些年國內外都在積極開展雨水回用方面的研究，出現了各種雨水處理的方法及回用技術。而雨水要得到充分有效的處理與利用，首先需要明確一場降雨產生的徑流過程中汙染物的種類與濃度，並且了解汙染物隨徑流產生時間變化的規律。而這些都與研究區的地表狀況、空氣汙染程度、降雨量、雨強及降雨頻率分布等因素有關。對於上述內容的研究需要進行科學、規範的實驗，對大量的實測數據進行系統分析後，才能夠得出可用於實際操作的結論。經驗表明，降雨初期徑流中的汙染物含量最高，因而對於降雨初期棄雨的採集與處理成為研究的熱點。目前關於雨水水質採集分析大都粗略地認定初期棄雨量為2-5mm或 6-8mm，很多實驗都是按照降雨時間來採集分析雨水水質，對於初期棄雨量並沒有統一的標準；現有研究對於初期棄雨水質的分析，大都沒有明示雨水採集的具體時間和能夠作為初期棄雨的雨量，對於汙染物濃度最大的初期降雨徑流部分沒有一個明確的界限和標準。因此，如何根據降雨產生徑流過程中水質變化過程來制定一個界定初期棄雨量的標準，以及如何確定實驗的結果具有代表性和規範性，使其在統一基準上進行對比，成為急需解決的一個實際技術問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種針對不同匯流面積的雨水採集裝置，按照採集量來進行過程採集，解決現有降雨水質採集過於籠統，沒有統一標準，不便於數據共享和交流的問題，並解決了如何選擇合適的徑流匯流面積作為代表面積進行試驗的問題。本發明的另一目的是提供一種針對不同匯流面積的雨水採集方法。本發明所採用的技術方案是，一種針對不同匯流面積的雨水採集裝置，包括降雨徑流採集管道和多個採集器，降雨徑流採集管道由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道上端與面積採集盤聯通，水平段的降雨徑流採集管道同時等間距的與每個採集器依次聯通。本發明所採用的另一技術方案是，一種針對不同匯流面積的雨水採集方法，該方法採用了一種基於降雨全過程的雨水採集裝置，該裝置結構是，包括降雨徑流採集管道和多個採集器，降雨徑流採集管道由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道上端與面積採集盤聯通，水平段的降雨徑流採集管道同時與每個採集器依次聯通，利用上述的裝置，按照以下步驟具體實施
步驟1、根據實施地區多年的降雨資料，確定出平均單次降雨量和最大降雨量，然後按照平均單次降雨量設定採集器的個數及單個容器採集雨量深度，按照最大降雨量來設置所有採集器的總雨量深度；步驟2、徑流採集器的容積按照降雨深度mm數設置，初期徑流按照2_雨量依次間隔設置，一直設置到20mm，即採集器No. 1採集的是降雨產生徑流最初0_2mm徑流量，採集器No. 2採集的是降雨產生徑流4mm之前的量，採集器No. 3採集的是降雨產生徑流6mm之前的量，依次類推，至採集器No. 10徑流總量為20mm ；之後按照5mm徑流作為遞增單位量繼續編號，直至全部徑流採集器設置完成；步驟3、在實施地區，將水平段的降雨徑流採集管道依次與每個採集器聯通，將豎直段的降雨徑流採集管道與面積採集盤連接，進行雨水採集。本發明的特徵還在於，所述的步驟3中的面積採集盤的面積大小確定方法是3. 1)首先按照1平方米、5平方米、10平方米試取三個採樣面積，採用上述雨水採集裝置進行採樣，同步在每個容器沒灌滿之前取整個實驗區徑流水樣作為實際水樣；3. 2)對上步得到的四組對應的水樣水質進行測定，將結果進行對比，代表性採樣匯流面積系統的水質總是與實際最為一致，尋找能夠滿足要求的面積最小的一個採樣面積；3. 3)如果四組結果都一致，表明最小的1平方米採樣面積就足以作為實驗採樣面積來進行降雨分析，則選取1平方米採樣面積；如果三組結果與實際都有較明顯差異，表明10平方米的採樣面積還不足以代表實際，則需要增加面積，再加設20平方米、40平方米採樣面積做同樣的實驗進行分析，直至找到不發生明顯偏差的最小面積；3. 4)根據實驗結果整理出不同地表應該選取的採樣面積值，即面積採集盤的面積值。本發明的有益效果是，能夠在性質相同的地表如屋面、城市路面、綠地等進行雨水採集處理，並根據採集處理的數據推算出綜合地表狀況的水質並與真實情況進行對比驗證。1)採用徑流採集量來進行過程分析，克服採用時間段分析降雨徑流水質由於雨強變化太大而引起的衝擊力過強，使降雨徑流中汙染物過多而無法統一比較結果的缺點。2、能夠將各種不同降雨情形下，所採集到的實驗數據放在統一基準上進行分析對比，克服目前大量實驗由於不夠規範或者目標稍有差異時，導致實驗數據無法相互借鑑和比較，從而造成反覆試驗，而結果不具備通用性的弊端。
圖1是本發明的雨水採集裝置結構示意圖。圖中，1.降雨徑流採集管道，2.採集器，3.面積採集盤。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。如圖1所示，本發明的雨水採集裝置的結構是，包括降雨徑流採集管道1和多個採集器2，降雨徑流採集管道1由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道1上端與面積採集盤3聯通，用於採集一定面積的雨水，水平段的降雨徑流採集管道1同時 與每個採集器2依次聯通，各個採集器2在採集管道1上等間距排列，其主要用於雨水的過程分段採集，每個採集器2的容量預先設定。本發明的裝置實施例，按照圖1所示順序依次將雨水採集到過程分段採集器2中，
即徑流首先進入採集器No. 1，容器滿後再流入採集器No. 2，......依次到最後降雨結束時
流入採集器No. η,每個採集器的容量為1mm。這樣所有採集器2中依次盛裝的就是徑流產生時的第Imm至全部降雨結束時的徑流，即所有採集器雨量之和就是本次降雨產生的徑流量。本發明的基於一場降雨全過程的雨水採集裝置和雨水採集方法，按照以下步驟實施第一部分雨水採集裝置的確定步驟1 確定實施地區中平均單次降雨量和最大降雨量，通過查閱實施地區的歷史降雨資料確定出平均單次降雨量和最大降雨量。步驟2 確定採集器2的個數及單個容器採集雨量深度按照平均單次降雨量設定採集器2的個數及單個容器採集雨量深度。同時，按照最大降雨量來設定所有採集器2的總雨量深度。徑流採集器2的容積按照降雨深度(mm) 來設置，為了清楚的界定降雨徑流水質變化規律，初期徑流按照2mm雨量依次間隔設置，一直設置到20mm，即採集器No. 1採集的是降雨產生徑流最初0-2mm徑流量，採集器No. 2採集的是降雨產生徑流4mm之前的量(第二個2mm徑流量)，採集器No. 3採集的是降雨產生徑流6mm之前的量(第三個2mm徑流量)，依次類推，至採集器No. 10徑流總量為20mm。之後可以按照5mm徑流作為遞增單位量繼續編號，直至全部徑流採集器設置完備。步驟3 確定採集器2的單個採集體積根據步驟2編排的採集降雨深度，根據匯流面積(即採集盤3的面積)計算出對應採集器需要的容積，設定每個採集器2 ；將上述的裝置設置在實施地區，進行雨水採集。第二部分確定實驗需要的代表匯流面積(即採集盤3的面積)的標準規範方法對於匯集面積較小的實施區域，可以直接根據實際面積進行以上部分的設計，然而大多數時候，雨水研究往往面對的是流域範圍，因此採集全部雨水是不切實際的。在實際進行批量實驗採集大量數據時，需要選擇一個足以代表大面積雨水徑流特性的樣本面積。 而本方法就是針對這樣的需求來設定一套規範的程序以確定採樣面積，保證在何時何地所做的類似實驗數據都可以用來共享與對比，避免了大量類似實驗因為不統一而使結果難以進行比較的缺點，從而減少重複實驗。步驟1 首先按照1平方米、5平方米、10平方米試取三個採樣面積，採用上述雨水採集裝置進行採樣，同步在每個容器沒灌滿之前取整個實驗區徑流水樣作為實際水樣。步驟2 對這四組對應的水樣水質進行測定，結果進行對比，代表性採樣匯流面積系統的水質總是與實際最為一致。一般來說面積越大越接近實際情況。本方法要找的是滿足要求的面積最小的一個採樣面積。步驟3 如果四組結果都一致，即在同一圖示上做出的4組數據的曲線趨於一條直線，表明最小的1平方米採樣面積就足以作為實驗採樣面積來進行降雨分析，那就選取1平方米採樣面積；
如果三組結果與實際都有較明顯差異，即做出的曲線出現明顯的波動，表明10平方米的採樣面積還不足以代表實際，選擇波動曲線中轉折點以前的面積作為最小匯流面積，在此基礎上再加設20平方米、40平方米採樣面積做同樣的實驗進行分析，直至做出的曲線趨於一條直線，最終找到不發生明顯偏差的最小面積。步驟4:根據實驗結果分別整理出不同地表應該選取的採樣面積值，為類似實驗積累基礎數據，期間需要考慮到不同實施地區坡度、降雨強度與雨量及降雨歷時等外界因
素的影響。步驟5 在步驟4的基礎上，製作出過程分段採集器的標準容積，來實現標準化實驗，實驗結果用於相關研究人員分析與對比，達到實驗數據共享。本發明裝置及方法，無論對自然降雨、人工降雨還是流經地表形成的徑流均適合進行雨水採集處理，最終通過綜合對比水質均可得出相關科學結論。
權利要求
1.一種針對不同匯流面積的雨水採集裝置，其特徵在於包括降雨徑流採集管道(1) 和多個採集器O)，降雨徑流採集管道(1)由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道(1)上端與面積採集盤C3)聯通，水平段的降雨徑流採集管道(1)同時等間距的與每個採集器( 依次聯通。
2.一種針對不同匯流面積的雨水採集方法，其特徵在於該方法採用了一種基於降雨全過程的雨水採集裝置，該裝置結構是，包括降雨徑流採集管道(1)和多個採集器O)，降雨徑流採集管道(1)由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道(1)上端與面積採集盤C3)聯通，水平段的降雨徑流採集管道(1)同時與每個採集器( 依次聯通，利用上述的裝置，按照以下步驟實施步驟1、根據實施地區多年的降雨資料，確定出平均單次降雨量和最大降雨量，然後按照平均單次降雨量設定採集器O)的個數及單個容器採集雨量深度，按照最大降雨量來設置所有採集器O)的總雨量深度；步驟2、徑流採集器O)的容積按照降雨深度mm數設置，初期徑流按照2mm雨量依次間隔設置，一直設置到20mm，即採集器No. 1採集的是降雨產生徑流最初0_2mm徑流量，採集器No. 2採集的是降雨產生徑流4mm之前的量，採集器No. 3採集的是降雨產生徑流6mm之前的量，依次類推，至採集器No. 10徑流總量為20mm ；之後按照5mm徑流作為遞增單位量繼續編號，直至全部徑流採集器( 設置完成；步驟3、在實施地區，將水平段的降雨徑流採集管道(1)依次與每個採集器( 聯通，將豎直段的降雨徑流採集管道(1)與面積採集盤C3)連接，進行雨水採集。
3.根據權利要求2所述的雨水採集方法，其特徵在於，所述的步驟3中的面積採集盤 (3)的面積大小確定方法是3. 1)首先按照1平方米、5平方米、10平方米試取三個採樣面積，採用上述雨水採集裝置進行採樣，同步在每個容器沒灌滿之前取整個實驗區徑流水樣作為實際水樣；3. 2)對上步得到的四組對應的水樣水質進行測定，將結果進行對比，代表性採樣匯流面積系統的水質總是與實際最為一致，尋找能夠滿足要求的面積最小的一個採樣面積；3. 3)如果四組結果都一致，表明最小的1平方米採樣面積就足以作為實驗採樣面積來進行降雨分析，則選取1平方米採樣面積；如果三組結果與實際都有較明顯差異，表明10平方米的採樣面積還不足以代表實際， 則需要增加面積，再加設20平方米、40平方米採樣面積做同樣的實驗進行分析，直至找到不發生明顯偏差的最小面積；3.4)根據實驗結果整理出不同地表應該選取的採樣面積值，即面積採集盤(3)的面積值。
全文摘要
本發明公開了一種針對不同匯流面積的雨水採集裝置，包括降雨徑流採集管道和多個採集器，降雨徑流採集管道由豎直段和水平段兩段聯通而成，豎直段的降雨徑流採集管道上端與面積採集盤聯通，水平段的降雨徑流採集管道同時等間距的與每個採集器依次聯通。本發明還公開了一種針對不同匯流面積的雨水採集方法，利用上述的裝置，先根據實施地區多年的降雨資料，確定出平均單次降雨量和最大降雨量，然後設定採集器的個數及單個容器採集雨量深度，按照最大降雨量來設置所有採集器的總雨量深度，徑流採集器的容積按照降雨深度設置，最後實施雨水採集。本發明裝置及方法對於降雨水質採集精確，統一了標準，能夠準確的確定合適的徑流匯流面積。
文檔編號G01N1/20GK102156061SQ201110001479
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者劉文龍, 唐雙成, 景衛華, 田露, 袁黃春, 賈忠華, 陳遠 申請人:西安理工大學