專利名稱：用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置， 它設計的植物滯留系統用于對徑流水質影響的動力學研究，并優化植物滯留系統結構。屬于環境工程和生態工程技術領域。
背景技術：
城市非點源污染控制問題是當前國際科學研究和社會關注的焦點。解決水資源缺短、改善水生態與水環境已成為我國長期而艱巨的重要任務。減少地表徑流和控制污染物質進入水體的一項技術措施為植物滯留系統。目前植物滯留系統的結構組成及各組成要素對水質水量運移的影響尚未清楚，同時實驗裝置設計及方法研究尚未完善。為此，植物滯留系統結構優化實驗研究及應用對有效控制城市非點源污染、實現城市可持續發展，保護城市水環境、建立生態城市意義重大。到目前為止，國內還沒有現成的植物滯留系統結構設計和要求，通過實驗研究提供植物滯留系統最優結構為應用植物滯留系統至控制城市非點源污染，減少徑流量及提供低影響的生態措施是迫在眉睫。針對實驗需求本實用新型對水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置進行設計。本實用新型設計的植物滯留系統結構優化試驗裝置具有能同時進行多個實驗過程，受外部因素影響小，實驗條件易于同步控制，費用和占地面積小、而實驗的精確性較高等優點。
發明內容1、目的:本實用新型的目的在于提供一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置。該裝置結構簡單、操作方便、經濟實用、實驗條件易于控制、同一時間可進行多個實驗等，為室內植物滯留系統水質同步模擬最優控制服務。2、技術方案見圖1，本實用新型是一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，它包括儲徑流水箱、水泵、導水管、接頭、支架、徑流孔、PVC細管、PVC細管膠皮塞、 PVC-U管、PVC-U管底座、采樣孔和采樣孔堵塞。它們之間的位置連接關系是儲徑流水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管與放置在支架上的PVC細管上均勻分布的多個的徑流孔相連通，且PVC細管與導水管用接頭相連，PVC 細管的另一端是由PVC細管膠皮塞堵塞。PVC細管上設置有許多方向朝下的徑流孔正對應于PVC-U管之上方，采樣孔設置在從PVC-U管的頂部至底部每間隔20cm的位置。而PVC-U 管的底部由PVC-U管底座封住。所述儲徑流水箱是盒式結構的箱體；所述水泵是基本型蠕動泵，其功能為將儲徑流水箱中的水通過導水管自動抽壓到 PVC細管中；[0011]所述支架是普通金屬結構丫形支架；所述導水管是塑料管，具有導水和給徑流孔供水的作用；所述徑流孔是導水管正對于PVC-U管頂部的地方用鉆頭打出的多排均布的圓孔， 徑流從多排均布圓孔滴入到PVC-U管中；所述PVC-U管是塑料管，其底部與PVC-U管底座用AB膠縫合，具有防水、防腐作用。用于長時間盛裝實驗所用的各種類型的潮濕土壤及碎石等；所述采樣孔是帶螺紋的塑料管，用銅鎖將其固定。此管用于采集土壤中的水樣和監測土壤溫度；所述接頭是市購塑料管接頭，起連接作用；所述PVC細管是塑料管，用于人工徑流；所述PVC細管膠皮塞是與之配套的市購膠皮塞，起堵頭作用；所述PVC-U管底座是圓環狀工程塑料，起穩定作用；所述采樣孔堵塞是與之配套的市購膠皮塞，起堵頭作用；其中，該儲徑流水箱的材質為有機玻璃；其長、寬、高尺寸為475mm-525mm、 475mm-525mm> 475mm-525mm ；其中，該水泵的型號為BT100-2J、泵頭為H1515X ；其中，該徑流孔共10排，孔的直徑為Imm ；其中，該導水管的厚度為2mm、外徑為20mm ；其中，該采樣孔的內徑為10mm、厚度為2mm、長度為30mm ；其中，該PVC細管的厚度為2mm、外徑為24mm、長度為2200mm;其中，該實驗PVC-U管的高度為lm、外徑為21cm，厚度為5mm，數量為10個；其中，PVC-U管底座的厚度為5mm、外徑為22cm、高度為5cm，數量為10個。本實用新型工作流程如下水泵把配置好的人工徑流從儲徑流水箱抽到導水管中，10排徑流孔分布在PVC細管與PVC-U管頂部的接觸部位，人工徑流用泵抽到導水管中，通過調解水泵流量計來完成徑流流速，導水管與PVC細管以接頭連接，且PVC細管兩邊由1. 1米高度的支架來保持導水管在一條水平線上，由泵打入導水管中的徑流由在PVC細管上的徑流孔均勻噴灑人工徑流到10個PVC-U管開口處，徑流孔是由Imm的鉆頭打出的鉆孔。實驗主體裝置是PVC-U管， 包括表面徑流滯留層，種植土壤覆蓋層，植被及種植層，第一、第二、第三、第四、第五個采樣口、砂濾層及碎石層。實驗主題裝置以PVC作為實驗材料，達到節約費用的目的，并應用哥倆好和AB膠處理采樣管與實驗主題裝置之間的接縫與其達到防止漏水的目的。由于采用了上述技術方案，本實用新型的植物滯留系統結構優化研究的實驗裝置采用的采樣管可以采集不同時間和空間分布情況下的水樣，使用可調式水泵可以調節徑流流量，并同時能進行土壤含水量、土壤溫度及水量監測，并用于人工徑流條件下植物滯留系統結構優化過程。3、優點及功效本實用新型在人工徑流條件下的一種基于水質最優控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，主體結構由輕便、廉價、易于加工的PVC管組成，并具有結構簡單，可調節徑流強度、造價低，實現了土壤水樣的不同時間和空間結構下的采集，不僅可節約勞動量同時在同一時間、相同條件下可運行多個因素變化的土柱試驗過程，提高了實驗的有效性和精度，實驗過程受外部因素影響小，使實驗更具有實際操作性。
圖1本實用新型的植物滯留系統結構優化實驗裝置總體結構示意圖圖2本實用新型植物滯留系統的主體設備即PVC-U的結構示意圖圖3本實用新型植物滯留系統的主體設備即PVC-U的正面示意圖圖4本實用新型植物滯留系統的主體設備即PVC-U的俯瞰示意圖圖5本實用新型的PVC細管及徑流孔示意圖圖中符號說明如下1儲徑流水箱；2水泵；3導水管；4接頭；5支架；6徑流孔；7PVC細管；8PVC細管膠皮塞；9PVC-U管；10PVC-U管底座；11采樣孔；12采樣孔堵塞；13表面徑流滯留層；14種植土壤覆蓋層；15植被及種植層；16砂濾層；17碎石層；18第一采樣口 ；19第二采樣口 ；20 第三采樣口 ；21第四采樣口 ；22第五采樣口。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步詳細描述本實用新型提出的用于建立人工徑流條件下的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，圖1為該裝置的總體結構示意圖，配置好的人工徑流儲存在儲徑流水箱1中，并用水泵2通過導水管3將人工徑流導入放在支架5上的PVC細管7中，水泵2通過流量計可以調節徑流流量，由水泵2打入PVC 細管7的徑流通過PVC細管7的均勻分布徑流孔6均勻噴灑到PVC-U管9的上頂部，PVC-U 管9的底部是由PVC-U管底座10封住，導水管3的一端接水泵2另一端用接頭與PVC細管 7連接，而PVC細管7的另一端用膠皮塞9塞住，防治人工徑流的流失。當水泵2開啟并調節流量后人工徑流可迅速分布在PVC細管7中，通過徑流孔6均勻噴灑到PVC-U管9的上頂部，這樣完成自動同時間多個植物滯留系統的模擬人工徑流過程。人工徑流滲過模擬實驗的主體設備即PVC-U管9，并通過滲濾、蒸發、土壤吸附、生物吸收、微生物降解、覆蓋層表面截留等作用，降低徑流流量和去除人工徑流中污染物。滲過各土層的人工徑流可通過采樣孔11 (共有五層)采集水樣并進行分析，采樣孔11在不采集樣品時用采樣孔堵塞12塞住，以便計算系統水量平衡。基于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置的主體設備的結構為圖2所示，包括表面徑流滯留層13，該層深度Ii1為15cm ；種植土壤覆蓋層14，該層深度Ii2為 5cm，主要成分為樹皮(bark)或干草；在種植土壤覆蓋層14底部及植被及種植層15的最上端設有第一采樣孔18 ；植被及種植層15深度1 為60cm，主要成分為砂壤土和有機物，該層設有第二采樣孔19、第三采樣孔20、第四采樣孔21，且位置依次設在距植被及種植層15頂端20cm、40cm、60cm處；砂濾層16深度h4為IOcm ；碎石層17深度h5為IOcm ；第五采樣孔 22設在PVC-U管最底部。見圖1，本實用新型是人工徑流條件下的一種基于水質同步模擬控制植物滯留系統結構優化實驗裝置，它包括儲徑流水箱1、水泵2、導水管3、接頭4、支架5、徑流孔6、PVC 細管7、PVC細管膠皮塞8、PVC-U管9、PVC-U管底座10、采樣孔11和采樣孔堵塞12。它們之間的位置連接關系是儲徑流水箱1的下部出口與水泵2進水口相連，水泵2的出水口通過導水管3與放置在支架5上的PVC細管7上均勻分布的多個的徑流孔6相連通，且PVC細管7與導水管3用接頭4相連，并PVC細管7的另一端是由PVC細管膠皮塞8堵塞。PVC細管7上設置有許多方向朝下的徑流孔6正對應于PVC-U管9之上方，采樣孔11設在從PVC-U管9的頂部至底部每間隔20cm的位置，采樣孔11在不采集樣品時用采樣孔堵塞12塞住，以便計算系統水量平衡。而PVC-U管9的底部由PVC-U管底座10封住。所述儲徑流水箱1是盒式結構的箱體，材質為有機玻璃；其長、寬、高尺寸為 500mm、500mm、500mmo所述水泵2是基本型蠕動泵、型號為BT100-2J、泵頭H1515X、功能為將儲徑流水箱中的水通過導水管自動抽壓到PVC細管中；所述導水管3是16#塑料管、具有導水的作用；所述接頭4是市購塑料管接頭，防止兩管接口處漏水。所述支架5是普通金屬結構丫形支架，其高度為1. 1米。所述徑流孔6是PVC細管7上用電鉆鉆出的直徑為Imm的10排均布的圓孔，徑流從圓孔滴入到PVC-U管9中；所述PVC細管7是長度為2200mm，外徑為Mem、厚度為2mm，此管水平放置在兩個支架5上，用于人工降雨過程。所述PVC細管膠皮塞8是直徑在19-21mm之間漸變的長度為3mm的膠皮塞。所述PVC-U管9是是長為lm、內徑為20cm，外徑為21cm的塑料圓管，并等間隔設有5個采樣孔11，采樣孔11接縫口處用玻璃膠縫合，具有較強的防水、防腐作用。用于長時間盛裝實驗所用的各種類型的潮濕土壤及碎石等；所述PVC-U管底座10是厚度為5mm、外徑為22cm、高度為5cm，封堵PVC-U管底部的作用，接縫處采用AB膠縫合，防止水樣流失。所述采樣孔11的厚度為2mm、外徑為14mm、長度為30mm，功能為采集水樣。所述采樣孔堵塞12是直徑在12-15mm之間漸變的長度為3mm的膠皮塞，不采集樣品時用采樣孔堵塞12塞住，以便計算系統水量平衡。基于水質最優控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置的主體設備即PVC-U管的結構為圖2所示，包括表面徑流滯留層13，該層深度Ill為15cm ；種植土壤覆蓋層14，該層深度Ii2為5cm，主要成分為樹皮(bark)或干草；在種植土壤覆蓋層14底部及植被及種植層 15的最上端設有第一采樣孔18 ；植被及種植層15深度Ii3為60cm，主要成分為砂壤土和有機物，該層設有第二采樣孔19、第三采樣孔20、第四采樣孔21，且位置依次設在距植被及種植層15頂端20cm、40cm、60cm處；砂濾層16深度h4為IOcm ；碎石層17深度h5為IOcm ；第五采樣孔22設在PVC-U管最底部，目的是分析系統結構對水質的影響。圖3為基于水質最優控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置的主體設備即PVC-U 管的側面示意圖，長度、外徑、內徑分別為1000mm、210mm、200mm的PVC管，設有等間隔采樣孔，共5層，且PVC-U管底座厚度為5mm，外徑為220mm，高度為5cm，封堵PVC-U管底部的作用。
6[0061]圖4為基于水質最優控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置的主體設備即PVC-U 管的俯瞰示意圖，從圖可見采樣孔長度為30mm，外徑為14mm、厚度為2mm、用于采集土壤中的水樣。圖5為PVC細管7及徑流孔6示意圖，從圖可見PVC細管7厚度為2mm，內徑為 20mm,長度為2200mm。管表面朝下1/2面積上，每間隔20cm處打上10排直徑為Imm的小孔，此管水平放置在支架5上，為人工降雨所用。
權利要求1.用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于它由儲徑流水箱、水泵、導水管、接頭、支架、徑流孔、PVC細管、PVC細管膠皮塞、PVC-U管、PVC-U管底座、采樣孔和采樣孔堵塞組成，儲徑流水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管與放置在支架上的PVC細管上均勻分布的多個的徑流孔相連通，且PVC細管與導水管用接頭相連，PVC細管的另一端是由PVC細管膠皮塞堵塞，PVC細管上設置有許多方向朝下的徑流孔正對應于PVC-U管之上方，采樣孔設置在從PVC-U管的頂部至底部每間隔 20cm的位置，而PVC-U管的底部由PVC-U管底座封住；所述儲徑流水箱是盒式結構的箱體； 所述水泵是基本型蠕動泵； 所述支架是普通金屬結構丫形支架； 所述導水管是塑料管；所述徑流孔是導水管正對于PVC-U管頂部的地方用鉆頭打出的多排均布的圓孔；所述PVC-U管是塑料管，其底部與PVC-U管底座用AB膠縫合；所述采樣孔是帶螺紋的塑料管，用銅鎖將其固定；所述PVC細管是塑料管；所述PVC-U管底座是圓環狀工程塑料。
2.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該儲徑流水箱的材質為有機玻璃，其長、寬、高尺寸為475mm-525mm、 475mm-525mm、475mm-525mm0
3.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該水泵的型號為BT100-2J、泵頭為H1515X。
4.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該徑流孔共10排，孔的直徑為1mm。
5.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該導水管的厚度為2mm、外徑為20mm。
6.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該采樣孔的內徑為10mm、厚度為2mm、長度為30mm。
7.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該PVC細管的厚度為2mm、外徑為24mm、長度為2200mm。
8.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該實驗PVC-U管的高度為lm、外徑為21cm，厚度為5mm，數量為10個。
9.根據權利要求1所述的一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，其特征在于該PVC-U管底座的厚度為5mm、外徑為22cm、高度為5cm，數量為10個。
專利摘要一種用于水質同步模擬控制的植物滯留系統結構優化實驗裝置，它包括儲徑流水箱、水泵、導水管、接頭、支架、徑流孔、PVC細管、PVC細管膠皮塞、PVC-U管、PVC-U管底座、采樣孔和采樣孔堵塞。儲徑流水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管與放在支架上的PVC細管上均布的徑流孔相連，PVC細管與導水管用接頭相連，PVC細管的另一端是由PVC細管膠皮塞堵塞。PVC細管上有許多方向朝下的徑流孔正對應于PVC-U管之上方，采樣孔設置在從PVC-U管的頂部至底部每間隔20cm的位置，而PVC-U管的底部由PVC-U管底座封住。本實用新型結構簡單，造價低，它在環境工程和生態工程領域里有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N33/18GK201965127SQ20112005740
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者姜榮, 張學君, 楊曉華, 美英, 郭亞男 申請人:北京師范大學