【CN110006806A】海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置及测试方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910335105.5
(22)申请日 2019.04.24
(71)申请人 石家庄市政设计研究院有限责任公
司
地址 050000 河北省石家庄市长安区建设
南大街35号
(72)发明人 魏立峰　关彤军　赵彦辉　马志中　
杨陈　孟海英　刘娇　
(51)Int.Cl.
G01N 15/08(2006.01)
(54)发明名称
海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试
装置及测试方法
(57)摘要
本发明公开了一种海绵城市种植土绿化带
现场渗透系数测试装置，包括上套筒、下套筒、降
水系统以及水位监控系统；所述上套筒连接在下
套筒上端，所述下套筒埋设于种植土内；所述降
水系统包括设置于上套筒上方的降水喷头，所述
降水喷头外接有水源；所述水位监控系统包括设
置于上套筒底部的水位计，所述水位计与上套筒
外部的数据采集装置相连接。

本发明针对种植土
碎石绿化带海绵道路结构，该装置可以现场测试
不同时期种植土的渗透性能，为种植土绿化带海
绵道路结构长期工作性能评估提供基础数据。

权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 110006806 A 2019.07.12
C N 110006806
A
1.一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：包括上套筒（1）、下套筒（2）、降水系统以及水位监控系统；
所述上套筒（1）连接在下套筒（2）上端，所述下套筒（2）埋设于种植土（100）内；
所述降水系统包括设置于上套筒（1）上方的降水喷头（3），所述降水喷头（3）外接有水源；
所述水位监控系统包括设置于上套筒（1）底部的水位计（4），所述水位计（4）与上套筒
（1）外部的数据采集装置（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述上套筒（1）与下套筒（2）的直径相同，为60cm -100cm。

3.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述下套筒（2）下端连通至碎石层（200），上端面低于种植土（100）表面，筒内区域与种植土（100）其他区域相同，也种植绿植。

4.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述上套筒（1）与下套筒（2）之间进行密封连接，所述上套筒（1）的下端面和/或下套筒（2）的上端面设置有凹槽，所述凹槽内设置有密封圈（6）。

5.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述降水系统还包括蓄水箱（7）以及设置在蓄水箱（7）外的水泵（8），所述水泵（8）通过管路与降水喷头（3）连接，所述管路上连接有流量计（9）。

6.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述降水喷头（3）设置在上套筒（1）的上开口，所述降水喷头（3）上均匀分布有喷水孔，喷水孔沿上套筒（1）的内腔截面均匀分布。

7.根据权利要求1所述的海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，其特征在于：所述数据采集装置（5）上设置有显示屏，通过显示屏实时显示上套筒（1）内的水位。

8.一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试方法，其特征在于，步骤如下：
在种植土（100）处进行挖坑，下套筒（2）随种植土（100）回填，填埋于种植土（100）内；测量渗透系数时，通过清理露出下套筒（2）上端口，将上套筒（1）与下套筒（2）连接；蓄水箱（7）蓄满水，开启水泵（8）的电源，通过流量计（9）控制流量，通过降水喷头（3）降水，使得种植土（100）饱水，然后继续降水使得上套筒（1）内水位达到一定高度，停止降水；
水位稳定后，通过水位计（4）等时间间隔多次测量筒内水位，计算种植土（100）的饱水渗透系数，完成种植土（100）绿化带渗透系数测量。

权　利　要　求　书1/1页CN 110006806 A
海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置及测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及城市市政设计施工的技术领域，尤其是涉及一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置及测试方法。

背景技术
[0002]种植土绿化带海绵城市道路结构的工作原理为：机动车道或广场不透水路面的雨水顺路面横坡，流入下凹种植土绿化带内，通过种植土绿化带渗入地下，补给地下水。

种植土绿化带是双层结构，上层为60-80cm种植土，渗透系数不小于1cm/h，下层为级配碎石，粒径为3-5cm。

碎石层孔隙比一般为0.4左右，孔隙空间大，能够存储来不及入渗地下的雨水。

碎石层下接原位地层，道路径流雨水经种植土、碎石层逐渐渗入到原位地层内。

若原位地层渗透性差，可以设置碎石渗水井，与地下良性排水地层相通，加速雨水入渗。

种植土层种植草、树等植物。

道路径流雨水渗透通过种植土时，种植土对多孔结构，孔隙骨架阻截、吸附雨水内的悬浮物等污染物，使得入渗雨水水质得到净化。

然而，种植土不停截留雨水内的悬浮物等污染物，使得土体孔隙堵塞，种植土渗透性能随时间逐渐下降。

[0003]作为一种海绵城市道路结构，种植土碎石绿化带投资巨大，承载着城市生态环境改善和保护的重任，建成后其长期渗水性能究竟如何演化，运行一段时间后淤堵是否使得其渗水性能大幅下降，其渗水性能是否还能满足海绵城市建设目标要求，目前尚不清楚。

很明显，若能对建成的种植土绿化带的渗透性能进行长期现场监测，对于完善种植土绿化带设计、评估其长期工作性能和经济效益都极为关键。

[0004]目前，国内外对海绵城市设计理论与技术开展了很多研究。

许多海绵城市结构如透水路面、透水路面砖、雨水花园和生物滞留绿地、种植土-碎石绿化带等已应用于我国海绵城市建设中。

然而，目前研究主要集中于这些结构的设计计算方法方面，少有研究关注其长期工作性能。

总体上，国内外尚鲜见海绵城市结构长期渗水性能现场监测和测试方面的报道，对于种植土绿化带长期渗透性能的现场测试方面的研究更未见有报导。

发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，针对种植土碎石绿化带海绵道路结构，该装置可以现场测试不同时期种植土的渗透性能，为种植土绿化带海绵道路结构长期工作性能评估提供基础数据。

[0006]本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，包括上套筒、下套筒、降水系统以及水位监控系统；
所述上套筒连接在下套筒上端，所述下套筒埋设于种植土内；
所述降水系统包括设置于上套筒上方的降水喷头，所述降水喷头外接有水源；
所述水位监控系统包括设置于上套筒底部的水位计，所述水位计与上套筒外部的数据采集装置相连接。

[0007]通过采用上述技术方案，本发明中由上套筒和下套筒组成独立的渗水环境，由上套筒形成积水通道，下套筒形成渗透通道，由降水喷头向上套筒内不断地提供水源，形成积水环境，积水会通过种植土向下渗透，并且渗透面局限在下套筒内，通过水位计监控上套筒内的水位变化，并将监测数据传递到数据采集装置，方便监测人员收集数据。

[0008]本发明进一步设置为：所述上套筒与下套筒的直径相同，为60cm-100cm。

[0009]通过采用上述技术方案，上套筒和下套筒的直径相同，使积水能够正常竖直下渗，而不会出现向外扩散或者向内的情况，套筒的直径适宜，既能够保证足够的实验面积来完成试验，又能够减少水源的浪费。

[0010]本发明进一步设置为：所述下套筒下端连通至碎石层，上端面低于种植土表面，筒内区域与种植土其他区域相同，也种植绿植。

[0011]通过采用上述技术方案，将整个装置内外形成隔离，还原内部的环境，内部也成为一个小的渗透系统，渗透的水能够通过碎石层排走，不会影响上层种植土层的正常渗透，保证实验的准确性。

[0012]本发明进一步设置为：所述上套筒与下套筒之间进行密封连接，所述上套筒的下端面和/或下套筒的上端面设置有凹槽，所述凹槽内设置有密封圈。

[0013]通过采用上述技术方案，上套筒和下套筒之间通过密封圈进行密封，避免积水从两个套筒的连接缝渗出，能够减少水源的浪费，减少实验的测量误差。

[0014]本发明进一步设置为：所述降水系统还包括蓄水箱以及设置在蓄水箱外的水泵，所述水泵通过管路与降水喷头连接，所述管路上连接有流量计。

[0015]通过采用上述技术方案，通过蓄水箱和水泵为降水喷头提供稳定的水源，流量计控制流量，避免水压过大而冲击破坏种植土结构。

[0016]本发明进一步设置为：所述降水喷头设置在上套筒的上开口，所述降水喷头上均匀分布有喷水孔，喷水孔沿上套筒的内腔截面均匀分布。

[0017]通过采用上述技术方案，降水喷头盖合在上套筒上方，减少上套筒内部水分的蒸发，减小实验误差；喷水孔沿上套筒内腔均匀分布，能够形成竖向的渗流，使上套筒内的种植土表层均匀受力，减小对土层的破坏。

[0018]本发明进一步设置为：所述数据采集装置上设置有显示屏，通过显示屏实时显示上套筒内的水位。

[0019]通过采用上述技术方案，通过显示屏显示套筒内的水位变化，方便工作人员观察和记录。

[0020]一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试方法，步骤如下：
在种植土处进行挖坑，下套筒随种植土回填，填埋于种植土内；
测量渗透系数时，通过清理露出下套筒上端口，将上套筒与下套筒连接；
蓄水箱蓄满水，开启水泵的电源，通过流量计控制流量，通过降水喷头降水，使得种植土饱水，然后继续降水使得上套筒内水位达到一定高度，停止降水；
水位稳定后，通过水位计等时间间隔多次测量筒内水位，计算种植土的饱水渗透系数，完成种植土绿化带渗透系数测量。

[0021]综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、本发明的现场测试装置通过在种植土绿化带设置一段封闭的空间，模拟种植土渗水
的环境，可以现场测试不同时期种植土的渗透性能，为种植土绿化带海绵道路结构长期工作性能评估提供基础数据。

[0022]2、本发明的现场测试装置采用简单的套筒结构形成一个简单的实验环境，不会占用较大的空间，同时减小对绿化带的破坏，能够长期进行种植土渗透系数的测试，同时该装置移动方便，测量成本低。

[0023]3、本发明中将上套筒和下套筒设置成相同的直径，两个套筒之间进行密封，并且套筒内从上向下进行降水，使整个装置中的渗水过程是从上向下进行，避免积水向外扩散而保证实验结果的准确。

附图说明
[0024]图1是本发明测试装置的结构及使用状态图。

[0025]图中，1、上套筒；100、种植土；2、下套筒；200、碎石层；3、降水喷头；4、水位计；5、数据采集装置；6、密封圈；7、蓄水箱；8、水泵；9、流量计。

具体实施方式
[0026]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0027]参照图1，为本发明公开的一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试装置，包括上套筒1、下套筒2、降水系统以及水位监控系统等结构。

[0028]上套筒1与下套筒2的直径相同，均为为60cm-100cm，采用亚克力板制成，两个套筒的尺寸选择具体可以根据绿化带的宽度来确定，避免两个套筒在安装时会与绿化带两侧路基发生干涉，能够保证足够的实验面积来完成试验。

[0029]上套筒1位于地表，连接在下套筒2上端，下套筒2轴向竖直埋设于种植土100内，下套筒2的下端连通至碎石层200处，上端面低于种植土100的表面；上套筒1安装在下套筒2的上端面，并与下套筒2之间进行密封连接，上套筒1的下端面和/或下套筒2的上端面设置有凹槽，本实施例中上套筒1和下套筒2上均设置凹槽，两个凹槽上下相对，截面呈半圆形，围成一个圆环形空腔，两个凹槽内安装有密封圈6，通过密封圈6实现上套筒1和下套筒2之间的密封，防止两个套筒的连接缝出现漏水的情况。

通过安装上套筒1和下套筒2，使套筒内部形成独立的空间，筒内区域与种植土100其他区域相同，也种植绿植，还原内部的环境，内部也成为一个小的渗透系统。

[0030]降水系统包括降水喷头3、蓄水箱7、水泵8等结构，降水喷头3设置于上套筒1上方并与上套筒1通过螺栓可拆卸固定，降水喷头3的喷水面上均匀分布有喷水孔，喷水孔沿上套筒1的内腔截面进行分布，喷水范围与上套筒1的内腔大小相对应，降水喷头3上连接供水的管路，供水管路上连接有水泵8，水泵8的进水管连接到蓄水箱7中，蓄水箱7架设在两个套筒安装地点的周围。

通过水泵将蓄水箱7内的水抽到上套筒1内，在上套筒1内形成一定高度的水位。

供水管路上连接有流量计9，流量计9控制供水管路的流量，避免水压过大而冲击破坏种植土结构。

[0031]水位监控系统包括水位计4和数据采集装置5，水位计设置于上套筒1的底部，数据采集装置5安装在上套筒1的外部，水位计4通过导线连接在数据采集装置5上，导向从上套筒1的上开口向外穿出；水位计4采集到上套筒1内的水位高度并传递到数据采集装置5上，
有数据采集装置5进行收集并汇总，数据采集装置5上设置有显示屏和时间显示模块，通过显示屏实时显示上套筒内的水位高度并能够计时。

[0032]本发明公开一种海绵城市种植土绿化带现场渗透系数测试方法，步骤如下：在绿化带选取一块试验区域，将设备运输到试验区域，在种植土100处进行挖坑，挖到碎石层200停止，测量坑深，然后截取下套筒2的长度，下套筒2的长度小于坑深5厘米，将下套筒2轴向竖直放置在坑中，随种植土回填，填埋于种植土内，恢复下套筒2上部种植土100表面的绿植。

[0033]测量渗透系数时，通过清理下套筒2筒壁上方的种植土100，露出下套筒2的上端口，并清理干净余土，将密封圈6嵌入到下套筒2上端面的凹槽内，将上套筒1与下套筒2连接，密封圈6同时卡在上套筒1下端面的凹槽内，在上套筒1周围进行回填掩埋；将降水喷头3移动并固定在上套筒1的上开口处，喷水孔朝下，连接好供水管路，安装好水泵8和蓄水箱7；将水位计4通过导线与数据采集装置5连接好，然后下放到上套筒1的底部。

[0034]在蓄水箱7内蓄满水，开启水泵8的电源，通过流量计9控制供水管路内的流量，通过降水喷头3向上套筒1内进行降水，使得上套筒1内的种植土100饱水，然后继续降水使得上套筒1内水位达到一定高度，淹没水位计4后，在降水15厘米之后停止降水。

[0035]上套筒1内水位稳定后，通过水位计4测量上套筒1内的水位，每隔固定时间（10分钟）测量一次，绘制水位变化曲线，计算种植土100的饱水渗透系数，完成种植土绿化带渗透系数测量。

[0036]本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

图1。