本發(fā)明涉及一種下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，是一種水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，是一種適用于水循環(huán)領(lǐng)域?qū)ο聣|面降雨產(chǎn)流的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

降雨產(chǎn)流是水文循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是流域、城市產(chǎn)流洪水預(yù)報(bào)的核心任務(wù)。特別是在城市區(qū)域，下墊面非常復(fù)雜，以硬化地面或硬化屋頂為主，原有的入滲監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)法適用。近年來(lái)，在城鎮(zhèn)化和氣候變化雙重作用下，城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)。為緩解城市內(nèi)澇災(zāi)害，我國(guó)從2015年起在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)始海綿城市試點(diǎn)城市建設(shè)，年產(chǎn)流總量控制率是海綿城市的剛性指標(biāo)，雨量產(chǎn)流系數(shù)是計(jì)算年產(chǎn)流總量控制率的關(guān)鍵參數(shù)。但是目前相關(guān)規(guī)范中給出的雨量產(chǎn)流系數(shù)沒(méi)有與降雨特征形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，一種下墊面只有一個(gè)產(chǎn)流系數(shù)值，一套與降雨特征對(duì)應(yīng)的雨量產(chǎn)流系數(shù)是準(zhǔn)確計(jì)算降雨產(chǎn)流的核心參數(shù)。

現(xiàn)有的地面產(chǎn)流監(jiān)測(cè)設(shè)備（見(jiàn)“一種城市硬化路面地表產(chǎn)流測(cè)量?jī)x”公開(kāi)號(hào)：cn105043480a）能夠監(jiān)測(cè)城市實(shí)際路面地表產(chǎn)流量過(guò)程，但是測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最重要問(wèn)題的在集水槽，它是均質(zhì)平鋪的所需要模仿的硬化路面材質(zhì)，不是直接在原型硬化路面收集產(chǎn)流。一種降雨產(chǎn)流采集器，公開(kāi)號(hào)：cn104596798a,是一種方便、簡(jiǎn)單、便攜的雨水產(chǎn)流采集器，由于裝置要掛在雨水口進(jìn)行收集，在降雨量大的情況下產(chǎn)流量超過(guò)收集桶容積會(huì)導(dǎo)致雨水溢出，同時(shí)收集的產(chǎn)流量與產(chǎn)流面積不能準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。

綜上所述，現(xiàn)有發(fā)明存在如下問(wèn)題：（1）路面產(chǎn)流監(jiān)測(cè)設(shè)備未能完全實(shí)現(xiàn)原型監(jiān)測(cè)，（2）存在降雨產(chǎn)流與面積不匹配問(wèn)題，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算產(chǎn)流系數(shù)，（3）降雨產(chǎn)流量監(jiān)測(cè)沒(méi)有與降雨量沒(méi)有形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)精確的對(duì)比降雨和下墊面產(chǎn)流，用于下墊面降雨產(chǎn)流特征的原型監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元和降雨量監(jiān)測(cè)單元，所述的產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元設(shè)有圍住被測(cè)下墊面部分表面的絕水圍欄，所述的絕水圍欄與被測(cè)下墊面之間用止水材料封閉，所述的圍欄一側(cè)設(shè)有產(chǎn)流收集裝置，所述的產(chǎn)流收集裝置與產(chǎn)流量水儀連接；所述的降雨監(jiān)測(cè)單元設(shè)有與絕水圍欄水平投影面積完全一致的集水槽，所述的集水槽設(shè)有雨量收集器，所述的雨量收集器與雨量量水儀連接，所述的產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)處理裝置連接。

進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流收集裝置安裝在絕水圍欄一側(cè)的漏斗。

進(jìn)一步的，所述的雨量收集器是集水坑和水泵。

進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀是翻轉(zhuǎn)式間歇量水器。

進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流量水儀的翻轉(zhuǎn)式間歇量水器翻轉(zhuǎn)次數(shù)n1，與雨量量水儀的翻轉(zhuǎn)式間歇量水器翻轉(zhuǎn)次數(shù)n2，之比為對(duì)應(yīng)的降雨條件下被測(cè)區(qū)域降雨產(chǎn)流系數(shù)ψ：

ψ=n1/n2。

進(jìn)一步的，所述的數(shù)據(jù)處理裝置是能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接的并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)運(yùn)算的電子裝置。

一種使用上述系統(tǒng)的下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系監(jiān)測(cè)方法，所述方法的步驟如下：

選擇實(shí)驗(yàn)區(qū)域的步驟：用于根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇地面上空沒(méi)有植被遮擋的開(kāi)闊區(qū)域，同時(shí)要求實(shí)驗(yàn)期間不受外界環(huán)境干擾；

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝的步驟：將絕水圍欄安裝到實(shí)驗(yàn)區(qū)域，通常圍成正方形或者矩形形狀，用止水材料填充絕水圍欄與實(shí)驗(yàn)地面之間縫隙，匯流器出口接有導(dǎo)水管，導(dǎo)水管出口下方安裝間歇量水器，同樣的，集水槽安放在絕水圍欄區(qū)域旁邊，水泵安裝在集水坑處，導(dǎo)水管安裝在水泵出水口，導(dǎo)水管末端下方安置間歇量水器；

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的步驟：降雨發(fā)生后，產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元中絕水圍欄區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)流，經(jīng)翻轉(zhuǎn)式間歇量水器計(jì)量翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，得到產(chǎn)流的水量；降雨量監(jiān)測(cè)單元中集水槽收集雨水，翻轉(zhuǎn)式間歇量水器計(jì)量翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，得到雨量的水量；將產(chǎn)流的水量數(shù)據(jù)和雨量的水量數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)將產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元和降雨量測(cè)單元對(duì)應(yīng)的間歇量水器的翻轉(zhuǎn)次數(shù)作為數(shù)據(jù)輸出。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)原型實(shí)驗(yàn)量測(cè)降雨量和產(chǎn)流量，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算下墊面降雨產(chǎn)流系數(shù)的原型測(cè)定，并且同步監(jiān)測(cè)降雨量實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)流量與降雨量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)充分考慮了降雨產(chǎn)流量與產(chǎn)流面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，填補(bǔ)了不同降雨特征條件下在不同下墊面的降雨產(chǎn)流系列系數(shù)的空缺。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例二所述的產(chǎn)流收集裝置的示意圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例三所述的雨量收集裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

本實(shí)施例是一種下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所述。本實(shí)施例包括：產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元1和降雨量監(jiān)測(cè)單元2，所述的產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元設(shè)有圍住被測(cè)下墊面部分表面101的絕水圍欄102，所述的絕水圍欄與被測(cè)下墊面之間用止水材料103封閉，所述的圍欄一側(cè)設(shè)有產(chǎn)流收集裝置104，所述的產(chǎn)流收集裝置與產(chǎn)流量水儀105連接；所述的降雨監(jiān)測(cè)單元設(shè)有與絕水圍欄水平投影面積完全一致的集水槽201，所述的集水槽設(shè)有雨量收集器202，所述的雨量收集器與雨量量水儀203連接，所述的產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置3與數(shù)據(jù)處理裝置4連接。

本實(shí)施例主要由兩部分組成，收集下墊面產(chǎn)流量的產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元，收集雨量的降雨量監(jiān)測(cè)單元。這兩部分，在降雨過(guò)程中都要暴露在雨中，以便收集產(chǎn)流和雨量，產(chǎn)流和雨量的差別在于，產(chǎn)流是下墊面在雨量飽和之后所產(chǎn)生的水量，這一水量的多少與降雨量和下墊面的入滲能力有關(guān)。而雨量則僅與降雨有關(guān)。為精確的比較兩者的關(guān)系，本實(shí)施例設(shè)置了兩個(gè)水平截面面積完全一致的絕水圍欄和集水槽。降雨時(shí)將絕水圍欄和集水槽暴露在雨中，以同樣的面積收集雨水，形成精確的比較。

絕水圍欄與集水槽的區(qū)別在于，絕水圍欄的底部是被測(cè)下墊面，集水槽的底部是與集水槽槽邊緊密連接的槽底，或者說(shuō)絕水圍欄中的雨水可以向下滲透到下墊面中，而集水槽中的雨水不能有任何滲透，通過(guò)比較兩個(gè)同樣面積所流出的水量，就可以找到產(chǎn)流與雨量之間的差異，從而確定被測(cè)下墊面產(chǎn)流系數(shù)。

所述的絕水圍欄可以采用各種不透水的材料制造，如：塑料板、鐵（鋼）板等金屬板。絕水圍欄圍出的區(qū)域（水平截面的形狀）可以是各種形狀，正方形、矩形、圓形等都可以。下墊面可以是硬化地面，也可以是非硬化地面，但一定要平整，避免有低洼積水現(xiàn)象。所選監(jiān)測(cè)硬化地面要干凈、干燥。絕水圍欄與下墊面之間所填充的止水材料，則要根據(jù)下墊面和止水圍欄的材料決定，比如下墊面為硬化泥土地面，則采用止水膠將絕水圍欄與地面粘在一起，起到粘接和防水的作用。止水材料的關(guān)鍵在于止水效果，決定了絕水圍欄內(nèi)部積水與外部產(chǎn)流雨水不連通。

產(chǎn)流收集裝置的作用是將絕水圍欄中產(chǎn)流收集起來(lái)，輸送到量水儀中，以便計(jì)量。產(chǎn)流收集裝置可以有多種形式，如采用的漏斗形狀的收集裝置，安裝在絕水圍欄的一側(cè)，或者采用傾斜的側(cè)面將水集中到一個(gè)出口處，便于將產(chǎn)流導(dǎo)出。

產(chǎn)流量水儀可以使用各種形式的量水儀，如流量?jī)x、翻轉(zhuǎn)式間歇量水器等，具有電信號(hào)輸出能力。翻轉(zhuǎn)式間歇量水器是一種充滿水后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的量水儀器，通過(guò)記錄翻轉(zhuǎn)次數(shù)來(lái)記錄水量。

集水槽可以采用與絕水圍欄相同的材料，也可以采用不同的材料，關(guān)鍵在于，集水槽的水平截面的面積一定要與圍欄的水平截面面積相等。集水槽的水平投影（水平截面形狀）可以與絕水圍欄的水平投影形狀相同，也可以不同，只要兩者的水平投影面積相同即可。因?yàn)?，在?shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，往往集水槽的形狀是固定的，即集水槽是反復(fù)應(yīng)用的，而圍欄在多數(shù)情況下也可以反復(fù)應(yīng)用在不同的下墊面監(jiān)測(cè)上，但有些特殊的情況下，受到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地形地物的影響，圍欄不能與集水槽的形狀完全一致，也可以使用其他形狀的圍欄形狀，只要圍欄的投影面積與集水槽的投影面積相同即可。

雨量收集器也可以選擇多種形式，如采用在集水槽底部設(shè)置傾斜面和集水管的方式，也可以在集水槽內(nèi)設(shè)有集水坑，通過(guò)安裝在集水坑處的水泵將收集的降雨吸起，經(jīng)由導(dǎo)水管流入間歇量水器。

雨量量水儀可以采用與產(chǎn)流量水儀類似的量水儀，如：流量?jī)x、翻轉(zhuǎn)式間歇量水器等。

產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀所產(chǎn)生的產(chǎn)流和雨量數(shù)據(jù)的電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置處理輸出至數(shù)據(jù)處理裝置中。數(shù)據(jù)采集裝置可以采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集器，也可以使用專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)處理裝置可以是通用pc，或者工控計(jì)算機(jī)等具有上網(wǎng)能力的電子數(shù)字處理系統(tǒng)。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于產(chǎn)流收集裝置的細(xì)化。本實(shí)施例所述的產(chǎn)流收集裝置安裝在絕水圍欄一側(cè)的漏斗。

本實(shí)施例所述漏斗是一個(gè)側(cè)倒的漏斗，從擴(kuò)口到縮口形成匯水器1041，入導(dǎo)水管1042，導(dǎo)水管將水送入量水器，如圖2所示。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于雨量收集器的細(xì)化。本實(shí)施例所述的雨量收集器是集水坑2021和水泵2022，如圖3所示。

本實(shí)施例在集水槽中設(shè)置集水坑，使集水槽中的雨水集中流道集水坑中，然后通過(guò)水泵將集水坑中的雨水抽出，輸送至雨量量水儀中。集水坑的集水效果十分關(guān)鍵，決定了水泵能否正常工作，必須有能力將集水槽中的雨水盡量收集，一般可以呈底部封閉的漏斗形，漏斗的底部平坦，設(shè)置水泵的抽水管進(jìn)口。

水泵可以安裝水位感應(yīng)器，探測(cè)水坑中的水量，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉水泵的功能。

實(shí)施例四：

本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀的細(xì)化。本實(shí)施例所述的產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀是翻轉(zhuǎn)式間歇量水器。

翻轉(zhuǎn)式間歇量水器是一種充滿水后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的量水儀器，通過(guò)記錄翻轉(zhuǎn)次數(shù)來(lái)記錄水量。翻轉(zhuǎn)式間歇量水器裝有自動(dòng)計(jì)數(shù)器，通過(guò)計(jì)量翻轉(zhuǎn)倒水次數(shù)來(lái)計(jì)量水量。

實(shí)施例五：

本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于產(chǎn)流量水儀和雨量量水儀的細(xì)化。本實(shí)施例所述的產(chǎn)流量水儀的翻轉(zhuǎn)式間歇量水器翻轉(zhuǎn)次數(shù)n1，與雨量量水儀的翻轉(zhuǎn)式間歇量水器翻轉(zhuǎn)次數(shù)n2，之比為對(duì)應(yīng)的降雨條件下被測(cè)區(qū)域降雨產(chǎn)流系數(shù)ψ：

ψ=n1/n2。

實(shí)施例六：

本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于數(shù)據(jù)處理裝置的細(xì)化。本實(shí)施例所述的數(shù)據(jù)處理裝置是能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接的并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)運(yùn)算的電子裝置。

所述的具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)運(yùn)算的電子裝置可以是手機(jī)或者計(jì)算機(jī)，手機(jī)或者計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，便于分析和應(yīng)用，因此，如果數(shù)據(jù)采集裝置連接互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等，可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端的手機(jī)和計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理的自動(dòng)工作站。這對(duì)于計(jì)量雨量和下墊面產(chǎn)流量這種野外工作，自動(dòng)工作站可以大大降低科研人員的工作強(qiáng)度，降低運(yùn)行成本。

實(shí)施例七：

一種使用上述實(shí)施例六所述系統(tǒng)的下墊面產(chǎn)流與降雨關(guān)系的監(jiān)測(cè)方法。所述方法的具體步驟如下：

選擇實(shí)驗(yàn)區(qū)域的步驟：用于根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇地面上空沒(méi)有植被遮擋的開(kāi)闊區(qū)域，同時(shí)要求實(shí)驗(yàn)期間不受外界環(huán)境干擾。這種環(huán)境通常在野外，需要精心選擇，對(duì)下墊面要求是干燥、平整，與周圍環(huán)境盡量一致，以達(dá)到接近現(xiàn)實(shí)的效果。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝的步驟：將絕水圍欄安裝到實(shí)驗(yàn)區(qū)域，通常圍成正方形或者矩形形狀，用止水材料填充絕水圍欄與實(shí)驗(yàn)地面之間縫隙，匯流器出口接有導(dǎo)水管，導(dǎo)水管出口下方安裝翻轉(zhuǎn)式間歇量水器，同樣的，集水槽安放在絕水圍欄區(qū)域旁邊，水泵安裝在集水坑處，導(dǎo)水管安裝在水泵出水口，導(dǎo)水管末端下方安置間歇量水器。

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的步驟：降雨發(fā)生后，產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元中絕水圍欄區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)流，經(jīng)翻轉(zhuǎn)式間歇量水器計(jì)量翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，得到產(chǎn)流的水量；降雨量監(jiān)測(cè)單元中集水槽收集雨水，翻轉(zhuǎn)式間歇量水器計(jì)量翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，得到雨量的水量；將產(chǎn)流的水量數(shù)據(jù)和降雨量數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)將產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元和降雨量測(cè)單元對(duì)應(yīng)的間歇量水器的翻轉(zhuǎn)次數(shù)作為數(shù)據(jù)輸出。

降雨發(fā)生時(shí)，絕水圍欄內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)流通過(guò)匯流器匯集，經(jīng)由導(dǎo)水管流入間翻轉(zhuǎn)式歇量水器，翻轉(zhuǎn)式間歇量水器充滿水以后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)水平位置繼續(xù)接水，如此重復(fù)翻轉(zhuǎn)進(jìn)行量水，翻轉(zhuǎn)次數(shù)通過(guò)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。所述降雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備包括集水槽、水泵、導(dǎo)水管、間歇量水器。集水槽用來(lái)收集降雨。水泵通過(guò)集水坑將收集的雨水吸起，通過(guò)導(dǎo)流管流入到間歇量水器。

產(chǎn)流監(jiān)測(cè)單元和降雨量監(jiān)測(cè)單元中的翻轉(zhuǎn)式間歇量水器在裝滿水后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，計(jì)數(shù)累加，便得出產(chǎn)流量和雨量的數(shù)據(jù)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案（比如絕水圍欄和水槽的形式、量水器的形式、步驟的先后順序等）進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。