模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置

摘要

本实用新型公开了一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置，至少包括：城市道路模拟箱，内部设有模拟路面板和组合泄流机构，组合泄流机构用于模拟至少不同降雨强度、不同泄流口分布和不同泄流管道堵塞情况下城市道路的泄流模式和泄流效率；可控降雨机构，用于模拟降雨过程并控制试验过程中降雨强度的大小；光学影像采集机构，用于获取模拟城市内涝道路积水的光学影像。该模型装置建立了暴雨环境下城市道路洪涝积水和泄流耦合工况的缩尺模型，通过模拟不同降雨强度、不同泄流口分布、不同泄流管道堵塞情况等条件，获取城市道路泄流系统的泄流模式和泄流效率，该模型装置满足可视化观测，结构简单，操作简易，且适合重复试验。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置。

背景技术

随着台风暴雨等自然灾害的频发，城市内涝成为影响众多平原城市的灾害事件，城市道路的泄流系统也面临着巨大的挑战。在有限的城市道路洪涝泄流系统的排水能力下，容易发生城市道路积水，从而导致城市发生内涝现象，影响城市道路的正常营运，严重的情况下将对土工结构产生毁灭的影响，如何防灾减灾成为建设韧性城市的首要目标。影响城市道路泄流能力的因素，包括泄流口的分布、地下泄流通道的堵塞情况等，通过模拟试验的手段，探究不同耦合工况下城市内涝道路泄流系统的效率，是深入理解城市内涝道路泄流系统的工作原理的手段，也是制定合理城市道路泄流系统设计的有力支撑。

本实用新型提供了一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置，通过调整模拟降雨强度、泄流口的位置分布和数量密度、以及泄流管道的堵塞情况，测量降雨量、积水深度、泄流流量流速、路面汇流分布等数据，模拟并观测暴雨环境下城市道路泄流模式及效率。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置，至少包括：

城市道路模拟箱，其内部设有模拟路面板和组合泄流机构，所述组合泄流机构用于模拟至少不同降雨强度、不同泄流口分布和不同泄流管道堵塞情况下城市道路的泄流模式和泄流效率；

可控降雨机构，安装于城市道路模拟箱的上方，所述可控降雨机构用于模拟降雨过程并控制试验过程中降雨强度的大小；以及，

光学影像采集机构，用于获取模拟城市内涝道路积水的光学影像。

进一步地，所述城市道路模拟箱至少包括上方开口的箱体，所述箱体至少包括第一框架以及设于第一框架四周的侧板。

进一步地，所述侧板采用透明材质，实现可视化试验的要求。

进一步地，所述第一框架上设有测量比尺，用于读取模拟洪涝积水过程中的积水深度。

进一步地，所述组合泄流机构包括与模拟路面板紧挨的泄流槽以及设于泄流槽正下方的地下泄流管道，泄流槽的底部设有泄流槽底板，所述泄流槽底板上设有可拆式的封闭盖板单元和可拆式的泄流盖板单元，所述地下泄流管道的出水口处依次设有可拆式的堵塞挡板和流量流速计。

进一步地，所述封闭盖板单元为板状结构，所述泄流盖板单元为上下均开口的柱状结构。

进一步地，所述堵塞挡板设有不同的开口面积，包括全开口、全封闭以及处于全开口与全封闭之间的若干种不同的开口面积。

进一步地，所述可控降雨机构至少包括第二框架和安装于第二框架上方的水管且水管连接至供水源，水管与供水源之间设有流量控制计，水管上安装有若干个均匀分布的降雨喷头。

进一步地，所述第二框架的四周设置有挡雨帷幕，可以防止雨水的飞溅和流出，避免产生试验误差。

进一步地，所述光学影像采集机构至少包括高速摄像机，所述高速摄像机通过横杆固定于城市道路模拟箱的上方且高速摄像机的镜头面朝下。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的模型装置，建立了暴雨环境下城市道路洪涝积水和泄流耦合工况的缩尺模型，通过模拟不同降雨强度、不同泄流口分布、不同泄流管道堵塞情况等条件，获取城市道路泄流系统的泄流模式和泄流效率，该模型装置满足可视化观测，结构简单，操作简易，且适合重复试验。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例所述的可控降雨机构的结构示意图。

图3为本实用新型实施例所述的城市道路模拟箱的结构示意图。

图4为本实用新型实施例所述的封闭盖板单元的结构示意图。

图5为本实用新型实施例所述的泄流盖板单元的结构示意图。

图6为本实用新型实施例所述的不同开口面积的堵塞挡板的结构示意图。

图中，1、供水源，2、流量控制计，3、水管，4、降雨喷头，5、第二框架，6、挡雨帷幕，7、横杆，8、高速摄像机，9、第一框架，10、侧板，11、模拟路面板，12、泄流槽，13、泄流槽底板，14、封闭盖板单元，15、泄流盖板单元，16、螺栓，17、地下泄流管道，18、堵塞挡板，19、流量流速计，20、测量比尺。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

如图1-图6所示，本实施例提供了一种模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置，至少包括城市道路模拟箱、可控降雨机构和光学影像采集机构。具体地：

本实施例中，整个模型装置的整体尺寸是2m×1m×0.75m，该尺寸为优选尺寸，并不作为对本实用新型所述的模型装置的尺寸的限制。

本实施例中，所述城市道路模拟箱的内部设有模拟路面板11和组合泄流机构，所述组合泄流机构用于模拟至少不同降雨强度、不同泄流口分布和不同泄流管道堵塞情况下城市道路的泄流模式和泄流效率。如图1和图3所示，所述城市道路模拟箱至少包括上方开口的箱体，所述箱体至少包括第一框架9以及设于第一框架四周的侧板10。所述第一框架9上设有测量比尺20，用于读取模拟洪涝积水过程中的积水深度。优选地，所述第一框架9采用不锈钢材质，强度比较大，保证城市道路模拟箱的稳固性。所述侧板10采用透明材质，优选有机玻璃，有机玻璃的壁厚采用1cm，保证模拟箱刚度的同时，还能实现三维可视化试验的要求。

其中，所述组合泄流机构包括与模拟路面板11紧挨的泄流槽12以及设于泄流槽正下方的地下泄流管道17，所述模拟路面板11和泄流槽12实现了对城市道路泄流主体结构的模拟；所述泄流槽12的底部设有泄流槽底板13，所述泄流槽底板13上设有可拆式的封闭盖板单元14和可拆式的泄流盖板单元15；所述泄流槽底板13为开放式，为组合泄流机构即封闭盖板单元14和泄流盖板单元15提供安装位置；如图4所示，所述封闭盖板单元14为板状结构，用于模拟不泄流的路面泄流槽部分；如图5所示，所述泄流盖板单元15为上下均开口的柱状结构，用于模拟具备泄流能力的路面泄流槽部分，通过竖向的柱状泄流通道与地下泄流管道17相连；所述封闭盖板单元14和泄流盖板单元15均通过螺栓16可拆式安装在泄流槽底板13上；所述地下泄流管道17的出水口处依次设有可拆式的堵塞挡板18和流量流速计19；所述堵塞挡板18设有不同的开口面积，包括全开口、全封闭以及处于全开口与全封闭之间的若干种不同的开口面积，如图6所示，自上而下依次示出了半开口、全封闭和全开口的三种情况，但并不局限于这三种情况，也可以根据对地下泄流管道17泄流堵塞情况的需求，选择其他不同开口面积的堵塞挡板18，实现不同泄流工况的模拟，所述堵塞挡板18通过螺栓16可拆式安装于地下泄流管道17的出水口处；所述流量流速计19安装于堵塞挡板18的后端，用于测量泄流过程中的流量和流速。

本实施例中，所述可控降雨机构安装于城市道路模拟箱的上方，所述可控降雨机构用于模拟降雨过程并控制试验过程中降雨强度的大小。所述可控降雨机构至少包括第二框架5和安装于第二框架上方的水管3且水管连接至供水源1，水管3与供水源1之间设有流量控制计2，水管3上安装有若干个均匀分布的降雨喷头4。所述第二框架5的四周设置有挡雨帷幕6，防止雨水的飞溅和流出，避免产生试验误差。所述第二框架5采用不锈钢材质，强度比较大，保证可控降雨机构的稳固性。通过流量控制计2控制雨水的流量大小，使得水从供水源1流入水管3，经由图1和图2示出的等间距分布的降雨喷头4流入箱体内实现降雨的模拟，但降雨喷头4并不局限于本实施例所述的分布方式，只要能保证降雨均匀即可。

本实施例中，所述光学影像采集机构用于获取模拟城市内涝道路积水的光学影像。所述光学影像采集机构至少包括高速摄像机8，所述高速摄像机通过横杆7固定于城市道路模拟箱的上方且高速摄像机的镜头面朝下，正对组合泄流机构。

本实施例所述的模拟台风洪涝灾害下城市内涝道路泄流模式的模型装置的工作原理：按照所需模拟的情况，通过组合封闭盖板单元14和泄流盖板单元15达到所需的工况，通过螺栓16安装在模拟箱底部的泄流槽底板13上；按照泄流通道堵塞情况的需求选择不同开口面积的堵塞挡板18并安装，先后安装固定横杆7、高速摄像机8以及第二框架5。准备工作完成后，通过流量控制计2，模拟一定强度的城市暴雨，雨水落在模拟路面板11和泄流槽12的区域，实现对暴雨汇流的模拟，依靠高速摄像机8记录下光学影像；雨水经由泄流盖板单元15下落至地下泄流管道17，通过堵塞挡板18的堵塞条件，最终到达流量流速计19，记录泄流的流量流速，并完成泄流；随着暴雨的持续进行，箱内将发生洪涝积水，通过测量比尺20观测洪涝积水的发展情况。当需要进行重复试验时，只需要调整降雨流量、封闭盖板单元14和泄流盖板单元15的排布、以及堵塞挡板18的开口面积，即可模拟不同的复杂工况。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。