人工模擬降雨裝置在水土保持實驗室應用

降雨是引起地面水土流失及滑坡，崩塌，泥石流等山區自然災害的重要因素之一。因此，在地學，農學，工程文學等學科領域內，許多重要的研究課題，都要以降雨的影響因子來進行試驗研究，特別是研究土壤侵蝕過程，水土流失規律及其水土保持措施和效益等方面。運用的更為廣泛。在利用天然降雨時，常常會受到時間和地域等條件的限制，給試驗工資帶來極大的研究課題。有效地使用人工模擬降雨裝置來進行降雨試驗，是一種較理想的降雨方法，它不受時間和空間的限制，可以重現天然降雨，既能節約大量的人力和物力，又能在短時期內重復試驗，縮短試驗周期。人工模擬降雨裝置，還可以根據試驗的需要，對降雨進行有效的控制，模擬不同的降雨強度，不同雨型的降雨，有利于我們從多方面來研究降雨的各種特征（雨量，雨強，雨滴大小和分配，降雨動能等）對土壤侵蝕的影響，也有利于我們研究不同的植被，坡度，土壤類型，土地利用以及水土保持措施等因素對水土流失的影響。

人工模擬降雨裝置由三大部分組成分為：動力設備、人工降雨管路、人工降雨自控制系統三大部分組成，建成后不但能完成模擬不同時間及降雨強度、不同地表覆蓋、不同地下管網分布等條件下降雨積水模擬的實驗，也可做材料滲透、土壤水分運移、植物生態、土木工程等領域相關科研實驗工作。

人工模擬降雨裝置原理

水源經泵加壓，進入上水管路，頂部管路連接降雨噴頭組，根據雨量大小選擇合適的降雨噴頭，垂直噴灑，模擬降雨過程。雨量計經過翻斗的翻動發送開關信號，控制中心接收信號計算雨強，并調節泵動力輸出與管道壓力，使降雨強度達到要求。

雨量傳感器是人工模擬降雨裝置中的核心部件。雨量傳感器主要由承水器、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗和干簧管等組成。承水器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當降水積到一定量時，由于水本身重力作用使上翻斗翻轉，水進入匯集漏斗。降水量從匯集漏斗的節流管注入計量翻斗時，就把不同強度的自然降水，調節為比較均勻的大降水強度，以減少由于降水強度不同所造成的測量誤差，當計量翻斗承受的降水量為0.1mm時，計量翻斗把降水傾倒到計數翻斗，使計數翻斗翻轉一次。計數翻斗在翻轉時，與它相關的磁鋼對干簧管掃描一次。干簧管因磁化而瞬間閉合一次。這樣，降水量每次達到0.1mm時，就送出去一個開關信號。

人工模擬降雨裝置管路采用工業不銹鋼管材，頂部降雨管路采用食品級不銹鋼管材，強度高、無銹蝕，不會造成降雨噴嘴因銹蝕而堵塞情況。

人工模擬降雨裝置模擬降雨噴頭，系統采用美國斯普瑞SPAYING SYSTEMS公司生產的旋轉下噴式噴頭。根據降雨強度及雨滴大小的要求，選用四種規格的雨滴模擬噴頭，一個降雨噴頭組既能實現較大的雨強變化，又可模擬仿真多種具有代表形式的雨滴效果,從而形成從小到大的雨強(近似模仿 “小雨”、“中雨”“大雨”)并連續可調，使降雨重現“天然降雨”。

人工模擬降雨裝置控制系統通過雨量計裝置和附屬數據采集器組成，可實時采集雨強、壓力、流量等數據，既能顯示模擬降雨的動態變化及曲線，又便于很快調節雨強至實驗模擬降雨要求值，對現場降雨測量結果有直接評價意義。

人工模擬降雨裝置技術指標如下：

1) 有效降雨面積：根據具體實際要求

2) 降雨高度：>3m

3) 雨強連續變化范圍：20-250mm/h

4) 降雨均勻度系數： 大于0.86

5) 雨滴大小調控范圍：1.7-2.8mm

6) 降雨調節精度：7mm/h

7) 雨量監測分辨率：0.1mm/min

8) 雨強變化調節響應時間：1t(t為雨量計采樣周期)

9) 柜式控制臺，液晶顯示數據及雨強值和雨強曲線

10)    降雨采樣間隔：10~9999秒，可調

11)    主控制器工作電壓：AC220V   50Hz

12)    顯示屏工作電壓：DC24V

13)    信號采集器工作電壓：DC24

14)    工作環境溫度 0~+60℃

15)    工作環境濕度：≤95%RH(+40℃)

16)    雨量計承雨口內徑：Φ200±0.6mm