人工模拟降雨大厅-水利科学研究院受损河岸生态修复应用

河岸生态系统是联系陆地和水生两大类生态系统的纽带，它将陆地高等和低等绿色植物合成的有机物质、岩石风化物、土壤生成物以及陆生生态系统中转化的物质不断输入河流，成为河流生态系统的营养物质的重要来源。因此，河岸生态系统的变化动态，既是陆地生态系统变化状况的反映，又是水生生态系统动态的重要影响因素。

目前我国河岸生态系统受损严重，河岸生态系统受损的根本原因在于水利工程设计上，基于牛顿力学而形成的以“还原论”思想为基础的工程技术体系。这种传统技术的核心是工程结构的安全性及耐久性，材料主要是施工性好、耐久性强的混凝土或钢筋混凝土。其缺点在于没有考虑人工构造物对生物及其生态环境的影响。由此产生的结果是自然河流形态的直线或渠道化和河岸的混凝土化，其必然导致河流的生态作用越来越小、水质恶化、生境的丧失或被阻断、物种减少等河流生态系统的退化。

客户要求：

雨强连续变化范围： 15~ 200mm/h；

降雨面积：45㎡；

降雨高度：6m；

降雨均匀度：大于0.75；

雨滴大小调控范围： 0.3～ 5.7mm；

降雨调节精度： 7mm/h；

降雨历时：任意；

降雨测量误差  ≤2%；

雨量计承雨口内径：Φ200±0.6mm；

雨量计分辨力： 0.1mm；

主控制器工作电压：AC220V   50Hz；

显示屏工作电压：DC24V；

信号采集器工作电压：DC24；

工作环境温度 0~+60℃；

工作环境湿度：≤95%RH(+40℃)；

降雨采样间隔：10~9999秒，可调；

通讯方式： RS232；

设计使用寿命：大于10年

人工模拟降雨大厅由三大部分组成分为：动力设备、人工降雨管路、人工降雨自控制系统三大部分组成，建成后不但能完成模拟不同时间及降雨强度、不同地表覆盖、不同地下管网分布等条件下降雨积水模拟的实验，也可做材料渗透、土壤水分运移、植物生态、土木工程等领域相关科研实验工作。

人工模拟降雨大厅原理

水源经泵加压，进入上水管路，顶部管路连接降雨喷头组，根据雨量大小选择合适的降雨喷头，垂直喷洒，模拟降雨过程。雨量计经过翻斗的翻动发送开关信号，控制中心接收信号计算雨强，并调节泵动力输出与管道压力，使降雨强度达到要求。

雨量传感器是人工模拟降雨大厅中的核心部件。雨量传感器主要由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗和干簧管等组成。承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当降水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水量从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的大降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差，当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号。

人工模拟降雨大厅管路采用工业不锈钢管材，顶部降雨管路采用食品级不锈钢管材，强度高、无锈蚀，不会造成降雨喷嘴因锈蚀而堵塞情况。

人工模拟降雨大厅模拟降雨喷头，系统采用美国斯普瑞SPAYING SYSTEMS公司生产的旋转下喷式喷头。根据降雨强度及雨滴大小的要求，选用四种规格的雨滴模拟喷头，一个降雨喷头组既能实现较大的雨强变化，又可模拟仿真多种具有代表形式的雨滴效果,从而形成从小到大的雨强(近似模仿 “小雨”、“中雨”“大雨”)并连续可调，使降雨重现“天然降雨”。

人工模拟降雨大厅控制系统通过雨量计装置和附属数据采集器组成，可实时采集雨强、压力、流量等数据，既能显示模拟降雨的动态变化及曲线，又便于很快调节雨强至实验模拟降雨要求值，对现场降雨测量结果有直接评价意义。