人工模拟降雨装置在水土保持实验室应用

降雨是引起地面水土流失及滑坡，崩塌，泥石流等山区自然灾害的重要因素之一。因此，在地学，农学，工程文学等学科领域内，许多重要的研究课题，都要以降雨的影响因子来进行试验研究，特别是研究土壤侵蚀过程，水土流失规律及其水土保持措施和效益等方面。运用的更为广泛。在利用天然降雨时，常常会受到时间和地域等条件的限制，给试验工资带来极大的研究课题。有效地使用人工模拟降雨装置来进行降雨试验，是一种较理想的降雨方法，它不受时间和空间的限制，可以重现天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在短时期内重复试验，缩短试验周期。人工模拟降雨装置，还可以根据试验的需要，对降雨进行有效的控制，模拟不同的降雨强度，不同雨型的降雨，有利于我们从多方面来研究降雨的各种特征（雨量，雨强，雨滴大小和分配，降雨动能等）对土壤侵蚀的影响，也有利于我们研究不同的植被，坡度，土壤类型，土地利用以及水土保持措施等因素对水土流失的影响。

人工模拟降雨装置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。

人工模拟降雨装置原理

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装置中的核心部件。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。

人工模拟降雨装置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。

人工模拟降雨装置模拟降雨喷头，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”。

人工模拟降雨装置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。

人工模拟降雨装置技术指标如下：

1) 有效降雨面积：根据具体实际要求

2) 降雨高度：>3m

3) 雨强连续变化范围：20-250mm/h

4) 降雨均匀度系数： 大于0.86

5) 雨滴大小调控范围：1.7-2.8mm

6) 降雨调节精度：7mm/h

7) 雨量监测分辨率：0.1mm/min

8) 雨强变化调节响应时间：1t(t为雨量计采样周期)

9) 柜式控制台，液晶显示数据及雨强值和雨强曲线

10)    降雨采样间隔：10~9999秒，可调

11)    主控制器工作电压：AC220V   50Hz

12)    显示屏工作电压：DC24V

13)    信号采集器工作电压：DC24

14)    工作环境温度 0~+60℃

15)    工作环境湿度：≤95%RH(+40℃)

16)    雨量计承雨口内径：Φ200±0.6mm