人工模拟降雨方法及其初步应用--人工模拟降雨可以代替天然降雨

   

    利用人工模拟降雨，探索水土流失规律和治理效益，在国外一些科学技术先进国家已被广泛采川．美国除保留少数通流小区外，几乎所有坡地水土流失资料都由人工降雨试验取得．通用土壤流失方程中土壤、植被和管理因子的数据完全由人工降雨试脸测定。在国内,不少单位也已开始研究应用，但多数为室内的、小规模的人工降雨，真正用于野外试验的还不多．人工模拟降雨的应用，缩短了试验周期，加快了研究速度，同时可以人为控制降雨变量,事前产生出试验所要求的设计雨型。

我们在学习国内外经验的基础上，从1980年开展了人工降雨试验，完成移动式人工降雨机的改制设计，初步解决了模拟降雨的方法间题，取得了初步成果．

一.天然降雨的模拟

    由降雨引起的土壤浸蚀，决定于降雨对土壤的作用．这种作用是一种消耗降雨能量而做功的过程．降雨对地而的直接仅蚀，表现在团粒的分散、上粒的溅飞、逸流的紊动，同时还间接地通过坡面逸流的冲刷．转运和沉积，影响上堆佼蚀过程．因此降雨能量应当包括降雨动能和逗流动能两部分，只是在不同条件下，两者对土壤侵浊作用的大小不同而己．

    在人工模拟降雨试验中，我们采取与天然降雨相同的降雨弧度、雨滴中数直径和降雨动能三种途径分别进行逕流量、冲刷量观测，以降雨强度法模拟天然降雨差异较大与天然降雨相比，还流量减少44%，土壤流失量减少41%；以雨滴中数直径法模拟天然降雨也不理想，虽然逞流量只增加3%，但土壤流失量则减少30%：而降雨动能法模拟的结果，泾流量和土壤流失母均与又然降雨接近.

     人工模拟降雨试验来看，按照降雨动能相等的方法进行的人工模拟降雨和天然降雨相比较，两种降雨条件下产生的逗流量和土壤流失价，经方差分析，差异均不显著，说明人工模拟降雨可以代替天然降雨，用降雨动能相等的方法模拟降雨研究土壤侵蚀是可行的．

二、移动式降雨机

   移动式人工模拟降雨机是根据中国科学院西北水保所提供的室内人工降雨机设计图纸，考虑野外试验的需要，经过改制设计而成．降雨机包括动力车、竹道、支架，喷头和仪表等组成部分．动力车系根抓消防车和油槽车的结构特点，利用解放牌汽车改装的．动力车上安装有四吨位的储水罐和BS24型双级离心泵．作业时利用汽车发动机作动力，带动水泵形成一定压力的水流．降雨机的支架采用三脚架，设有调平的微调螺旋，以便野外坡地架设．支架中间有竖管,根据架设高度要求可以接长或缩短。竖管上端安装喷头，下端连接输水管道．喷头采用折射式，由孔板和碎流挡板组成．碎流挡板折射角为130度，孔板直径有3、5、7、9、11、13、15毫米七种规格，使用时根据需要更换．在动力车水泵出口与降雨机之间采用耐高压的l时胶管连接．管道接头系易于拆装的连通式水管接嘴．仪表部分主要有驾驶室内安装的压力表、真空表、转速表，在管道上有测定流量的流量表，在喷头附近有测定喷头压力的压力表．这些仪表和汽车的操纵部分构成人工模拟降雨机的控制系统，能按照设计要求的雨型进行人工模拟降雨．

    移动式人工模拟降雨机拆装简单，移动方便，人工模拟降雨机支架和输水胶管可以全部装进动力车两侧的大工具箱，运到现场进行人工模拟降雨作业．人工模拟降雨机工作时可以一台作业，也可以二、三、四台同时作业，雨张变化通过动力车油门大小和更换孔板直径进行调节，能模拟0.01-3.5毫米／分钟雨强的天然降雨，单机作业，在10平米面积上降雨均匀系数为0.713-0.936，可基本满足试验要求。这种降雨机除进行人工模拟降雨试验外，还能用于小规模喷灌和消防作业等．

三、人工模拟降雨方法

    在人工模拟降雨试验中，为了使雨滴降落速度接近于天然降雨雨滴的终点速度，要求降雨机喷头具有一定的安装高度．对于最大的雨滴（直径5毫米）所需要的降落高度为12米左石。如果按要求的降落高度设置喷头，野外进行试验有很多不便．为便于试验操作和架设防风帐，我们采取喷头离地面安装高度为2.5米，人工雨滴降落高度在4-7米范围内变化，从本接近天然雨滴终点速度．

    在进行人工模拟降雨时，拄之据天然降雨过程合理地确定相应的模拟降雨过程十分重要．为此，首先要建立人工和天然降雨雨滴动能同降雨强度之间的关系，并借以设计人工模拟降雨过程．

四、人工模拟降雨的初步应用

   我们利用移动式人工降雨机开展了水土保持田间实验，对坡耕地土壤可蚀性、作物地侵蚀性、梯田坎防护效益等进行了初步研究和测定．

    试验结果表明，人工模拟降雨和天然降雨测定结果很接近，有作物覆盖小区，逗流量减少32%，土壤流失量减少51%．显而易见，为减轻水土流失，在雨季增加地面覆盖度，效果十分显著．

五、结束语

在降雨动能和降雨．总量相同的条件下，经过100多次野外试验证实，用人工模拟降雨方法所求得的土壤流失量和通流量，与天然降雨观测的结果差异很小；从水量平衡方面考虑，虽然人工、天然两种降雨条件下，地表径流过程和土壤入渗过程不尽一致，但其还流总量是相同的，这说明径流位能（可以代替径流动能，下同）与天然降雨条件下的径流位能相同，对土壤侵蚀的结果亦相同，因此，人工模拟降雨可以代替天然降雨．

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资料来源—黑龙江省水土保持科学研究所