总结ZK-3人工模拟降雨器在一些科研研究场合中的应用

1在水土流失地区, 为了研究水土流失规律和水土保持效益, 需要长期观测实验小流域和坡地径，在观测手段上，利用各种型式人工模拟降雨器做土壤入渗、小流域产流及产沙的模拟。

2土壤侵蚀性是土壤侵蚀和土壤资源保护的一个重要课题,它表明了土壤理化性质对土壤侵蚀的影响。土壤侵蚀性的研究开始于本世纪二十年代,并相继提出了一些如分散率、侵蚀度等偏于土壤物理性质的侵蚀指标

3为探明降雨特别是酸雨对玉米冠层氮素淋失的影响,以盆栽试验春玉米为指示作物,采用人工模拟降雨器进行模拟降雨,研究施氮与不施氮(对照)条件下玉米冠层NO3--N淋失动态、数量及随生育期和降雨酸度的变化规律。结果表明,中性和弱酸性降雨淋洗,NO3--N淋失量主要由冠层氮素含量决定,而强酸雨淋洗,NO3--N淋失量受降雨pH值和冠层氮素含量共同影响。

4用人工模拟降雨器对黄土高原冬小麦收获后6个耕作措施:不翻耕(NT),不翻耕+覆盖(NTC),浅翻耕(LT),浅翻耕+覆盖(LTC),深翻耕(DT),深翻耕+覆盖(DTC)处理下土壤的入渗进行了研究,测定了土壤表面结皮、粗糙度等指标因子。

5用人工模拟降雨器,对陇东黄土高原不同地表粗糙度(RR)条件下翻耕土壤的径流和蓄水能力进行研究。以兰州大学庆阳黄土高原试验站为试验点,设3个处理:轻度(LR,RR=7.6 mm),中度(MR,RR=10.1 mm)和重度(HR,RR=21.0 mm)处理。

6影响边坡冲刷的因素很多 ,而基于模糊感知器建立一个通用的公路边坡冲刷预报模型是一个较好的解决途径。该方法结合了神经网络与模糊方法的优点 ,它可以模拟影响因素之间复杂的非线性关系 ,较好地解决了公路边坡冲刷预报中的模糊性和不确定性。模糊感知器网络将冲刷影响因子序列分成学习样本 (30min降雨强度、降雨历时、降雨量、坡度坡长 ) ,表示冲刷外因和学习目标样本 (土压实度、径流流速、径流流量、土颗粒粘聚力、植被指数 ) ,表示冲刷内因。通过模糊感知器特有的算法训练学习样本得到目标样本 ,最终得出冲刷预报值。

7对北京密云水库库区的８种主要林分的坡面土壤入渗指标采用双环入渗仪和针头式人工降雨器同时进行测试试验。

8正开展白粒抗穗发芽小麦品种选育的一个重要环节就是对其抗性进行鉴定:如果在一个生长周期内因缺乏收获前连阴雨天气或虽有降雨但不能使这一抗性充分表现而难以选择时,人工鉴定方法至关重要 国外广泛使用的一种技术是将麦穗附在一个滚筒上,使其处于潮湿的条件下或者人工降雨使其潮湿(McMaster和Derera,1976)吴兆苏等(1987)研制成功一种控温保湿发芽床(人工模拟降雨器)

9采用人工模拟降雨器方法,配套使用激光雨滴谱仪,研究了隧道弃渣的坡面侵蚀特征及变化趋势。试验结果表明:降雨前期,渣体渗透性能较好,水分大量渗入渣体,待降雨强度大于入渗能力时,径流才开始产生;样品A(黄绵沙)开始产流的时间为11 min,样品B(红黏土)开始产流的时间为4 min,样品A的入渗性能明显高于样品B;以样品A为供试材料的坡面上有较多的侵蚀沟,但长度都较短,以细沟侵蚀为主,而以样品B为供试材料的坡面上侵蚀沟较少,但是分布相对集中,且以面蚀为主。

10贵州省位于西南喀斯特地区的中心,该省由于自然因素和人为因素相互耦合,大量的土地资源流失,出现大量的石漠化景观。由于贵州省地处亚热带湿润区,降雨量十分丰富,而降雨时空上的分布不均匀,暴雨频繁发生导致水土流失和土地生产力下降是限制当地可持续发展的主要原因。本文采用野外人工模拟降雨器设置不同降雨强度,研究贵州中度石漠化灌丛水土流失,以及用Hood入渗仪对中度石漠化地区灌丛的入渗过程进行研究

11随着牧场使用时间的增长,牛粪数量也将增多,目前还不清楚有关牛粪数量对径流中养分流失影响。为此,利用人工模拟降雨器确定径流速率对径流中养分流失的影响,土壤性质对径流中养分流失的影响。

12以透气防水树脂(KMCO-955)作为裸露边坡喷植材料为题,将其应用于泥岩土样表面作为土壤防冲保护层,并以人工模拟降雨器模拟在不同坡度、降雨强度与喷洒药剂浓度之情况下,探讨透气防水树脂对土壤侵蚀量、浸润渗漏水质与土壤硬度的影响。

13采用便携式人工模拟降雨器进行野外模拟人工降雨实验,对岷江上游山地森林／干旱河谷交错带坡面径流侵蚀进行综合研究。对影响坡面径流的不同植被类型、不同坡度、不同土壤含水量等因素进行对比分析,说明该地区的植被恢复重建工作起到显著成效。

14为探明模拟降雨供水水质对土壤入渗性能的影响,设计了3种水质(去离子水、自来水和盐水)、2种雨强(45.5mm/h和95.54mm/h)、2种坡度(8.7%和25.9%)对黄土高原2种典型土壤(黄土和娄土)的入渗性能进行了研究。

15基于人工模拟降雨器研究三峡库区径流小区在大雨强下产流产沙对15°,25°两种坡度的响应特征

16我国南方红壤土水土流失的现状及危害,提出亟待保护的迫切要求,通过综合分析坡地试验小区的土壤侵蚀模数、产流特征,研究不同植被小区的水土保持效应,并且分析降雨对小区水土流失的影响,以期对红壤土的综合利用提出理论支持。针对我国红壤退化日益严重的问题,在人工模拟降雨条件下,分析红壤水分特征、产汇流过程所做的研究工作,通过研究找到合适植物以改良红壤,使得红壤沙化过程减缓。

17通过人工模拟喀斯特裸坡面微地貌特征和地下喀斯特裂隙构造,结合人工模拟降雨器,研究不同基岩裸露率、不同降雨强度、不同地下孔裂隙度以及降雨历时对土壤侵蚀的影响。

18凭借人工模拟降雨装置,对大红山工矿区弃石场的土壤与沙砾间的横向与纵向的垂直侵蚀状况比较,分析了影响垂直侵蚀的主要因素。

19试验通过人工模拟降雨器方式,研究重庆市不同降雨条件下黄壤坡耕地的侵蚀产沙规律

20降雨作用造成的土壤侵蚀和养分流失是目前我国面临的重大环境问题之一。降雨是土壤侵蚀的主要动力因子,也是产生径流的基础物质。携带大量养分的土壤颗粒随着径流的迁移在改变土壤物质结构和质地的同时,也造成了土壤养分的二次分配。为了解决降雨数据收集的局限性问题,同时尽量减少自然因素的干扰,本文通过在对人工模拟降雨器降雨特征因子率定的基础上,分析模拟降雨因子对下垫面土壤侵蚀和养分流失的规律。

21利用人工模拟降雨器,以裸地为对照,对珠江上游耕地、退耕地、滇石栎、圣诞树、云南松五种地被进行产流产沙试验研究。

22人工模拟降雨器是研究坡地产流规律的一种有效手段。在华北石质山区东台沟流域的5m×10m的坡面径流小区中,进行了13场不同雨强和历时的人工模拟降雨试验,并同步监测了降雨、地表径流、壤中流、风化带出流和土壤含水量。结果表明,各层出流过程均呈现起涨与回落迅速的特点;相比较而言,地表径流和壤中流的退水很快,而风化带出流的退水则相对缓慢。地表径流量是研究小区内总径流的主要组成部分,其占了总径流量的60%以上,在大雨强下甚至能超过90%。径流系数主要受雨强、降雨量、土壤前期含水量的影响,它们的多元线性回归关系式为琢=0.002P+0.182i+4.88Wa-0.821。地表径流、壤中流、风化带的出流滞时与降雨强度均符合幂函数关系。可将退水常数分为2层,计算得到地表径流退水常数为0.75,壤中流和基岩风化带出流的退水常数为0.94;研究区主要以超渗产流方式为主,可以用Horton模型来描述,在不同雨强下均监测到了约0.10mm/min的深层渗漏,该值可以认为是该区的稳定入渗率。

23基于保水剂施入土壤后氧化、见光易分解的特性,探究不同覆沙厚度下保水剂对沙质土壤垂直水分的影响。

24通过人工模拟降雨器, ,对石子和秸秆覆盖条件下的土壤水分动态变化、地下渗流过程进行了连续监测,并对不同下垫面条件下水量转化的变异特征进行了分析。

25通过人工模拟降雨溅蚀实验,测定土壤溅蚀速率,同时采样制作土壤切片,观察分析结皮的发育特征以及与土壤溅蚀的关系。

26采用人工模拟降雨器,对毛竹林地土壤流失进行了试验,结果表明:林地坡度是影响林地土壤流失的主要因子,坡度在30以上时,极易造成林地土壤冲刷;地表覆盖能有效地降低地表径流中的泥沙含量;大雨、陡坡、全垦造成的水土流失非常严重。

27基于相似原理,修建小流域模型,人工模拟降雨器,是进行各种雨水利用及径流调控试验研究的有效手段。降雨强度与雨滴大小、数量及雨滴密度有关。本文讨论了用色斑法测小流域模型雨谱过程及其计算雨谱参数方法,得出不同情况下模型的雨谱特性。

28通过野外特定强度的人工模拟降雨器,研究了长江三峡坝区花岗岩坡面马尾松林地、板栗疏林地和农耕地的土壤水分入渗过程(f)及入渗量(F)。

29通过人工模拟降雨方法对四川盆地紫色土坡耕地产流特征进行研究

30采用人工模拟降雨器方式,研究了中度石漠化山地N、P、K流失的特征。结果表明,不同降雨强度下,径流中N、P、K流失浓度,KNP,且径流中N和K的浓度总体上呈下降趋势,P流失没有明显下降。随着降雨历时,径流中的N、K浓度波动性较小,而P波动性较大。不同雨强,营养元素间关系有正相关,也有负相关。

31利用人工模拟降雨器在降雨性质上的可控性优势,分析了在黄土丘陵区具有代表性的几种坡面土地利用方式(林灌地、封禁荒草地、弃耕农地)的产流产沙动态过程及发生机制。

32用人工模拟降雨器研究亚热带地区粘淀湿润富铁土和铝质湿润淋溶土的坡耕地土壤沟蚀和沟间侵蚀。

33研究红壤表土结皮发育特征及其与土壤溅蚀的关系,可为理解红壤的侵蚀机理提供理论依据。通过人工模拟降雨溅蚀试验,采样制作土壤切片,同时测定红壤溅蚀速率,观察分析红壤土表结构的变化特征以及与土壤溅蚀的关系。

34用人工模拟降雨器方法,分设3种不同的降雨强度,研究了宁南山区人工草地和坡耕地的产流产沙特征。

35对降雨入渗的研究是揭示华北地区水源地来水量变化研究的基础。运用人工模拟降雨器,在2个2m2的径流小区(编号为P1、P2,坡度分别为19.6°,11.7°)上研究了太行山区侧柏林地的入渗特性,分析了雨强、土壤前期含水量和坡度对入渗的影响。

36采用人工模拟降雨器的方法,分设5种不同的降雨强度研究半干旱区农地的产流产沙特征.结果表明:农地径流量、侵蚀模数随雨强的增加而增加,并与降雨强度呈指数函数或幂函数;小麦地和裸地径流量平均值分别为39.1mm和50.1mm,径流系数最高达60%以上;裸地与小麦地的侵蚀模数之比最大达25倍.

37用人工模拟降雨器研究低丘红壤区不同土地利用方式下植被覆盖与管理因子Ｃ值，并应用Ｃ值对土地利用方式的可持续性进行分析评价。结果表明，合理的土地利用方式，必须有利于降低Ｃ值，提高土壤渗透率，增强土壤蓄水力，以达到减少水土流失和提高经济效益的双重目的。

38中国东北地区的黑土坡耕地为研究对象,利用人工模拟降雨器进行室内模拟降雨试验,在雨强为60 mm/h的条件下,利用变坡土槽研究坡面坡度分别为1°、3°、5°、7°和9°时,产流时间、流速、平均入渗率、径流量、累计径流量等产流特征以及侵蚀泥沙量、累计泥沙量、径流含沙率等产沙特征,探讨黑土坡面产流产沙规律。

39云南省坡改梯试点工程水保监测项目采用人工模拟降雨试验研究土壤产汇流规律和侵蚀规律,具有经济性、便捷性、可控性、重现性等优点。本文以石佛山项目为例,对人工模拟降雨器数据进行了分析。

40永胜县金官镇实施退耕还林还草工程以来，生态环境明显改善，生态效益和经济效益显著。为了了解和掌握非洲狗尾草、东非狼尾草和肯尼亚白三叶3个引进草种的水土保持效益，并回答其水土保持的机理，同时探讨其能否增加农民的经济收入，本研究采取野外人工模拟降雨器实验和室内分析相结合的方法，以云南省金沙江流域退耕还林还草工程区引进草种为研究对象，以耕地和裸地为对照，对引进草种的水土保持作用机理及效益以及经济效益等问题进行了系统的研究。

41利用人工模拟降雨器研究了不同降雨强度和坡度条件下,90%盖度狗牙根草地(以裸地为对照)对次降雨地表径流产生过程的影响以及对径流总量的削减作用。

42以2种典型黄土为研究对象,在人工模拟降雨器条件下,研究了不同雨强和坡度条件下侵蚀过程中黏粒含量的变化规律,比较了泥沙侵蚀颗粒(未分散)和泥沙原始颗粒(分散后)大小分布特征,分析了团聚率和富集率.

43过构建不同坡角边坡物理模型分别进行人工模拟降雨器,对坡体进行分层监测。采用自动水份传感器测定坡体不同位置处含水率;用光纤传感器测定坡体内不同深度处应变;用压力盒测定坡体前端不同深度处推力。

44针对降雨入渗非均质土坡的稳定问题,建立双层边坡模型进行人工降雨器,对坡体进行含水率和孔隙水压力监测,得到了非均质土坡在降雨条件下含水率和孔隙水压力更真实的变化。

45通过间隔为11h的二次人工模拟降雨器和冲蚀槽试验研究了10种土壤的侵蚀过程,发现在第2次降雨中大多数土壤出现了细沟侵蚀形式。采样微形态观察发现,在第1次降雨中形成结皮的土壤在第2次降雨中出现了细沟侵蚀;产流产沙观测发现所有出现细沟侵蚀的土壤在第1次降雨中径流含沙量逐渐减少,而第2次降雨中有一个先剧增后减少的过程。土壤理化分析及多元逐步回归分析结果表明,土壤颗粒组成、有机质含量、铁铝含量等因素对细沟侵蚀的影响表现不明显,而与土壤团聚体有关结构指标、细沟侵蚀、产流产沙速率及总量呈显著相关关系。分析表明,团聚体分散度、崩解速率与渗透系数之比两个指标能较好地预测细沟侵蚀发生的可能性,同时也能很好地预测侵蚀产沙量。

46以华北土石山区侧柏、油松、五角枫和栓皮栎等当地乡土树种为研究对象,开展野外人工模拟降雨器试验,研究坡面尺度林分对冠层截留和地表产流产沙的影响、单株苗木冠层结构对截留的影响,以期探讨华北土石山区最佳防护效益的植被类型和配置、林分结构和水资源空间分布量化关系及拦截降水的最优冠型,为华北土石山区防护林的营造和管理提供一定的理论依据。

ZK-3人工模拟降雨器的应用

ZK-3人工模拟降雨器解决方案有三大部分组成分为：动力设备、人工降雨管路、人工降雨自控系统三部分组成，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。

ZK-3人工模拟降雨器总体技术指标：

1）、有效降雨面积：2*6m

2）、降雨高度：4m

3）、雨强连续变化范围：20-200mm/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

ZK-3人工模拟降雨器特点：

1)便携性：

该设备采用多个功能完备的模块，通过快速连接部件，手工很快即可装配完成。适合科研单位在室内或者野外应用，一举两得。

2)安全性

系统的结构采用不锈钢材料，系统供水管路动力源与降雨管路部分采用钢丝缠绕高压管，降雨管路采用不锈钢管，支架采用工业铝合金型材，不仅提高了供水的安全性也提高了系统的稳定性，杜绝由于管道生锈引起喷头堵塞的隐患。

3)真实性

实验平台喷头采用世界较为先进的垂直旋转下喷式喷头，可以实现小雨，中雨，大雨，暴雨不同级别的降雨，使模拟降雨更及近自然降雨。

4)先进性：

该人工模拟降雨系统采用自动测控系统，可现场实时在线显示整个降雨大小的数值，即对现场降雨测量结果有直接参考意义。

5)实时性：

可以实时的显示数据。

 

 

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