CN102265765A - 一种野外持续模拟降雨装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种野外持续模拟降雨装置，尤其是利用自动压差实现稳定持续模拟降雨的装置，属于水利工程中水文预报领域。本装置包括储水箱、供水箱、雨量调节装置、降雨器、支架，储水箱与供水箱串联，通过系统内的压力差实现供水箱的自动补水，采用单向透气塞和雨量调节装置实现试验所需要的稳定的降雨强度。本发明不需要动力装置，方便野外实验，实验过程不需中断，通过储水箱可实现持续供水，降雨强度控制简便，而且能够始终保持恒定状态。

Description

一种野外持续模拟降雨装置

技术领域

本发明一种野外持续模拟降雨装置，尤其是利用自动压差实现稳定持续模拟降雨的装置，属于水利工程中水文预报领域。

背景技术

近年来，我国中小河流山洪预警预报和灾害防御已成为目前防洪减灾工作中突出的难点(刘志雨，基于动态临界雨量的中小河流山洪预警方法及其应用，北京师范大学学报，2010)。为数众多的中小河流分布广泛，大部分流域站网密度稀疏，监测手段缺乏，预报方案不健全，属于典型的无资料或缺资料流域。因此，在这些流域，如何深入挖掘地形、土壤及基岩特性等山坡结构特征信息，研究其对降雨径流响应的综合效应，具有重要的理论意义和工程实践价值。(Troch，P.A.，Dealing with landscape heterogeneity inwatershed hydrology：a review ofrecent progress toward new hydrological theory，Geography Compass，2009；刘苏峡，无测站流域水文预测(PUB)的研究方法，地理科学进展，2010)。

山坡降雨径流的发生发展受地质、地形、土壤、降雨等多种因素的影响，为了搞清各因子之间的定量关系，必须进行大量的单因子对比实验。野外观测实验取决于天然降雨情况，而每年发生降雨径流的次数有限，并且天然降雨事件具有不可重复性，使径流小区观测实验工作受到很大限制，数据积累慢，远不能满足生产的需要。为了克服这一困难，科学家设计了一系列的降水装置，人工模拟天然降雨。

目前国内外开展降雨径流实验使用的人工模拟降雨器主要分为野外移动式模拟降雨器和室内固定式模拟降雨器两类。其中适合但都未能得到广泛应用，主要存在两个问题：(1)野外模拟降雨器一般均要求现场有足够的场地架设仪器，而实际场地往往不能直接满足；(2)模拟降雨器还需要动力装置，可移动性较差。室内固定式模拟降雨器也存在类似需大范围场地及动力的问题。因此，山坡野外降雨径流实验研究需要一种结构简单、便于安装和携带、降雨强度可控性好的模拟降雨装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是：针对以上现有技术的不足，提供一种简便易控的野外持续模拟降雨装置。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：一种野外持续模拟降雨装置，包括储水箱，供水箱，雨量调节装置，降雨器和支架，所述的装置储水箱与供水箱串联，供水箱底部设置单向透气塞、利用雨量调节装置实现试验所需要的稳定的降雨强度。储水箱与供水箱串联，不需要借助外界动力装置，通过系统内的压力差实现供水箱的自动补水，采用单向透气塞和雨量调节装置实现试验所需要的稳定的降雨强度。

所述的储水箱包括：箱体，进水口，出水口和进气口；

所述的供水箱包括：箱体，进水口，排气口，单向透气塞，进气调节阀；

所述的雨量调节装置和降雨器分别为流量控制伸缩管和喷孔式降雨喷头；

储水箱的出水口与供水箱的进水口之间由橡胶皮管连接，以实现从储水箱向供水箱补水；

储水箱的进气口与供水箱排气口之间亦采用橡胶皮管连接，以实现气体交换；

供水箱的出水口与降雨器之间由雨量调节装置连接，通过雨量调节装置控制供水箱出水流量，即控制降雨强度。

储水箱与供水箱串联自动补水的设计原理：

将储水箱与供水箱上下串联，设储水箱内水位为h′、供水箱内水位为h，储水箱进气口与供水箱排气口连通，则储水箱与供水箱水面上方气压p1和p4相等，即p1＝p4，储水箱底部压强p5等于储水箱水面上方气压p4与箱内水体压强之和，即p5＝p4+ρg h′，因此p5＞p4＝p1，水由储水箱流向供水箱，供水箱的气体通过排气口由供水箱流向储水箱，其中：ρ为水的密度，g为重力加速度。

稳定降雨强度的实现：

供水箱内水体在内外压差作用下流向降雨器模拟降雨，随着箱内水体减少，箱内气体压强逐渐降低，箱底压力也在降低，当箱底压力小于大气压强时，由于供水箱底部设有单向橡胶透气塞，则在内外压差的作用下，外界气体进入供水箱内使箱内气压增大，当供水箱底的压强与大气压强相等时达到平衡状态，随着箱内水体的减少，外界气体不断通过透气塞进入供水箱内，增加箱内气压，仍会达到平衡状态，所以模拟降雨装置在达到平衡状态后，供水箱出口的压强始终会保持不变，当雨量调节装置固定后，即可获得稳定的降雨强度。

本发明的优点在于：本发明不需要动力装置，方便野外实验；实验过程不需中断，通过储水箱可实现持续供水；降雨强度控制简便，而且能够始终保持恒定状态。

附图说明

图1整体结构示意图；

图2降雨器结构正视示意图；

图3降雨器结构俯视示意图；

图4装置运行示意图。

图中，1供水箱进水口，2供水箱排气口，3供水箱，4橡胶透气塞，5连接装置，6流量控制装置(刻线和滑竿)，7降雨器，8储水箱进水口，9储水箱排气口，10橡胶皮管，11储水箱，12撑脚，13喷孔，k1止水阀1，k2止水阀2，k3止水阀3，p1——供水箱中气体压强，p2——供水箱橡胶透气塞处压强，p3——供水箱与橡胶皮管连接处压强，p4——储水箱中气体压强，p5——储水箱与橡胶皮管连接处压强，pa——大气压强，h——供水箱中水的高度，h’——储水箱中水的高度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

储水箱11与供水箱3上下串联，中间设止水阀k3，储水箱进气口9与供水箱排气口2采用橡胶皮管10连通，供水箱3出口接止水阀k1，后接雨量调节装置6，最后接入降雨器7，在降雨器前设置止水阀k2。

初始状态下，供水箱和储水箱内气体压强p1和p4均为大气压强pa，供水箱底部的压强p2和p3等于供水箱水面上方的气压p1与箱内水体压强之和，即：p2＝p3＝p1+ρgh，其中：ρ为水的密度，g为重力加速度。

打开止水阀k1、k2和k3，因为储水箱进气口9与供水箱排气口2连通，所以储水箱和供水箱水面上方气压p1和p4相等，即p1＝p4，储水箱底部压强p5等于储水箱水面上方气压p4与箱内水体压强之和，即p5＝p4+ρg h′，因此p5＞p4＝p1，水由储水箱流向供水箱，供水箱的气体通过排气口由供水箱流向储水箱。

供水箱内水体在重力作用下流向降雨器模拟降雨，随着箱内水体减少，箱内气体压强p1逐渐降低，箱底压力p2和p3也在降低，当箱底压力小于大气压强时，由于供水箱底部设有单向橡胶透气塞，则在内外压差的作用下，外界气体进入供水箱内使箱内气压增大，当供水箱底的压强p2与大气压强pa相等时达到平衡状态，即：p2＝pa。

随着箱内水体的减少，箱内气压降低，外界气体通过透气塞进入供水箱内，增加箱内气压，仍会达到p2＝pa的平衡状态，由于p3＝p2，所以模拟降雨装置在达到平衡状态后，供水箱出口的压强p3始终会保持不变，只需固定雨量调节装置，即可模拟稳定强度的降雨。

Claims (4)

1.一种野外持续模拟降雨装置，包括储水箱，供水箱，雨量调节装置，降雨器和支架，其特征在于：所述的装置储水箱与供水箱串联，供水箱底部设置单向透气塞，利用雨量调节装置实现试验所需要的稳定的降雨强度。

2.根据权利要求1所述的一种野外持续模拟降雨装置，其特征在于：所述的储水箱包括箱体、进水口、出水口和进气口，供水箱包括箱体、进水口、排气口、单向透气塞和进气调节阀；

所述的雨量调节装置为流量控制伸缩管；

降雨器为喷孔式降雨喷头。

3.根据权利要求1所述的一种野外持续模拟降雨装置，其特征在于：所述的储水箱的出水口与供水箱的进水口之间由橡胶皮管连接，储水箱的进气口与供水箱排气口之间采用橡胶皮管连接。

4.根据权利要求2所述的一种野外持续模拟降雨装置，其特征在于：所述的供水箱的出水口与降雨器之间由雨量调节装置连接。

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