CN106771087A - 一种野外人工降雨模拟装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外人工降雨模拟装置，包括水箱，水箱通过调平支架固定于地面，水箱顶部设置长水准泡，水箱底部设置用于模拟降雨的针头，水箱通过进水管连接设置于储水箱内的磁力泵，磁力泵用于将储水箱内的溶液注入水箱，水箱内的溶液通过溢流出水管流入储水箱，溢流出水管移动式安装于水位调节支架上。本发明提供的野外人工降雨模拟装置及其应用方法，只需测定一次水位‑雨强关系曲线，一个水位对应一个雨强，避免每次实验前测量雨强的问题，通过调节溢流出水管的高度控制水箱内的水位进而控制雨强，可得到连续变化的雨强，无需反复更换针头，且能粗略获知当地的蒸发量，适用于野外复杂地形，方法简便易于操作，工作效率高，应用前景广阔。

Description

一种野外人工降雨模拟装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及人工降雨技术领域，具体涉及一种野外人工降雨模拟装置及其应用方法。

背景技术

对土壤性质的研究在水文、农田水利、水土保持、水文地质和生态环境等领域均具有非常重要的意义，而土壤入渗实验是研究土壤性质的重要手段，单纯依靠天然降雨来收集所需科研资料具有很大的局限性，因此为尽可能地模拟自然入渗情况，需要在野外近似地模拟自然降雨情况。

目前的降雨模拟装置大多采用更换针头的方法来控制雨强大小，在每次更换完针头后还需要测定雨强是否满足要求，否则仍需重新挑选合适的针头，其操作过程费时费力，很难实现雨强的连续变化，且需携带大批量不同内径的针头进行野外实验，增加了实验难度，提高了实验成本。

此外，野外地形复杂，大多崎岖不平且有一定的坡度，加之土壤易凹陷，降雨模拟装置存在深陷土壤的风险，且野外实验环境不稳定，易发生突发性气候变化如降雨、降雪、大风等，若降雨模拟装置不能完全水平放置，将直接导致测得的雨强不均匀，影响实验结果的准确性，降雨模拟装置还会由于架设不当引起侧翻，缩短其使用寿命，影响实验进度，而目前同类型装置的野外适应性均较差。因此，设计一种适应野外地形且操作简便、满足降雨要求的野外降雨模拟装置具有重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术中降雨模拟装置存在的不适用于野外监测和操作复杂的问题，本发明提供一种野外人工降雨模拟装置及其应用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种野外人工降雨模拟装置，包括水箱，水箱通过调平支架固定于地面，水箱顶部设置长水准泡，水箱底部设置若干个用于模拟降雨的针头，水箱通过进水管连接磁力泵，磁力泵设置于储水箱内，用于将储水箱内的溶液注入水箱，水箱内的溶液通过溢流出水管流入储水箱，溢流出水管可移动式安装于水位调节支架上，通过调节溢流出水管的出水高度控制水箱内的水位变化，获得对应的雨强。

进一步的，所述水箱顶部设有两个在同一平面内互相垂直的长水准泡。

进一步的，所述水箱上设有水位刻度线、进水口和出水口，所述进水口的水平高度高于出水口的水平高度。

进一步的，所述进水管一端与进水口相通，进水管另一端与磁力泵相连，所述溢流出水管一端与出水口相通，溢流出水管另一端通过夹管夹可移动式安装于水位调节支架上。

进一步的，所述水箱与针头之间、进水管与进水口之间、进水管与磁力泵之间、溢流出水管与出水口之间分别进行密封。

进一步的，所述调平支架包括调平螺旋、伸缩架和垫片，所述伸缩架设置于水箱底部，用于支撑水箱并调节调平支架的高度，伸缩架顶部设置调平螺旋，用于对调平支架进行微调，伸缩架底部设置垫片。

进一步的，所述调平螺旋、伸缩架和垫片分别有四个，四个伸缩架分别设置于水箱的底部四角，每个伸缩架的顶部和底部分别设置一个调平螺旋和垫片。

进一步的，利用安装好的野外人工降雨模拟装置测定水位-雨强关系曲线图，随后进行野外模拟降雨，包括以下步骤：

步骤1：将水箱放置于调平支架上，通过调节调平螺旋和伸缩架使水箱水平放置，两个长水准泡中的气泡居中，并对安装好的野外人工降雨模拟装置进行密封和密封检测；

步骤2：向储水箱内添加酸性清洗液，打开磁力泵，将清洗液通过进水管注入水箱内并从针头流出，用于清洗疏通针头，待清洗结束，关闭磁力泵，通过调节溢流出水管的出水高度至低于水箱底面高度，将水箱内的酸性清洗液通过溢流出水管全部排回储水箱并将其倒出，随后再使用清水重复上述过程进行清洗；

步骤3：确定需要测定雨强的若干个水位，打开磁力泵，通过调节溢流出水管的高度使水箱内的水位达到所需高度，将雨量筒水平放置于水箱底部，用于收集从针头流出的清水并同时开始计时，待雨量筒内存储适量清水后将其从水箱底部取出并同时停止计时，记录收集时间和降水量，随后使水箱内的水位达到下一个待测水位，重复上述步骤并计算不同水位下的雨强，将对应的水位和雨强数据绘制成水位-雨强关系曲线图，确定水位和雨强之间的相关关系公式；

步骤4：将野外人工降雨模拟装置放置于野外并完成所述步骤1和2后，向储水箱内添加清水，打开磁力泵，水箱内的清水通过针头流出，进行野外模拟降雨，根据所述步骤3的水位-雨强关系曲线图，调节水箱内的水位获得对应雨强，待降雨结束，关闭磁力泵，通过调节溢流出水管的出水高度至低于水箱底面高度，使水箱内的清水全部排入储水箱；

步骤5：按照所述步骤2清洗野外人工降雨模拟装置并收纳放置。

进一步的，所述雨量筒包括漏斗和量杯，量杯上设有水位刻度线，漏斗上底面直径大于量杯直径，漏斗伸入量杯内的长度小于量杯的高度，所述雨强通过如下计算公式获得：

RI=P/St 公式一

S=πr² 公式二

其中RI 为雨强，P为降水量，S为降雨面积，t为收集时间，r为漏斗上底面半径。

进一步的，所述酸性清洗液为稀盐酸和乙酸的任一种，稀盐酸的质量分数为7-10%，乙酸的质量分数为10-15%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）本发明的调平支架采用调平螺旋和可调节高度的伸缩架，伸缩架底部设有垫片，适用于野外复杂地形，确保野外人工降雨模拟装置处于水平放置状态，防止倾侧或侧翻，有利于为野外模拟降雨实验提供稳定的降雨环境；

2）本发明只需测定一次水位-雨强关系曲线图，一个水位对应一个雨强，避免每次实验之前进行多次测量以获得所需雨强的问题，通过调节溢流出水管的高度调节水箱内的水位进而达到控制雨强的目的，且能够得到连续变化的雨强，方法简便、易于操作，无需反复多次更换针头，大大提高工作效率；

3）本发明适用于野外缺水环境下的实验，无需携带大量的净水，降低人力、物力成本，根据雨强可直接算得降水量，初始水量减去余水量和降水量即可获得流失的水量，在野外人工降雨模拟装置的各连接部分密封良好的情况下，流失的水量为蒸发损失，即可粗略获知当地的蒸发量，对某些无资料地区有着重要的意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的水位-雨强关系曲线图；

其中，1-水箱；2-进水口；3-出水口；4-针头；5-调平螺旋；6-长水准泡；7-伸缩架；8-垫片；9-进水管；10-溢流出水管；11-水位调节支架；12-夹管夹；13-磁力泵；14-储水箱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示，一种野外人工降雨模拟装置，包括水箱1、进水口2、出水口3、针头4、调平螺旋5、长水准泡6、伸缩架7、垫片8、进水管9、溢流出水管10、水位调节支架11、夹管夹12、磁力泵13和储水箱14。水箱1上设置水位刻度线，水箱1通过调平支架固定于地面，调平支架包括调平螺旋5、伸缩架7和垫片8，伸缩架7作为调平支架的主体，用于支撑水箱1并调节调平支架的高度，伸缩架7顶部设有调平螺旋5，用于对调平支架进行微调，伸缩架7底部设置垫片8，用于增大其与地面的接触面积，防止下陷，水箱1顶部设有两个在同一平面内互相垂直的长水准泡6，用于观测水箱1是否处于水平状态，当两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置时，调平支架和水箱1保持水平放置状态且平行于水平面，水箱1底部设有若干个针头4，水箱1内的溶液通过针头4流出，用于模拟人工降雨，水箱1上还设有进水口2和出水口3，分别连通进水管9和溢流出水管10，进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14内，磁力泵13用于将储水箱14内的溶液通过进水管9输送至水箱1，为避免进水口2入流对水箱1内的溶液产生扰动，磁力泵13流量不大于4 L/min，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12上的锁扣可移动式安装于水位调节支架11上，夹管夹12一端设有锁扣，用于调节夹管夹12的位置使溢流出水管10移动至水位调节支架11上的不同高度位置，进而调节溢流出水管10的出水高度，溢流出水管10的出水高度与水箱1内的水位一致，水箱1内的溶液通过溢流出水管10重新流入储水箱14内，控制水箱1内的水位变化，得到不同的雨强，确保水箱1达到稳定的水位，即可获得稳定的雨强。

本发明只需测定一次水位-雨强关系曲线图，在后续的野外模拟降雨实验中只需根据水位-雨强关系曲线图通过调节水箱1内的水位获取相应的雨强，一个水位对应一个雨强，避免每次实验前都需要测量雨强的问题，测量步骤得到简化，有效提高了工作效率，水位-雨强关系曲线图的绘制过程包括以下步骤：

首先通过观测水箱1上的水位刻度线确定水位h，根据在一定收集时间t内一定降雨面积S上测定的降水量P计算得到雨强RI，降水量P通过放置于针头4底部的雨量筒测得，雨量筒包括量杯和漏斗，量杯上设有水位刻度线，漏斗上底面直径大于量杯直径，漏斗伸入量杯内的长度小于量杯的高度，确保漏斗底部不接触量杯底部且漏斗水平放置，通过量杯刻度读出降水量P，雨强RI通过如下公式一和公式二获得：

RI=P/St 公式一

S=πr² 公式二

其中r为漏斗上底面半径，为降低观测误差，在同一个水位下对收集时间和降雨量进行多次测定，求取雨强的平均值，对若干组一一对应的水位和雨强数据绘制形成水位-雨强关系曲线图，不同水位对应不同的雨强。

利用野外人工降雨模拟装置测定水位-雨强关系曲线图，包括以下步骤：

步骤1：安装并调平：

该测定过程在平稳地面完成，故不需要在伸缩架7底部放置垫片8，只需选择适当的平地放置调平支架，调节伸缩架7的高度使调平支架基本处于水平状态，再将水箱1放置于调平支架上，观察两个长水准泡6中的气泡是否居中，若未居中，使用调平螺旋5对调平支架进行微调，直至两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置，随后将进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14内，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12可移动式安装于水位调节支架11上，水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间分别进行密封，防止出现渗漏。

步骤2：检验是否渗漏并清洗疏通针头4：

向储水箱14内添加适量清水，打开磁力泵13，将储水箱14内的清水抽出并通过进水管9注入水箱1中，调节夹管夹12的位置使溢流出水管10固定于水位调节支架11的合适高度位置，保持水箱1内有一定量的清水，多余水量经由溢流出水管10重新流入储水箱14中，观察水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间的相接处是否存在渗漏现象，若出现渗漏则再次对其进行密封处理，若密封良好，关闭磁力泵13，通过调节夹管夹12的位置使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，用以完全排出水箱1内的清水，待水箱1内的清水全部通过溢流出水管10流入储水箱14后，将储水箱14内的清水换成酸性清洗液，再次打开磁力泵13，将酸性清洗液通过进水管9传送至水箱1内并从针头4流出，用于清洗疏通针头4，完成清洗疏通工作后，关闭磁力泵13，调节夹管夹12的位置至低于水箱1的底面，使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，将水箱1内的酸性清洗液全部排入储水箱14中并将其倒出，随后向储水箱14中添加适量清水，重复上述过程，使用清水清洗野外人工降雨模拟装置，降低酸度。

步骤3：测定不同水位下的降水量：

确定需要测定雨强的若干个水位，向储水箱14内添加适量清水，打开磁力泵13，调节夹管夹12的高度，用于控制水箱1内的水位达到所要求的水位，待水箱1内的水位稳定后，将雨量筒水平放置于水箱1底部，用于收集从针头4流出的清水，同时开始计时，待量杯内存储适量清水后取出雨量筒，在取出的同时停止计时，记录下收集时间和降水量，同一个水位下可对收集时间和降雨量进行多次测定，求取雨强的平均值，用于降低观测误差，随后调节夹管夹12的高度使水箱1内的水位达到下一个待测水位，并重复上述步骤，直至得到所需实验结果，随后使用清水清洗野外人工降雨模拟装置，将野外人工降雨模拟装置的各个连接部分拆卸分离，水分沥干后伸缩架7调至最低高度，将各个部分有序收纳放置，并清点以防遗漏。

步骤4：根据公式一和公式二计算不同水位下的雨强，并将一一对应的水位和雨强数据录入计算机，通过计算机拟合绘制形成水位-雨强关系曲线图并确定水位和雨强之间的相关关系计算公式。

利用野外人工降雨模拟装置进行野外模拟降雨，包括以下步骤：

步骤一：安装并调平：

在野外选择适当的位置放置调平支架，将垫片8放置于夯实的土壤上，伸缩架7放置于垫片8上，防止下陷，调节伸缩架7的高度使调平支架基本处于水平状态，再将水箱1放置于调平支架上，观察两个长水准泡6中的气泡是否居中，若未居中，使用调平螺旋5对调平支架进行微调，直至两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置，随后将进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14内，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12固定于水位调节支架11上，水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间分别进行密封，防止出现渗漏。

步骤二：检验是否渗漏并清洗疏通针头4：

向储水箱14内添加适量清水，打开磁力泵13，将储水箱14内的清水通过进水管9注入水箱1中，调节夹管夹12的位置使溢流出水管10固定于水位调节支架11的合适高度位置，保持水箱1内有一定量的清水，多余水量经由溢流出水管10重新流入储水箱14中，观察水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间的相接处是否存在渗漏现象，若出现渗漏则再次对其进行密封处理，若密封良好，关闭磁力泵13，调节夹管夹12的位置至低于水箱1的底面，使水位调节支架11上溢流出水管10的高度低于水箱1的底面高度，用以完全排出水箱1内的水，待水箱1内的清水全部排回储水箱14后，将储水箱14内的清水换成酸性清洗液，再次打开磁力泵13，将酸性清洗液通过进水管9传送至水箱1内并从针头4流出，用于清洗疏通针头4，完成清洗疏通工作后，关闭磁力泵13，通过调节夹管夹12的位置使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，将水箱1内的酸性清洗液由溢流出水管10全部重新流入储水箱14中并将其倒出，随后使用清水重复上述过程，用于清洗野外人工降雨模拟装置，降低酸度。

步骤三：模拟降雨实验：

向储水箱14中添加适量清水，打开磁力泵13，根据前述绘制的水位-雨强关系曲线图获取所需雨强对应的水位，调节夹管夹12的高度使溢流出水管10固定于水位调节支架11的合适高度位置，使水箱1内的水位达到所要求的水位，待水位稳定后进行野外模拟降雨实验，水箱1内的清水通过底部的针头4流出，用于模拟人工降雨，通过调节夹管夹12的高度获得对应的水位，进而获得对应的雨强，待实验结束后，关闭磁力泵13，通过调节夹管夹12使溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，将水箱1内的清水全部经由溢流出水管10排入储水箱14内。

步骤四：清洗疏通针头4：

将储水箱14中的清水换成酸性清洗液，打开磁力泵13，将酸性清洗液经由进水管9传送至水箱1内并从针头4流出，用于清洗疏通针头4，待清洗疏通结束，关闭磁力泵13，将酸性清洗液通过溢流出水管10全部重新流入储水箱14中并将其倒出，再向储水箱14中添加适量清水，重复上述步骤，使用清水清洗野外人工降雨模拟装置，降低酸度。

步骤五：拆除装置并收纳：

将野外人工降雨模拟装置的各个连接部分拆卸分离，水分沥干，伸缩架7调至最低高度，将野外人工降雨模拟装置的各个部分有序收纳放置，并清点以防遗漏。

溢流出水管10的出水高度是指水箱1内的溶液经由出水口3进入溢流出水管10后流出时的水平高度，酸性清洗液为稀盐酸溶液和乙酸溶液的任一种，稀盐酸溶液的质量分数为7%-10%，乙酸溶液的质量分数为10%-15%。

实施例1

如图1-2所示，一种野外人工降雨模拟装置，包括水箱1、进水口2、出水口3、针头4、调平螺旋5、长水准泡6、伸缩架7、垫片8、进水管9、溢流出水管10、水位调节支架11、夹管夹12、磁力泵13和储水箱14，水箱1上设置水位刻度线，水箱1通过调平支架固定于地面，调平支架包括四个调平螺旋5、四个伸缩架7和四个垫片8，伸缩架7作为调平支架的主体，用于支撑水箱1并调节调平支架的高度，四个伸缩架7分别放置于水箱1的底部四角，一个伸缩架7的顶部和底部分别设置一个调平螺旋5和垫片8，调平螺旋5用于对调平支架进行微调，垫片8用于增大其与地面的接触面积，防止调平支架下陷，水箱1顶部设有两个在同一平面内互相垂直的长水准泡6，用于观测水箱1是否处于水平状态，两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置时，调平支架和水箱1保持水平放置状态且平行于水平面，水箱1底部设有若干个针头4，水箱1内的水通过针头4流出，用于模拟人工降雨，水箱1上还设有进水口2和出水口3，分别连通进水管9和溢流出水管10，进水口2的水平高度高于出水口3的水平高度，进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14底部内侧，磁力泵13用于将储水箱14内的水通过进水管9输送至水箱1，为避免进水口2入流对水箱1内的水产生扰动，磁力泵13流量不大于4 L/min，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12上的锁扣可移动式安装于水位调节支架11上，夹管夹12一端设有锁扣，用于调节夹管夹12的位置使溢流出水管10移动至水位调节支架11上的不同高度位置，进而调节溢流出水管10的出水高度，溢流出水管10的出水高度与水箱1内的水位高度一致，水箱1内的溶液通过溢流出水管10重新流入储水箱14内，用于控制水箱1内的水位变化，得到不同的雨强，确保水箱1达到稳定的水位即可获得稳定的雨强。

水箱1采用有机玻璃制备而成，水箱1的长为60 cm，宽为40 cm，高为40 cm，水箱1底部每隔2 cm钻孔，用于安装若干个型号为27 G的针头4，针头4的内径为0.21 mm，水箱1与针头4、进水管9与进水口2及磁力泵13、溢流出水管10与出水口3的相接处分别使用704胶水粘结以防止渗漏，水箱1上设有半径为0.8 cm的进水口2和半径为1 cm的出水口3，伸缩架7采用钢结构制得，具有较高的抗压强度，可在60-90 cm的高度范围内进行调节，放置于调平支架上的水箱1与地面之间的最低高度为60 cm，最高高度为90 cm，垫片8采用半径为3 cm的铁片制备而成，进水管9和溢流出水管10均为硅胶管，磁力泵13的扬程为4 m，最大流量为4 L/min，储水箱14选用长宽高分别为60 cm、60 cm和20 cm的有机玻璃制备而成，水位调节支架11的高度为130 cm，夹管夹12一端采用锁扣将溢流出水管10可移动式安装于水位调节支架11。

在实验之前只需测定一次水位-雨强关系曲线图，测定过程在室内平地即可完成，包括以下步骤：

步骤1：安装并调平：

该测定过程在平稳地面完成，故不需要在伸缩架7底部放置垫片8，只需选择适当的平地放置调平支架，调节伸缩架7的高度使调平支架基本处于水平状态，再将水箱1放置于调平支架上，观察两个长水准泡6中的气泡是否居中，若未居中，使用调平螺旋5对调平支架进行微调，直至两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置，随后将进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14内，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12可移动式安装于水位调节支架11上，水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间分别进行密封，防止出现渗漏。

步骤2：检验是否渗漏并清洗疏通针头4：

向储水箱14内添加适量清水，打开磁力泵13，将储水箱14内的清水抽出并通过进水管9注入水箱1中，调节夹管夹12的位置使溢流出水管10固定于水位调节支架11的合适高度位置，保持水箱1内有一定量的清水，多余水量经由溢流出水管10重新流入储水箱14中，观察水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间的相接处是否存在渗漏现象，若出现渗漏则再次对其进行密封处理，若不存在渗漏，关闭磁力泵13，调节夹管夹12的位置至低于水箱1的底面，使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，用于将水箱1内的水全部排入储水箱14内，随后将储水箱14内的清水换成质量分数为7%的稀盐酸溶液，再次打开磁力泵13，将稀盐酸溶液注入水箱1内并从针头4流出，用于清洗疏通针头4，待清洗疏通结束，关闭磁力泵13，调节夹管夹12的位置使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，将水箱1内的稀盐酸溶液全部排回储水箱14并将其倒出，随后使用清水清洗野外人工降雨模拟装置。

步骤3：测定不同水位下的降水量：

确定待测水位为7.5 cm、10.0 cm、12.5 cm、15.0 cm、17.5 cm、20.0 cm、22.5 cm、25.0cm、27.5 cm、30.0 cm、32.5 cm和35.0 cm时对应的雨强，向储水箱14内添加适量清水，打开磁力泵13，调节夹管夹12的高度，用于控制水箱1内的水位达到35.0 cm，待水箱1内水位稳定后，将雨量筒放入水箱1底部用于收集由针头4流出的清水，同时开始计时，雨量筒包括量杯和漏斗，漏斗设置于量杯顶部，用于增大收集面积，量杯用于收集从针头4流出的清水，量杯上设有水位刻度线，漏斗上底面直径大于量杯直径，漏斗伸入量杯内的长度小于量杯的高度，确保漏斗底部不接触量杯底部且漏斗水平放置，待量杯内存储适量清水后取出雨量筒，在取出的同时停止计时，利用秒表记录收集时间，通过量杯刻度读出降水量并记录，同一个水位下可对收集时间和降雨量进行三次测定，利用如下公式一和公式二求取雨强的平均值，用于降低观测误差，随后，再次调节夹管夹12的位置使水箱1内的水位达到32.5cm，并重复上述步骤，直至将上述十二组水位由高至低测定完毕，使用清水清洗野外人工降雨模拟装置，再将野外人工降雨模拟装置各个连接部分拆卸分离，伸缩架7调至最低高度，水分沥干后将各个部分有序收纳放置，并清点以防遗漏。

雨强通过在一定收集时间内一定降雨面积上测定的降水量计算得到，采用如下公式一和公式二获得：

RI=P/St 公式一

S=πr² 公式二

其中RI 为雨强，P为降雨量，S为降雨面积，t为收集时间，r为漏斗上底面半径，将十二组一一对应的水位和雨强数据录入计算机，通过计算机拟合绘制形成水位-雨强变化关系曲线图，不同水位对应不同的雨强，水位和雨强之间的相关关系公式为：RI=3.575+1.977h+0.03129h²。

表1为水位-雨强关系曲线图测定实验的记录表，图2为对应的水位-雨强关系曲线图。

水位h(cm)	时间t	降水量P（mL）	雨强RI(mm/h)
				35.0	5'02"	300	113.83
32.5	5'44"	300	99.93
				30.0	6'30"	300	88.15
27.5	7'06"	300	80.7
				25.0	8'18"	315	72.48
22.5	8'58"	300	63.9
				20.0	10'11"	300	56.26
17.5	11'27"	300	50.04
				15.0	11'37"	250	41.1
12.5	14'38"	250	32.63
				10.0	14'55"	200	25.61
7.5	19'14"	200	19.86

表1

其中漏斗上底面半径r为10 cm，降雨面积S为314.16 cm²。

利用野外人工降雨模拟装置进行模拟降雨的操作过程包括：

步骤一：安装并调平：

将野外人工降雨模拟装置放置于野外环境中，选择适当的位置放置调平支架，将垫片8放置于夯实的土壤上，伸缩架7放置于垫片8上，调节伸缩架7的高度使调平支架基本处于水平状态，再将水箱1放置于调平支架上，观察两个长水准泡6中的气泡是否居中，若未居中，使用调平螺旋5对调平支架进行微调，直至两个长水准泡6中的气泡均处于居中位置，随后将进水管9一端与进水口2相通，进水管9另一端与磁力泵13相连，磁力泵13设置于储水箱14内，溢流出水管10一端与出水口3相通，溢流出水管10另一端通过夹管夹12可移动式安装于水位调节支架11上，水箱1与针头4之间、进水管9与进水口2及磁力泵13之间、溢流出水管10与出水口3之间分别进行密封，防止出现渗漏。

步骤二：按照前述步骤2检验是否渗漏并清洗疏通针头4后，向储水箱14中添加适量清水，打开磁力泵13，根据前述绘制的水位-雨强关系曲线图，调节夹管夹12的高度使溢流出水管10固定于水位调节支架11的合适高度位置，使水箱1内的水位达到所要求的水位，待水位稳定后，水箱1内的清水通过底部的针头4流出，进行野外模拟降雨实验，通过调节夹管夹12的高度获得对应的水位，进而获得对应的雨强，待实验结束后，关闭磁力泵13，调节夹管夹12的位置至低于水箱1的底面，使水位调节支架11上溢流出水管10的出水高度低于水箱1底面的水平高度，用于将水箱1内的清水全部经由溢流出水管10排入储水箱14内，随后按照前述步骤2清洗疏通针头4，使用清水清洗野外人工降雨模拟装置，再将野外人工降雨模拟装置的各个连接部分拆卸分离，水分沥干后，将伸缩架7调至最低高度，将各个部分有序收纳放置，并清点以防遗漏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种野外人工降雨模拟装置，包括水箱（1），水箱（1）通过调平支架固定于地面，其特征在于，所述水箱（1）顶部设置长水准泡（6），水箱（1）底部设置若干个用于模拟降雨的针头（4），水箱（1）通过进水管（9）连接磁力泵（13），磁力泵（13）设置于储水箱（14）内，用于将储水箱（14）内的溶液注入水箱（1），水箱（1）内的溶液通过溢流出水管（10）流入储水箱（14），溢流出水管（10）可移动式安装于水位调节支架（11）上，用于控制水箱（1）内的水位变化。

2.根据权利要求1所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述水箱（1）顶部设有两个在同一平面内互相垂直的长水准泡（6）。

3.根据权利要求1所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述水箱（1）上设有水位刻度线、进水口（2）和出水口（3），所述进水口（2）的水平高度高于出水口（3）的水平高度。

4.根据权利要求3所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述进水管（9）一端与进水口（2）相通，进水管（9）另一端与磁力泵（13）相连，所述溢流出水管（10）一端与出水口（3）相通，溢流出水管（10）另一端通过夹管夹（12）可移动式安装于水位调节支架（11）上。

5.根据权利要求3所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述水箱（1）与针头（4）之间、进水管（9）与进水口（2）之间、进水管（9）与磁力泵（13）之间、溢流出水管（10）与出水口（3）之间分别进行密封。

6.根据权利要求1所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述调平支架包括调平螺旋（5）、伸缩架（7）和垫片（8），所述伸缩架（7）设置于水箱（1）底部，用于支撑水箱（1）并调节调平支架的高度，伸缩架（7）顶部设置调平螺旋（5），用于对调平支架进行微调，伸缩架（7）底部设置垫片（8）。

7.根据权利要求6所述的一种野外人工降雨模拟装置，其特征在于，所述调平螺旋（5）、伸缩架（7）和垫片（8）分别有四个，四个伸缩架（7）分别设置于水箱（1）的底部四角，每个伸缩架（7）的顶部和底部分别设置一个调平螺旋（5）和垫片（8）。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种野外人工降雨模拟装置的应用方法，其特征在于，利用安装好的野外人工降雨模拟装置测定水位-雨强关系曲线图，随后进行野外模拟降雨，包括以下步骤：

步骤1：将水箱（1）放置于调平支架上，通过调节调平螺旋（5）和伸缩架（7）使水箱（1）水平放置，两个长水准泡（6）中的气泡居中，并对安装好的野外人工降雨模拟装置依次进行密封和密封检测；

步骤2：向储水箱（14）内添加酸性清洗液，打开磁力泵（13），将清洗液注入水箱（1）内并从针头（4）流出，用于清洗疏通针头（4），待清洗结束，关闭磁力泵（13），通过调节溢流出水管（10）的高度使水箱（1）内的酸性清洗液全部排回储水箱（14）并将其倒出，随后再使用清水重复上述过程进行清洗；

步骤3：确定需要测定雨强的若干个水位，打开磁力泵（13），通过调节溢流出水管（10）的高度使水箱（1）内的水位达到所需高度，将雨量筒放置于水箱（1）底部，用于收集从针头（4）流出的清水，记录收集时间和降水量，随后使水箱（1）内的水位达到下一个待测水位，重复上述步骤并计算不同水位下的雨强，将对应的水位和雨强数据绘制成水位-雨强关系曲线图；

步骤4：将野外人工降雨模拟装置放置于野外并完成所述步骤1和2后，向储水箱（14）内添加清水，打开磁力泵（13），水箱（1）内的清水通过针头（4）流出，进行野外模拟降雨，根据所述步骤3的水位-雨强关系曲线图，调节水箱（1）内的水位获得对应雨强，待降雨结束，关闭磁力泵（13），通过调节溢流出水管（10）的高度使水箱（1）内的清水全部排入储水箱（14）；

步骤5：按照所述步骤2清洗野外人工降雨模拟装置并收纳放置。

9.根据权利要求8所述的一种野外人工降雨模拟装置的应用方法，其特征在于，所述雨量筒包括漏斗和量杯，量杯上设有水位刻度线，漏斗上底面直径大于量杯直径，漏斗伸入量杯内的长度小于量杯的高度，所述雨强通过如下计算公式获得：

RI=P/St 公式一

S=πr² 公式二

其中RI 为雨强，P为降水量，S为降雨面积，t为收集时间，r为漏斗上底面半径。

10.根据权利要求8所述的一种野外人工降雨模拟装置的应用方法，其特征在于，所述酸性清洗液为稀盐酸和乙酸的任一种，稀盐酸的质量分数为7-10%，乙酸的质量分数为10-15%。