CN109392665A - 一种模拟增减雨的试验装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生态环境工程领域，具体地说是一种模拟增减雨的试验装置及其模拟方法，包括减雨系统、集水箱、水泵及增雨系统，集水箱和水泵连接于减雨系统和增雨系统之间；进行模拟增减雨试验时，自然降雨过程中设定比例的雨水会通过减雨板流入集水槽中，并通过进水管进入到集水箱，当集水箱中的水位感应探头感应到设定的水位时，全自动水泵会自动开启，将集水箱中的雨水抽出到出水管中，并通过方形的喷淋器均匀地喷到增雨实验区中。本发明能够自动精确地控制增减雨水量，并高效地模拟降雨过程而进行增减雨模拟实验。

Description

一种模拟增减雨的试验装置及其模拟方法

技术领域

本发明属于生态环境工程领域，具体地说是一种模拟增减雨的试验装置及其模拟方法。

背景技术

全球气候剧烈变化直接导致陆地生态系统的结构和功能发生相应的改变，而水文格局这一影响因素显得尤为突出。滨海湿地水文格局紊乱是造成湿地退化的最主要原因，其中降雨格局的改变是导致水文格局紊乱的重要环节。

因此，构建增减雨模拟平台，探讨降雨格局改变对湿地生态系统的影响是探知气候变化背景下湿地演变规律、生态系统结构和功能变化特征的前提和基础，可为湿地生态系统的保护、利用以及应对气候变化产生的影响提供支撑和保障。现有技术中，有关模拟增减雨的模拟研究主要是以滴灌的方式实现增雨的目的。首先，以往的滴灌系统需要尽量密集地布满整个增雨实验区来尽量保持增雨的均匀性，但密集的滴灌系统本身就会对植被生态系统产生一定的干扰；其次，依靠重力作用将雨水滴灌到增雨实验区中水流速度慢，雨水并不能均匀的滴灌到目标增雨实验区中，容易造成增雨实验区雨水分配不均而导致结果的不准确性；再次，滴灌方式只是将雨水缓慢滴灌到土壤中，忽略了植被对雨水的截留作用以及降雨过程对植被生长的影响。

发明内容

为了解决现有模拟增减雨存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟增减雨的试验装置及其模拟方法，在不改变原生群落植被及土壤特征的基础上，能够在原生群落植被及土壤无干扰的情况下自动精确地控制增减雨量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的模拟增减雨的试验装置包括安装在减雨实验区上的减雨系统、安装在增雨实验区上的增雨系统及连接于减雨系统和增雨系统之间的集水箱，其中减雨系统包括遮雨架A、减雨板、集水槽及进水管，增雨系统包括遮雨架B、雨板、出水管及喷淋器，所述减雨板倾斜地安装在遮雨架A上，该减雨板为多个、并排设置，在各所述减雨板的低端一侧下方设有安装在遮雨架A上的集水槽，该集水槽通过进水管与所述集水箱的进口相连通，由所述减雨板截留的雨水留入集水槽中，通过所述进水管流入集水箱；所述雨板倾斜地安装在遮雨架B上，该雨板为多个、并排设置，所述出水管的一端通过水泵与集水箱的出口相连通，该出水管的另一端与安装在雨板上的喷淋器相连通，所述集水箱收集的雨水由水泵泵出，经所述出水管通过所述喷淋器均匀地喷洒到增雨实验区；

其中：所述遮雨架A与遮雨架B结构相同，一侧高于相对的另一侧，即遮雨架A与遮雨架B的顶部均为倾斜状；所述减雨板及雨板均呈栅格状、分别排列在遮雨架A和遮雨架B的顶部；

所述减雨板为截留雨水的槽状板，所述雨板的端面为倒置的V字形；

所述集水槽的槽开口朝上、位于各所述减雨板低端一侧的下方，该集水槽的一端为封闭端，另一端与所述进水管相连通；

所述喷淋器安装在增雨实验区正中间上方的雨板的中间位置；

所述水泵连有水位感应探头，该水位感应探头的探头端放置在所述集水箱的内部底端；所述集水箱放置在减雨系统和增雨系统之间的平台上；

所述减雨实验区和增雨实验区的外围均设有缓冲区，该缓冲区的外围均设有隔离带；

本发明模拟增减雨的试验装置的模拟方法为：

在进行模拟增减雨控制试验时，在自然降雨过程中，所述减雨板会将雨水截留，雨水通过重力作用经过减雨板汇集到位于各减雨板低端一侧下方的集水槽中，并经过所述进水管汇入集水箱中，未截留的雨水降落到所述减雨实验区内；所述集水箱收集到的雨水通过水泵泵出，经所述出水管由所述喷淋器喷出，喷出的雨水均匀地喷洒到所述增雨实验区中，进而完成一次增减雨实验处理；

其中：在实验前，根据增减雨实验量的要求，调整各所述减雨板及各所述雨板遮挡部分占遮雨架A顶部总面积和遮雨架B顶部总面积的比例，进而完成增减雨实验处理。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明能够在不影响原生群落植被及土壤特征的基础上有效地模拟增减雨对植物群落生长的影响。

2.本发明增减雨量控制准确，大大提高了试验的精确性。

3.本发明可以在自然降雨的同时通过模拟降雨的方式进行增减雨实验处理，全程全自动控制，无需人工操作，工作量低。

附图说明

图1为本发明试验装置的结构侧视图；

图2为本发明试验装置的结构俯视图；

其中：1为减雨板，2为集水槽，3为进水管，4为遮雨架A，5为集水箱，6为平台，7为水泵，8为水位感应探头，9为出水管，10为喷淋器，11为雨板，12为隔离带，13为缓冲区，14为减雨实验区，15为增雨实验区，16为遮雨架B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明模拟增减雨的试验装置包括安装在减雨实验区14上的减雨系统、安装在增雨实验区15上的增雨系统及连接于减雨系统和增雨系统之间的集水箱5，其中减雨系统包括遮雨架A4、减雨板1、集水槽2及进水管3，增雨系统包括遮雨架B16、雨板11、出水管9及喷淋器10。

本发明的遮雨架A4与遮雨架B16结构相同，均是由直径为30mm的镀锌钢管焊接而成的支撑骨架，顶部规格为3m×4m(宽×长)，一侧高度为2m(高端)，相对的另一侧为1.5m(低端)，遮雨架A4垂直埋于减雨实验区14的四角，遮雨架B16垂直埋于增雨实验区15的四角。遮雨架A4的顶部为倾斜状，减雨板1以设定的倾斜角度搭在遮雨架A4上横梁的高低两端。本发明的减雨板1为多个，为截留雨水的槽状板，端面可为V形槽、U形槽或凹形槽；本实施例的减雨板1的端面为V形槽(夹角为60°、宽10cm)，是用透光率超过90％的有机玻璃制成，将各减雨板1按由高到低的方式呈栅格状排列在遮雨架A4上。在各减雨板1的低端一侧下方设有安装在遮雨架A4上的集水槽2，以保证减雨板1截留的雨水能够完全流入到集水槽2中。集水槽2的槽开口朝上，该集水槽2的一端为封闭端，另一端与进水管3的一端相连通，进水管3的另一端与集水箱5的进口相连通，雨水能够通过进水管3流入到集水箱5中。为了更好地使雨水流入进水管3，集水槽2可由一端(封闭端)向另一端向下倾斜。

遮雨架B16的顶部为倾斜状，雨板11以设定的倾斜角度搭在遮雨架B16上横梁的高低两端。本发明的雨板11为多个，端面为倒置的V字形，在遮雨架B16上的排列方式与减雨板1相同，均是按由高到低的方式呈栅格状排列在遮雨架B16上。喷淋器10安装在增雨实验区15正中间上方的雨板11的中间位置，本实施例的喷淋器10为方形喷淋器。出水管9的一端通过水泵7与集水箱5的出口相连通，该出水管9的另一端与喷淋器10相连通；本发明的水泵7为全自动水泵。

集水箱5放置在减雨系统和增雨系统之间的平台6上，本实施例的平台6可为水泥平台。集水箱5的底端连接水泵7，该水泵7连有水位感应探头8，该水位感应探头8的探头端放置在集水箱5的内部底端。

本发明的减雨实验区14和增雨实验区15的外围均设有缓冲区13，该缓冲区13的外围均设有隔离带12。本实施例的减雨实验区14和增雨实验区15均为面积2×3m²的样地，减雨实验区14和增雨实验区15外围为宽度约50cm的缓冲区13，缓冲区13外围设置了由优质防水土工布包裹空心砖和取于原地的土壤而成的宽度50cm的隔离带12，隔离带12将优质防水土工布埋入地下20cm，地上部高度30cm。

本发明模拟增减雨的试验装置的模拟方法为：

根据试验的要求设置减雨量处理及相应的增雨量处理。根据试验要求，首先根据减雨量处理要求，将开口向上的、端面为V形槽的透明减雨板1由高端向低端呈栅格状均匀排列，并固定在遮雨架A4的顶部，其中遮挡部分占遮雨架A4顶部总面积的比例即为降雨量减少比例。当自然降雨时，减雨板1可以将截留的雨水沿坡度流入到固定在遮雨架A4低端的集水槽2内，未截留的雨水直接降落到减雨实验区14内。集水槽2内的雨水会继续沿着另一端连接的进水管3流入到集水箱5中。当集水箱5中有设定的积水时，就会触发集水箱5底部的水位感应探头8，此时水泵7自动开启，将集水箱5中的雨水抽出，雨水沿出水管9经过方形的喷淋器10均匀地喷洒到增雨实验区15内，完成增雨处理。在增雨实验区15和对照组样地设置同样的遮雨架，并在其顶部以同样比例布设“倒V”字型透明的雨板，以使所有小区的遮阴条件保持一致。

实验例(研究芦苇群落对增减雨的响应)

本实验例中，

减雨系统设置目标为减少40％和60％的雨量，即将减雨板1(夹角为60°、宽10cm)遮挡住遮雨架4顶部总面积的40％和60％。集水槽2为直径10cm、长度4m的PVC管，将其一侧切开设定角度，开口朝上用于收集减雨板1截留的雨水。集水槽2一端封闭，另一端连接外径2.5cm、内径2.0cm的PVC进水管3。集水箱5为容积1m³的圆柱形桶，平放到高0.5m的水泥平台6上，集水箱5一端与进水管3连接，另一端连接水泵7，集水箱5内底部放有水位感应探头8，水位感应探头8另一端与水泵7相连，水泵7外接出水管9，出水管9的另一端与方形的喷淋器10相连接。

选择原生芦苇群落区为固定样地建造减雨实验区14和增雨实验区15，减雨实验区14和增雨实验区15的外形尺寸均为长×宽＝3m×2m，在减雨实验区14、增雨实验区15的外围均设有宽50cm的缓冲区13，在缓冲区13外围设有由优质土工布包裹空心砖和取于原地的土壤而成隔离带12，隔离带规格为宽度50cm，埋入地下20cm，地上部高度为30cm。

实验过程中，当自然降雨时，减雨板1会将固定比例的雨水截留并收集，雨水沿着集水槽2经过进水管3汇入集水箱5中，未截留的雨水自然降落到减雨实验区14内。当集水箱5中的水位感应探头8感应到设定量的雨水后，会触发水泵7的开启，集水箱5中收集到的雨水会通过出水管9由方形的喷淋器10喷出，雨水会均匀地喷洒到增雨实验区15中。本发明适合研究降雨格局改变对芦苇群落生态系统的影响。

Claims (10)

1.一种模拟增减雨的试验装置，其特征在于：包括安装在减雨实验区(14)上的减雨系统、安装在增雨实验区(15)上的增雨系统及连接于减雨系统和增雨系统之间的集水箱(5)，其中减雨系统包括遮雨架A(4)、减雨板(1)、集水槽(2)及进水管(3)，增雨系统包括遮雨架B(16)、雨板(11)、出水管(9)及喷淋器(10)，所述减雨板(1)倾斜地安装在遮雨架A(4)上，该减雨板(1)为多个、并排设置，在各所述减雨板(1)的低端一侧下方设有安装在遮雨架A(4)上的集水槽(2)，该集水槽(2)通过进水管与所述集水箱(5)的进口相连通，由所述减雨板(1)截留的雨水留入集水槽(2)中，通过所述进水管(3)流入集水箱(5)；所述雨板(11)倾斜地安装在遮雨架B(16)上，该雨板(11)为多个、并排设置，所述出水管(9)的一端通过水泵(7)与集水箱(5)的出口相连通，该出水管(9)的另一端与安装在雨板(11)上的喷淋器(10)相连通，所述集水箱(5)收集的雨水由水泵(7)泵出，经所述出水管(9)通过所述喷淋器(10)均匀地喷洒到增雨实验区(15)。

2.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述遮雨架A(4)与遮雨架B(16)结构相同，一侧高于相对的另一侧，即遮雨架A(4)与遮雨架B(16)的顶部均为倾斜状；所述减雨板(1)及雨板(11)均呈栅格状、分别排列在遮雨架A(4)和遮雨架B(16)的顶部。

3.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述减雨板(1)为截留雨水的槽状板，所述雨板(11)的端面为倒置的V字形。

4.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述集水槽(2)的槽开口朝上、位于各所述减雨板(1)低端一侧的下方，该集水槽(2)的一端为封闭端，另一端与所述进水管(3)相连通。

5.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述喷淋器(10)安装在增雨实验区(15)正中间上方的雨板(11)的中间位置。

6.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述水泵(7)连有水位感应探头(8)，该水位感应探头(8)的探头端放置在所述集水箱(5)的内部底端。

7.根据权利要求6所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述集水箱(5)放置在减雨系统和增雨系统之间的平台(6)上。

8.根据权利要求1所述模拟增减雨的试验装置，其特征在于：所述减雨实验区(14)和增雨实验区(15)的外围均设有缓冲区(13)，该缓冲区(13)的外围均设有隔离带(12)。

9.一种权利要求1至8任一权利要求所述模拟增减雨的试验装置的模拟方法，其特征在于：在进行模拟增减雨控制试验时，在自然降雨过程中，所述减雨板(1)会将雨水截留，雨水通过重力作用经过减雨板(1)汇集到位于各减雨板(1)低端一侧下方的集水槽(2)中，并经过所述进水管(3)汇入集水箱(5)中，未截留的雨水降落到所述减雨实验区(14)内；所述集水箱(5)收集到的雨水通过水泵(7)泵出，经所述出水管(9)由所述喷淋器(10)喷出，喷出的雨水均匀地喷洒到所述增雨实验区(15)中，进而完成一次增减雨实验处理。

10.根据权利要求9所述的模拟方法，其特征在于：在实验前，根据增减雨实验量的要求，调整各所述减雨板(1)及各所述雨板(11)遮挡部分占遮雨架A(4)顶部总面积和遮雨架B(16)顶部总面积的比例，进而完成增减雨实验处理。