CN112858373A - 模拟冰川消融试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种模拟冰川消融试验装置，包括云室；造雪单元，所述造雪单元与所述云室连接，用于模拟所述云室内的雪环境；发热单元，所述发热单元与所述云室连接，用于模拟所述云室内的太阳光照环境；支撑单元，所述支撑单元设于所述云室中，用于定位模拟冰川的冰块；以及盛水器，所述盛水器设于所述云室中，用于承接所述冰块融化后形成的水。该试验装置能够模拟不同区域冰川、不同朝向冰川、不同季节、一天中不同时段下冰川区人工措施降雪到冰川表面，从而获取冰川消融速度的变化规律，能够为采取减缓冰川消融的措施提供有效的数据支撑。

Description

模拟冰川消融试验装置

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体而言，涉及一种模拟冰川消融试验装置。

背景技术

冰川作为高山“固体水库”，是干旱区极为重要的固态水储备资源，其经过消融形成的河川径流对中下游干旱地区农业畜牧业的生存和发展有着极为重要的作用，同时，冰川在很大程度上也影响着区域的生态环境和社会经济可持续发展。冰川变化是气候变化的产物，在全球整体气温缓步上升的大环境下，中国西部的绝大部分冰川均呈现出不同程度的持续退缩，尤其是近几十年更是处于加速退缩(消融)的状态，许多小冰川已经或者即将消失。与冰川变化关系最为密切的气象要素是气温和降水(降雪)，降雨释放的潜热反而会加速冰川消融。因此，规定在冰川区域平均气温低于2摄氏度的情况下，利用人工措施给冰川降雪，一方面可以增加冰川的物质积累，另一方面，降到冰面的新雪可以增加冰川表面的反照率，减少冰川物质亏损，从而减缓冰川消融。研究西部干旱区人工降雪对冰川消融速度的影响规律，可以为我国干旱区固态水储备、区域生态环境、经济可持续发展及冰川保护提供科学依据。为了定量的研究在冰川人工降雪对冰川消融速度的影响规律，减小到冰川实地实验的成本，提高实验的质量和准确性，为我国西部干旱区固态水储备、区域生态环境、经济可持续发展及冰川保护提供科学依据。目前，没有提供一种能够模拟冰川消融的试验设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟冰川消融试验装置，其能够模拟不同区域冰川、不同朝向冰川、不同季节、一天中不同时段下冰川区人工措施降雪到冰川表面，从而获取冰川消融速度的变化规律，能够为采取减缓冰川消融的措施提供有效的数据支撑。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明提供一种模拟冰川消融试验装置，包括：

云室；

造雪单元，造雪单元与云室连接，用于模拟云室内的雪环境；

发热单元，发热单元与云室连接，用于模拟云室内的太阳光照环境；

支撑单元，支撑单元设于云室中，用于定位模拟冰川的冰块；

以及盛水器，盛水器设于云室中，用于承接冰块融化后形成的水。

在可选的实施方式中，造雪单元包括超声波雾化器和碘化银点燃器，超声波雾化器的喷雾口与云室连通，用于为云室内提供雾气；碘化银点燃器设于云室内，碘化银点燃器内置碘化银烟条，雾气与碘化银烟条燃烧形成的颗粒相遇形成雪。

在可选的实施方式中，造雪单元还包括输雾软管和输雾硬管，输雾软管的一端与喷雾口连通，另一端与输雾硬管的一端连通，输雾硬管的另一端贯穿云室并位于云室内。

在可选的实施方式中，发热单元包括支座和与支座连接的发热灯。

在可选的实施方式中，支座设置为高度可调结构。

在可选的实施方式中，支撑单元包括支撑架和定位架，支撑架与云室连接，定位架与支撑架活动连接，以调节定位架相对于水平面的角度；定位架设有多个收纳格，每个收纳格用于定位一个冰块。

在可选的实施方式中，定位架包括底板、隔热板和围板，底板与支撑架活动连接，隔热板与底板连接，围板与隔热板连接，围板设有多个收纳格，每个收纳格靠近隔热板的一端与隔热板之间均具有间隙，以使冰块融化形成的水通过间隙流动至盛水器。

在可选的实施方式中，围板围成收纳格的板体设置为具有多个通孔的网格状板体。

在可选的实施方式中，定位架还包括导水件，导水件与底板连接，且位于底板的下方；导水件设有导水槽，导水槽设有高侧和低侧，导水槽的低侧设有排水孔，盛水器用于承接从排水孔排出的水。

在可选的实施方式中，底板与支撑架可转动地连接，以调节底板与水平面的角度。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供了一种模拟冰川消融试验装置，试验时，将云室置于冷冻室中，冷冻室的平均温度设置为低于2℃，将利用冰箱制造多个冰块放置在支撑单元上。先直接利用发热单元照射冰块设定时间，记录冰块融化后流动至盛水器中的水量。而后，在更换新的冰块，打开造雪单元，使冰块上覆盖雪层，同时再打开发热单元，发热单元模拟太阳光照，照射时间与未造雪时试验时间相同，也即，变量仅为是否覆盖雪层。记录冰块融化后流动至盛水器中的水量，记录每次试验的试验数据。需要说明的是，在均覆盖有雪层的条件下，还可以调整降雪的时间从而来调节覆盖在冰块上的雪层厚度，以雪层厚度作为变量进行试验，即在同样太阳光照强度下照射相同时间，记录不同雪层厚度下冰块融化的量。如此，通过多次试验，能够得到冰川融化的速度与雪层、太阳光照等自然因素的关系，通过获取的试验数据能够进行减缓冰川消融的相应措施，为减缓冰川消融提供良好的数据支撑，在控制成本的前提下还能够提高减缓冰川消融的效果。

同时，在利用发热单元模拟太阳光照时，可以调节冰块与发热单元的相对位置，从而模拟不同时段、不同朝向等条件下冰川消融的情况，获取更多的试验数据，以更好的减缓冰川消融速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的模拟冰川消融试验装置的结构示意图；

图2为图1中的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例的多个冰块排列的结构示意图；

图4为本发明实施例的定位架的结构示意图；

图5为本发明实施例的导水件和盖板的结构示意图。

图标：

001-冰块；100-云室；200-造雪单元；210-超声波雾化器；220-碘化银点燃器；230-输雾软管；240-输雾硬管；300-发热单元；310-支座；320-发热灯；400-支撑单元；410-支撑架；411-第一杆；412-第二杆；413-转轴；420-定位架；421-底板；422-隔热板；423-围板；4231-出水孔；430-导水件；431-导水槽；432-排水孔；440-隔热挡板；450-盖板；500-盛水器；600-连接软管；700-管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图5，本实施例提供了一种模拟冰川消融试验装置，包括：

云室100；

造雪单元200，造雪单元200与云室100连接，用于模拟云室100内的雪环境；

发热单元300，发热单元300与云室100连接，用于模拟云室100内的太阳光照环境；

支撑单元400，支撑单元400设于云室100中，用于定位模拟冰川的冰块001；

以及盛水器500，盛水器500设于云室100中，用于承接冰块001融化后形成的水。

本实施例中提供的模拟冰川消融试验装置，在试验时，将云室100置于冷冻室中，且调节冷冻室内的温度使冷冻室内的平均温度设置为低于2℃，从而为降雪提供良好的环境。同时，在支撑单元400上放置利用冰箱制造的多个冰块001。

先直接利用发热单元300照射冰块001设定时间，记录冰块001融化后流动至盛水器500中的水量。而后，在更换新的冰块001，打开造雪单元200，使冰块001上覆盖雪层，同时再打开发热单元300，发热单元300模拟太阳光照，照射时间与未造雪时试验时间相同，也即，变量仅为是否覆盖雪层。记录冰块001融化后流动至盛水器500中的水量，记录每次试验的试验数据。需要说明的是，在均覆盖有雪层的条件下，还可以调整降雪的时间从而来调节覆盖在冰块001上的雪层厚度，以雪层厚度作为变量进行试验，即在同样太阳光照强度下照射相同时间，记录不同雪层厚度下冰块001融化的量。如此，通过多次试验，能够得到冰川融化的速度与雪层、太阳光照等自然因素的关系，通过获取的试验数据能够进行减缓冰川消融的相应措施，为减缓冰川消融提供良好的数据支撑，在控制成本的前提下还能够提高减缓冰川消融的效果。

需要说明的是，冰块001的形状大小以及数量均按需设置，例如，冰块001可以为矩形块、五边形块和六边形块等，多个冰块001依次排列，任意相邻冰块001相接。例如，冰块001的数量可以是16个、20个或25个等。请参阅图3，本实施例中，以16个矩形状的冰块001为例进行说明，16个矩形状的多个冰块001呈矩形阵列排布。

请参阅图1，本实施例中，可选的，云室100为玻璃板拼接制成的方体形结构，相邻玻璃板可以利用铝合金型材密封连接，例如，每个玻璃板均与铝合金型材采用胶水粘接，以在实现固定连接的同时实现密封连接。云室100采用玻璃板制成，玻璃板为透明板，便于观察云室100内的变化情况，利于试验。

显然，可以在云室100的一侧设置开合门，从而便于云室100内部件的维修和更换。开合门可以扣合在云室100上，与云室100为可拆卸地连接。当需要进行试验时，关闭开合门，开合门与云室100为密封连接，从而不易使云室100内的环境被外界环境干扰。

本实施例中，可选的，造雪单元200包括超声波雾化器210、碘化银点燃器220、输雾软管230和输雾硬管240，超声波雾化器210的喷雾口与云室100连通，用于为云室100内提供雾气；碘化银点燃器220设于云室100内，碘化银点燃器220内置碘化银烟条，雾气与碘化银烟条燃烧形成的颗粒相遇形成雪。

可选的，云室100的一侧板设有通孔，输雾硬管240穿设于通孔处，且输雾硬管240的外管壁与通孔的孔壁密封连接，输雾软管230的一端与超声波雾化器210的出雾口连通，另一端与输雾硬管240连通，用于将雾气通过输雾硬管240输送至云室100内。输雾硬管240的硬度大于输雾软管230，且不易变形，穿设于通孔内后，输雾硬管240远离输雾软管230的一端的位置确定，不易变动，从而能够很好地与碘化银点燃起配合，便于模拟降雪。

可选的，输雾硬管240远离输雾软管230的一端位于碘化银点燃器220的上方，碘化银点燃起启动后，颗粒上升遇到从输雾硬管240排出的雾气，二者混合后形成降雪。

碘化银点燃器220与云室100的底部可活动地连接，可以按需调节碘化银点燃器220的位置，从而调整碘化银点燃器220的出口的位置，便于与输气硬管配合使用，便于降雪。

本实施例中，可选的，发热单元300包括支座310和与支座310连接的发热灯320，支座310可以位置为伸缩结构，也即支座310装配在云室100内后，通过调节支座310的长度从而能够调节发热灯320相对于云室100底部的高度，如此，在试验过程中，能够按需调整发热灯320的高度，从而更好地与冰块001配合，更好的模拟照射在冰块001上的太阳光照。

应当理解，支座310的高度可以通过自动调节实现，例如，通过电机和丝杠传动结构配合实现，或者，支座310的高度调节还可以通过气缸、液压缸等实现。支座310高度调节方便快捷，自动化程度高，能够较好的模拟不同时间段太阳高度的变化。

此外，在云室100中设置有温度检测器，温度检测器与发热灯320接触，能够实时监控发热灯320的温度，能够更好地利用发热灯320来模拟的光照强度。

请参阅图1和图4，本实施例中，可选的，支撑单元400包括支撑架410和定位架420，支撑架410与云室100连接，定位架420设有多个收纳格，每个收纳格用于定位一个冰块001。定位架420与支撑架410活动连接，以调节定位架420相对于水平面的角度，从而调节冰块001的角度。

可选的，支撑架410包括两个脚架，每个脚架设置为“T”形件，即每个脚架包括第一杆411和第二杆412，第一杆411和第二杆412垂直设置，且第二杆412的端部位于第一杆411的长度方向的中部位置，第一杆411与云室100连接。第一杆411呈水平设置，第二杆412呈竖向设置。第二杆412设有装配孔，装配孔为圆柱形孔。两个脚架相对设置，转轴413同时插接在两个装配孔中，定位架420与转轴413转动连接。

在定位架420和转轴413之间设有阻尼结构，使定位架420相对于转轴413转动设定角度后，定位架420可以保持在设定位置而不会自由转动，在试验过程中定位架420的位置稳定可靠。

本实施例中，可选的，定位架420包括底板421、隔热板422、围板423和导水件430，底板421与转轴413可转动地连接，底板421和转轴413之间设有阻尼结构。隔热板422与底板421连接，围板423与隔热板422连接，围板423与隔热板422共同形成用于收纳冰块001的凹槽，多个冰块001均位于凹槽中，且冰块001可以为一层或多层。围板423的一侧设有出水孔4231，导水件430与底板421连接，冰块001融化后形成的水能从出水孔4231排出并落入导水件430中，导水件430将水输送至盛水器500。

可选的，底板421为矩形板，隔热板422为矩形板，隔热板422贴合在底板421的一个矩形板面上，隔热板422与底板421可以采用粘接的方式固定连接。隔热板422完全覆盖底板421的一个矩形板面。

围板423为矩形框结构，具体的，围板423包括依次首尾连接的四个矩形侧板，围板423具有矩形通孔，围板423在矩形通孔的延伸方向上的两端分别为第一端和第二端，围板423的第一端与隔热板422连接，围板423的至少一个矩形侧板上设有出水孔4231。装配冰块001时，多个冰块001紧密排列在围板423围成的区域中，且与隔热板422接触，冰块001仅在远离隔热板422的一侧受到光照，也即冰块001表层受热，更加符合大自然环境中的冰山的受热情况。

进一步的，围板423的一个矩形侧板上设有出水孔4231，且出水孔4231为设于矩形侧板的与第一端对应的侧面上的槽结构，冰块001融化后形成的水在隔热板422上流向出水孔4231时，能够直接从出水孔4231排出，而不易积留在围板423内，不易影响水的收集。

进一步的，在围板423设有出水孔4231的一侧设有隔热挡板440，隔热挡板440与围板423设有出水孔4231的矩形侧板呈夹角设置，避免发热体发出的光线直接穿过出水孔4231而照射在冰块001上。

可选的，隔热挡板440与围板423为可转动地连接，便于调节隔热挡板440的位置，从而调节隔热挡板440的角度，以在底板421转动相应角度后，通过调整隔热挡板440来实现对出水孔4231的遮挡。

需要说明的是，在其他实施例中，围板423还可以包括具有多个收纳格的网格状板体，网格状板体位于围板423围成的区域中，网格状板体的收纳格的数量与冰块001的数量一致，每个收纳格可以放置一个冰块001。网格状板体设有多个通孔，冰块001融化后形成的水通过多个通孔流动至出水孔4231。应当理解，为了避免网格状板体使相邻冰块001之间形成间隙，可以使网格状板体的厚度较薄，或者使冰块001凸出收纳格，且冰块001凸出收纳格的部分相互拼接。

需要说明的是，出水孔4231的数量可以为一个或多个，按需设置，当出水孔4231为多个时，多个出水孔4231沿矩形侧板的长度方向间隔排布。

可选的，隔热板422和隔热挡板440均可以为泡沫板。

请参阅图5，本实施例中，导水件430设有导水槽431，导水件430与底板421可拆卸地连接，导水槽431与多个出水孔4231连通，也即多个出水孔4231排出的水均能够进入到导水槽431中。导水件430上导水槽431的槽底壁与水平面具有夹角，也即，导水槽431设有高侧和低侧，导水槽431的低侧设有排水孔432，盛水器500用于承接从排水孔432排出的水。也即，出水孔4231排出的水进入导水槽431后，导水槽431中的水能从高侧向低处流动，最后从低侧的排水孔432排出，导水槽431的水不会积留，均能够排入到盛水器500中。

请参阅图2，进一步的，导水槽431的槽口设有盖板450，每个出水孔4231处通过管道700连通，且管道700贯穿盖板450后伸入到导水槽431中，减少因为蒸发等因素造成的水量损失。

本实施例中，盛水器500为烧杯，盛水器500设于云室100内且与云室100的底部连接。烧杯的杯口通过连接软管600与排水孔432连通，避免冰块001融化后形成的水掉出烧杯，影响试验结果的准确性。

本实施例提供的模拟冰川消融试验装置，冰块001装配在围板423围成的区域后，多个冰块001的表面大致位于同一平面内，且通过转动底板421，使多个冰块001的表面构成的平面与水平面具有夹角，使得发热灯320发出的光照能够直接照射在冰块001的表面上。同时，底板421与水平面具有夹角，底板421的一侧高另一侧低，围板423上的出水孔4231位于较低侧，导水件430位于较低侧，冰块001融化后形成的水从高侧向低侧流动，并从出水孔4231排入到导水槽431，最后从排水孔432进入到烧杯，由烧杯收集融化的水。

在试验过程中，可以通过控制变量法来进行多组试验，从而得到冰川消融与光照时间、强度、是否覆盖雪层等环节因素的关系，从而为减缓冰川消融提供准确可靠的数据，便于采取有效地减缓冰川消融速度的措施，利于环境保护。

例如，可以通过控制碘化银点燃器220的点燃碘化银烟条数量的多少以及控制雾化器产生雾气的多少来模拟降雪强度、降雪类型、降雪时长和覆盖厚度等。

本实施例提供的模拟冰川消融试验装置，结构简单合理，成本低，便于操作，且试验结构准确可靠，利于环境因素对冰川消融速度影响的研究，利于减缓冰川消融速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟冰川消融试验装置，其特征在于，包括：

云室；

造雪单元，所述造雪单元与所述云室连接，用于模拟所述云室内的雪环境；

发热单元，所述发热单元与所述云室连接，用于模拟所述云室内的太阳光照环境；

支撑单元，所述支撑单元设于所述云室中，用于定位模拟冰川的冰块；

以及盛水器，所述盛水器设于所述云室中，用于承接所述冰块融化后形成的水。

2.根据权利要求1所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述造雪单元包括超声波雾化器和碘化银点燃器，所述超声波雾化器的喷雾口与所述云室连通，用于为所述云室内提供雾气；所述碘化银点燃器设于所述云室内，所述碘化银点燃器内置碘化银烟条，所述雾气与碘化银烟条燃烧形成的颗粒相遇形成雪。

3.根据权利要求2所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述造雪单元还包括输雾软管和输雾硬管，所述输雾软管的一端与所述喷雾口连通，另一端与所述输雾硬管的一端连通，所述输雾硬管的另一端贯穿所述云室并位于所述云室内。

4.根据权利要求1所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述发热单元包括支座和与所述支座连接的发热灯。

5.根据权利要求4所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述支座设置为高度可调结构。

6.根据权利要求1所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述支撑单元包括支撑架和定位架，所述支撑架与所述云室连接，所述定位架与所述支撑架活动连接，以调节所述定位架相对于水平面的角度；所述定位架设有多个收纳格，每个所述收纳格用于定位一个冰块。

7.根据权利要求6所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述定位架包括底板、隔热板和围板，所述底板与所述支撑架活动连接，所述隔热板与所述底板连接，所述围板与所述隔热板连接，所述围板设有所述多个收纳格，每个所述收纳格靠近所述隔热板的一端与所述隔热板之间均具有间隙，以使所述冰块融化形成的水通过所述间隙流动至所述盛水器。

8.根据权利要求7所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述围板围成所述收纳格的板体设置为具有多个通孔的网格状板体。

9.根据权利要求7所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述定位架还包括导水件，所述导水件与所述底板连接，且位于所述底板的下方；所述导水件设有导水槽，所述导水槽设有高侧和低侧，所述导水槽的低侧设有排水孔，所述盛水器用于承接从所述排水孔排出的水。

10.根据权利要求7所述的模拟冰川消融试验装置，其特征在于：

所述底板与所述支撑架可转动地连接，以调节所述底板与所述水平面的角度。

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