CN205506817U - 一种室外人工模拟降雨防风装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及室外人工模拟降雨防风装置，室外人工模拟降雨防风装置，包括覆盖防风罩的支撑支撑框架和设置在支撑支撑框架上的集水管总成，支撑支撑框架由四根垂向延伸的立柱、连接立柱两端的横梁和纵梁构成，立柱、横梁、纵梁形成中空六面体，立柱由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩竖直管构成，横梁和纵梁分别由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩水平管构成，水平管与立柱通过可锁定铰接结构连接。本实用新型优点是结构稳定，可对覆盖面及坡度进行调整，便于携带、运输，组装简单，实用性好，使用寿命长，集成防风、集水等多种实验功能。

Description

一种室外人工模拟降雨防风装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟降雨防风装置，尤其是一种室外人工模拟降雨防风装置，属于水文及环境科学技术领域。

背景技术

人工模拟降雨实验是研究自然降雨对土壤入渗、坡面产流、水文过程、土壤侵蚀等机理过程的理想手段。人工模拟降雨机经过至今70多年的研制历史，可有效模拟出自然降雨的雨滴特征，还可根据实验需要，模拟不同雨型和雨强的降雨，有利于研究人员从多方面来研究降雨的各种特性（如雨量、雨强、雨滴大小和分配，降雨动能等)对土壤侵蚀的影响，也有利于研究不同的植被、坡度、土壤类型、土地利用及水土保持措施等因素对水土流失的影响。人工模拟降雨实验不受时间和空间的限制，可以重现天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在短时期内重复试验，缩短试验周期，因此在以上所述的研究领域应用非常广泛。根据研究表明，在水土流失规律研究试验中，绝大多数的试验资料和数据，都是运用人工模拟降雨的方法，在试验小区上获得的。这些资料为坡耕地和其它坡面，预测预报土壤流失以及制定和配置水土保持措施提供了科学依据。随着人工模拟降雨装置的研制和性能的完善，它将更快、更多地为研究人员的试验研究工作提供更精确、更可靠的资料。

室外人工模拟降雨存在风力或其他干扰问题，一般模拟降雨机的降雨覆盖范围内为有效实验中心，实验观测与数据采集都在一定范围内。具体而言，当前各种型号的室外人工模拟降雨机一般为方柱形装置，该装置有一定的高度（一般为1～5m）和覆盖范围（一般为1～10㎡），柱角顶端安装不同型号的降雨喷头，可有效模拟出不同雨型的降雨过程和自然降雨的雨滴特征，底部覆盖区域（一般为矩形）为有效实验区，该实验区通常采用沙袋或其他防水墙进行围栏，以便围成实验观测区和集水区。在实验过程中由于模拟降雨机的覆盖范围有限，并且具有一定的高度，若受风力或其他因素影响，模拟的雨滴很容易被吹跑或与实际雨滴产生偏差，实验区内的模拟水文过程与自然降雨产生较大较大偏差，影响观测和数据采集，实验结果因此不可靠。

为了保证实验的有效性，布设牢靠的防风装置是必不可少的。在传统的室外人工降雨实验过程中，考虑到人工模拟降雨机并无配套的防风装置，实验人员一般会选择在无风气候下进行实验，然而实验进度会受到显著影响，效率降低。而且根据实验要求，降雨机一般搭建在具有一定坡度的地形上，坡度不仅会造成水土流失，也是形成产、汇流的必要条件。受条件限制，斜坡上一般难以搭建牢靠的独立防风装置，因此为了弥补风力影响，实验人员多采用简易遮挡方法或在降雨机上贴机完全覆盖。简易遮挡方式通常为顺风向的单面遮挡（完全覆盖时不仅需要花费较多人力和时间铺设及回收防风布，在一定程度上影响了实验效率，而且不利于实验人员对实验的观测和数据采集），比较简便易行，比较常见的是根据风向拉防风布或其他防风物品，通过人力或者绳索固定，这种方式所需物力、人力较少，适用不同的降雨设备以及地形条件，在风力或者其他干扰因素较小的情况下，可起到一定作用。贴机完全覆盖方式是直接利用模拟降雨机的支撑框架，在模拟降雨机外围直接“贴身”覆盖防风布，这种方式效果良好，可隔绝不同方向的风力，利用模拟降雨机的结构可承受一定风力，且可排除地形条件的干扰，根据降雨机的布设来搭建，所需的物力人力较少，是目前比较常见的防风方式，然而降雨机需要承担来自挡风面的风力，风力较大时，机身难免摇晃，不仅对实验产生一定的影响，而且会对降雨机的机身带来较大压力，进而导致降雨机磨损松动，产生器材损坏及安全隐患。这两种常见遮挡方式，因防风布或其他遮挡物品对人力或者其他稳固结构体依赖比较大，自身不具备稳定结构，风力较大或遇到其它复杂气候时遮挡效果及应变性较差，因此存在诸多不可靠因素，难以应付多变的气候条件和其他干扰因素，从而难以满足实验所需求的环境条件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种稳定实用且能够适用于不同地形条件的室外人工模拟降雨防风装置。

为了达到以上目的，本实用新型的室外人工模拟降雨防风装置，包括覆盖防风罩的支撑框架和设置在支撑框架上的集水管总成，支撑框架由四根垂向延伸的立柱、连接立柱两端的横梁和纵梁构成，立柱、横梁、纵梁形成中空六面体；立柱由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩竖直管构成，横梁和纵梁分别由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩水平管构成；水平管与立柱通过可锁定铰接结构连接。

本实用新型的防风装置，可在室外独立搭建，形成一个稳定密闭的实验空间，保证人工模拟降雨实验不受外界因素干扰，确保实验的科学性和有效性。另外，该防风装置可根据不同降雨机高度及地形坡度进行调整。

优选地，防风罩包括包裹在支撑框架四周的防风布以及用于控制防风布收卷的控制系统，控制系统设置在位于支撑框架顶部的支架上；控制系统包括键输入单元，与键输入单元连接的传感器单元以及与传感器单元的输出端连接的控制单元，键输入单元包括充当用户输入装置的至少三个键按钮，键按钮用于输入与释放、回收防风布或暂停释放/回收防风布的步骤相关的键值；控制单元的控制输出端与电机连接，电机与收卷防风布的滚动轴连接。

这样，通过远程操作键输入单元上的键按钮，控制防风布自行铺设及回收，简易环保。采用防风布封闭式覆盖支撑框架，形成的封闭空间能将降雨机完全封闭，起到良好的防风效果。

优选地，水平管包括长管，长管的外端设有可锁定铰接结构；可锁定铰接结构为以一定夹角连接长管的短管，短管与长管之间所成的夹角可调，并且短管嵌入位于立柱端部的卡紧槽中，使得立柱与横梁、纵梁卡固连接。这样，通过管柱之间的嵌入摩擦力和自身压力，增加支撑框架的稳定性。

进一步优选地，长管与短管连接的一端设有第一通孔，短管与长管连接的一端设有第二通孔，与第一、第二通孔配合设置调节螺栓，调节螺栓的端部对应连接固定螺帽；当长管与短管之间的夹角调节到需要角度时，通过调节螺栓及固定螺母固定长管与短管的位置，使得二者之间产生一角度变动，以便适应不同坡度条件。

横梁、纵梁与立柱衔接处的夹角角度灵活可调，能适应不同状况的地形，在不同坡度的地形上搭建稳定的支撑框架。角度调整完成后，拧紧固定螺帽即可保证结构稳固，这样固定螺帽和嵌套摩擦力可承受来自斜坡的不稳定性。

优选地，相互嵌套的两根竖直管，其中嵌入型管为第一竖直管，被嵌入型管为第二竖直管，第一竖直管的尾部为嵌入型内管，内管的外管径小于第二竖直管的内管径，内管上设有一组呈等间距布置的第一螺孔，第二竖直管的头部对应设有若干第二螺孔，第一螺孔的数目大于第二螺孔，与第二螺孔配合设有第一双头螺丝，第一双头螺丝又穿过第一螺孔固定两根竖直管，两根竖直管相互嵌套组成立柱，由于可以通过将第二竖直管上的第一双头螺丝插入不同的第一螺孔，从而调节立柱长度。

优选地，相互嵌套的两根水平管，其中嵌入型管为第一水平管，被嵌入型管为第二水平管，第一水平管的尾部为嵌入型内管，内管的外管径小于第二水平管柱的内管径，内管上设有一组呈等间距布置的第三螺孔，第二水平管的头部对应设有若干第四螺孔，第三螺孔的数目大于第四螺孔，与第四螺孔配合设有第二双头螺丝，第二双头螺丝又穿过第三螺孔固定两根水平管，两根水平管相互嵌套组成横梁或纵梁，由于可以通过将第二水平管上的第二双头螺丝插入第一水平管上不同的第三螺孔，从而调节横梁或纵梁长度。

立柱、横梁及纵梁采用可调式组装结构，不仅拆卸、组装简便，携带方便，同时在组装过程中能根据实际情况，通过调整管柱（竖直管或水平管）的嵌入深度，进而调整立柱、横梁和纵梁的长度，最终达到调整防风装置的体积大小的目的，以适应不同型号的降雨机。另外，简便的搭建方式以及柱状的稳定结构，不仅能避免风力影响，而且可将其它外界干扰因素隔开，保证室外人工模拟降雨实验的准确性，为其它相关研究夯实基础。

优选地，支撑框架的底面沿其长度、宽度方向均布设有若干集水管。集水管构成挡水墙，取代沙袋或其它挡水物起到集水作用，不仅节省了人力和物力，还避免沙袋中的污染物对水样造成二次污染，保证采集的水样真实有效，便于水样采集。

优选地，支架由沿支撑框架顶面的长度、宽度方向分别布设的两根方柱型管材组成，呈井字形布置；防风布上沿竖直方向开有用于供人员进出的门，门上安装有拉链；防风布的上下边缘均制有一组孔，孔配合钢圈或尼龙扎带将防风布的边缘与支撑框架固定连接。钢圈及尼龙扎带可用于固定防风布及支撑框架。

本实用新型的优点是组装简单，结构稳定，拆卸、携带方便，智能化控制，节省了大量的人力物力，采用夹角设计能够适应室外较为复杂的地形条件，应用于水文学、农学、环境科学等领域的室外人工降雨实验，能够排除室外自然和非自然因素的干扰，保证实验的科学性和可靠性，大幅度提高实验效率。总之，本实用新型结构稳定，可对覆盖面及坡度进行调整，便于携带、运输，组装简单，实用性好，使用寿命长，集成防风、集水等多种实验功能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一个实施例的主视图。

图2为图1的A向放大图。

图3为图1的B向放大图。

图4为图1的C向放大图。

图5为本实用新型一个实施例的侧视图。

图6为图5的D向放大图。

图7为图5的E向放大图。

图8为图5的F向放大图。

图9为本实用新型一个实施例的仰视图。

图10为本实用新型中第一竖直管的结构示意图。

图11为本实用新型中第二竖直管的结构示意图。

图12为本实用新型中第一水平管的结构示意图。

图13为本实用新型中第二水平管的结构示意图。

图14为本实用新型中控制系统的原理图。

图15为本实用新型中控制系统铺设图。

图中：1.横梁，2.立柱，3.纵梁，4.第一竖直管，5.第二竖直管，6.第一水平管，7.第二水平管，8.卡紧槽，9.第一螺孔，10.第一双头螺丝，11.第二螺孔，12.第二双头螺丝，13.固定螺帽，14.第一集水管，15.第二集水管，16.第三集水管，17.第四集水管，18.斜坡，19.支架，20.控制系统放置区。

具体实施方式

实施例一

本实施例的一种室外人工模拟降雨防风装置，包括覆盖防风罩的支撑框架，设置在支撑框架底部的集水管总成。支撑框架的材质选用不锈钢，不锈钢质量大，不易变形，可承受较强的外力，有利于结构稳定，而且不锈钢不易被腐蚀，使用时间长，支撑框架如图1-图9所示，支撑框架由四根垂向延伸的立柱2、连接立柱2两端的横梁1和纵梁3构成，立柱2、横梁1、纵梁3形成中空六面体。其中立柱2由相邻端嵌套并可锁定伸缩的第一竖直管4和第二竖直管5构成，第一竖直管4为嵌入型管，第二竖直管5为被嵌入型管，第一竖直管4的头部设有卡紧槽8，第一竖直管4的尾部为嵌入型内管，该内管的外管径小于第二竖直管5的内管径，内管上设有五个呈等间距布置（间距7.5cm，因此立柱2的嵌入深度可在每7.5cm的间隔上调整5次）的第一螺孔9；第二竖直管5的头部设有三个呈等间距布置（间距为15cm）的第二螺孔，与第二螺孔配合设有第一双头螺丝10，第一双头螺丝10穿过第一螺孔9固定两根竖直管，使得两根竖直管相互嵌套组成立柱2，通过将第二竖直管5上的三个第一双头螺丝10一一对应插入不同的第一螺孔9中，能够调节立柱2的长度（见图10和图11）。横梁1和纵梁3分别由相邻端嵌套并可锁定伸缩的第一水平管6和第二水平管7构成，第一水平管6、第二水平管7与立柱2通过可锁定铰接结构连接。第一水平管6为嵌入型管，第二水平管7为被嵌入型管，第一水平管6、第二水平管7包括长管，长管的外端设有可锁定铰接结构，可锁定铰接结构为以一定夹角连接长管的短管，短管与长管之间所成的夹角在0～90°范围内可调，将短管嵌入位于立柱2端部的卡紧槽8中，使得立柱与横梁、纵梁卡固连接。

具体来讲，第一水平管6的头部连接短管，尾部为嵌入型内管，该内管的外管径小于第二水平管7的内管径，内管上设有五个呈等间距布置（间距7.5cm，因此横梁1或纵梁3的嵌入深度可在每7.5cm的间隔上调整5次）的第三螺孔11，第二水平管7的头部设有三个呈等间距布置（间距为15cm）的第四螺孔，尾部连接短管，与第四螺孔配合设有第二双头螺丝12，第二双头螺丝12穿过第三螺孔11固定两根水平管，使得两根水平管相互嵌套组成横梁1或纵梁3，通过将第二水平管7上的三个第二双头螺丝12一一对应插入第一水平管6上不同的第三螺孔11中，能够调节横梁1或纵梁3的长度（见图12和图13）。

另外，横梁1或纵梁3上的短管分别对应嵌入布置在立柱2端部的卡紧槽8中，使得立柱2与横梁1、纵梁3卡固连接。长管上与短管连接的一端设有第一通孔，短管上与长管连接的一端设有第二通孔，与第一、第二通孔配合设置调节螺栓，调节螺栓的端部连接固定螺帽13。当长管与短管之间的夹角通过手动操作调节到需要角度时，通过调节螺栓及固定螺母13调节长管与短管的位置，使得二者之间产生一角度变动，以便适应不同坡度条件。

防风罩包括包裹在支撑框架四周的防风布以及用于控制防风布收卷的控制系统NHRI-01型，防风布选用油布或涤塔夫面料，质量轻便，又可防风防雨，不易被污染和损坏，支撑框架的顶面沿其长度和宽度方向分别设有两根方柱型管材，四根方柱型管材呈井字形布置，构成支架19，支架19的中部为控制系统放置区20（见图15）。控制系统设置在支架19的控制系统放置区20中。其中控制系统包括键输入单元，与键输入单元红外感应连接的传感器单元以及与传感器单元的输出端连接的控制单元，传感器单元和控制单元均由普通聚合物锂电池供电，传感器单元包括释放传感器、暂停传感器和回收传感器，键输入单元包括充当用户输入装置的至少三个键按钮，键按钮用于输入与释放、回收防风布或暂停释放/回收防风布的步骤相关的键值，控制单元的控制输出端与电机连接，电机与设置在控制系统放置区20的、用于收卷防风布的滚动轴连接（见图14）。防风布上沿竖直方向开有用于供人员进出的门，门上安装有拉链，防风布的上下边缘均制有一组孔，孔配合钢圈或尼龙扎带将防风布的边缘与支撑框架固定连接。降雨实验开始前，当实验人员按释放键遥控释放信号时，控制系统驱动滚动轴逆时针转动，释放防风布，防风布沿着支架19向四周扩散，至支撑框架顶部边缘后继续向下延伸将整个支撑框架覆盖，然后实验人员根据支撑框架的大小按暂停键停止释放防风布，最后采用尼龙扎带进行加固；降雨实验完成后，去除尼龙扎带并拉上防风带上的拉链，实验人员按回收键，控制系统驱动滚动轴顺时针转动，将防风布回收。

支撑框架的底面沿其长度方向设有第一集水管14、第二集水管15，第一集水管14、第二集水管15铺设在支撑框架架构底面（水平管）的上方，支撑框架的底面沿其宽度方向设有第三集水管16、第四集水管17，第三集水管16、第四集水管17铺设在支撑框架的底面（水平管）下方。根据下垫面条件的不同，在四根集水管上铺设不同的防水材料，当下垫面为硬化路面时，防水材料为软质塑胶，当下垫面为沙地或泥地时，防水材料为塑料薄膜。集水管体积小，材质轻便，四根集水管与地面贴合铺设，构成井字形挡水墙，井字形挡水墙的中部为集水区，集水区的面积可通过移动集水管进行调节，根据不同的实验需求，调整集水区面积，不仅减少了物力投入，还使集水面积更加精确，便于计算。

室外人工模拟降雨防风装置的安装方法，包括以下步骤：

第一步、根据模板制作第一、第二竖直管，并在第一竖直管的顶部一侧焊接卡紧槽，第二竖直管的底部同一侧焊接卡紧槽后，将第一竖直管的尾部内管插入第二竖直管中，再根据降雨机的高度调节第二竖直管上端口的安装位置，进而调节立柱的高度，然后将第二竖直管上的第一双头螺丝穿过第一竖直管上对应位置的第一螺孔，固定第一、第二竖直管得到立柱；转至第二步；

第二步、根据模板制作第一、第二水平管，所述第一、第二水平管均包括长管和短管，所述长管的端部加工有与调节螺栓相配合的第一通孔，所述短管的端部加工有与调节螺栓相配合的第二通孔，用调节螺栓穿过第一、第二通孔并采用固定螺帽紧固调节螺栓使长管与短管连接为一体，即可得到第一、第二水平管；将第一水平管的尾部内管插入第二水平管中，再根据降雨机的长度或宽度调节第二水平管头端的安装位置，进而调节横梁或纵梁的长度，然后将第二水平管上的第二双头螺丝穿过第一水平管上对应位置的第三螺孔，固定第一、第二水平管得到横梁或纵梁；转至第三步；

第三步、将短管放入对应的卡紧槽中，使得四根立柱、四根横梁和四根纵梁首尾相接组成中空平行六面体，即支撑框架；转至第四步；

第四步、在斜坡上搭建支撑框架时，在纵梁与立柱连接后，松开纵梁上的调节螺栓和固定螺帽，根据斜坡的坡度调整纵梁上的长管与短管之间夹角角度，使纵梁具有与斜坡坡度相适应的夹角，从而导致支撑框架适应地形坡度要求，然后将固定螺帽套在调节螺栓上，拧紧固定螺帽；转至第五步；

第五步、在支撑框架的底部铺设集水管总成，所述集水管总成包括沿支撑框架底面的长度、宽度方向铺设的若干集水管；转至第六步；

第六步、在支撑框架机构的顶部焊接井字形支架，所述井字形支架的中部放置用于控制防风布收卷的控制系统，并在支撑框架的四周包裹防风布。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：包括覆盖防风罩的支撑框架和设置在支撑框架上的集水管总成，支撑框架由四根垂向延伸的立柱、连接立柱两端的横梁和纵梁构成，立柱、横梁、纵梁形成中空六面体；立柱由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩竖直管构成，横梁和纵梁分别由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩水平管构成；水平管与立柱通过可锁定铰接结构连接。

2.根据权利要求1所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述防风罩包括包裹在支撑框架四周的防风布以及用于控制防风布收卷的控制系统，所述控制系统设置在位于支撑框架顶部的支架上；所述控制系统包括键输入单元，与键输入单元连接的传感器单元以及与传感器单元的输出端连接的控制单元，所述键输入单元包括充当用户输入装置的至少三个键按钮；所述控制单元的控制输出端与电机连接，所述电机与收卷防风布的滚动轴连接。

3.根据权利要求1所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述水平管包括长管，所述长管的外端设有可锁定铰接结构，所述可锁定铰接结构为以一定夹角连接长管的短管，短管与长管之间所成的夹角可调，并且所述短管嵌入位于立柱端部的卡紧槽中。

4.根据权利要求3所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述长管与短管连接的一端设有第一通孔，所述短管与长管连接的一端设有第二通孔，与所述第一、第二通孔配合设置调节螺栓，所述调节螺栓的端部对应连接固定螺帽。

5.根据权利要求1所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：相互嵌套的两根竖直管，其中嵌入型管为第一竖直管，被嵌入型管为第二竖直管，所述第一竖直管的尾部为嵌入型内管，所述内管的外管径小于第二竖直管的内管径，所述内管上设有一组呈等间距布置的第一螺孔，所述第二竖直管的头部对应设有若干第二螺孔，与所述第二螺孔配合设有第一双头螺丝， 所述第一双头螺丝穿过所述第一螺孔固定两根竖直管，两根竖直管相互嵌套组成立柱，由于可以通过第一双头螺丝插入不同的第一螺孔，从而调节立柱长度。

6.根据权利要求1所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：相互嵌套的两根水平管，其中嵌入型管为第一水平管，被嵌入型管为第二水平管，所述第一水平管的尾部为嵌入型内管，所述内管的外管径小于第二水平管的内管径，所述内管上设有一组呈等间距布置的第三螺孔，所述第二水平管的头部对应设有若干第四螺孔，与所述第四螺孔配合设有第二双头螺丝，所述第二双头螺丝穿过所述第三螺孔固定两根水平管，两根水平管相互嵌套组成横梁或纵梁，由于可以通过第二双头螺丝插入不同的第三螺孔，从而调节横梁或纵梁长度。

7.根据权利要求1所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述支撑框架的底面沿其长度、宽度方向均布设有若干集水管，用于降雨实验集水。

8.根据权利要求2所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述支架由沿支撑框架顶面的长度、宽度方向分别布设的两根方柱型管材组成，呈井字形布置。

9.根据权利要求2所述的室外人工模拟降雨防风装置，其特征在于：所述防风布上沿竖直方向开有用于供人员进出的门，门上安装有拉链；防风布的上下边缘均制有一组孔，孔配合钢圈或尼龙扎带将防风布的边缘与支撑框架固定连接。