專利名稱：一種野外持續(xù)模擬降雨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，尤其是利用自動壓差實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)模擬降雨的裝置，屬于水利工程中水文預(yù)報領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，我國中小河流山洪預(yù)警預(yù)報和災(zāi)害防御已成為目前防洪減災(zāi)工作中突出的難點(劉志雨，基于動態(tài)臨界雨量的中小河流山洪預(yù)警方法及其應(yīng)用，北京師范大學(xué)學(xué)報，2010)。為數(shù)眾多的中小河流分布廣泛，大部分流域站網(wǎng)密度稀疏，監(jiān)測手段缺乏，預(yù)報方案不健全，屬于典型的無資料或缺資料流域。因此，在這些流域，如何深入挖掘地形、土壤及基巖特性等山坡結(jié)構(gòu)特征信息，研究其對降雨徑流響應(yīng)的綜合效應(yīng)，具有重要的理論意義禾口工禾呈實踐價值。(Troch，P· A· ,Dealing with landscape heterogeneity in watershed hydrology :a review ofrecent progress toward new hydrological theory, Geography Compass，2009;劉蘇峽，無測站流域水文預(yù)測(PUB)的研究方法，地理科學(xué)進(jìn)展，2010)。山坡降雨徑流的發(fā)生發(fā)展受地質(zhì)、地形、土壤、降雨等多種因素的影響，為了搞清各因子之間的定量關(guān)系，必須進(jìn)行大量的單因子對比實驗。野外觀測實驗取決于天然降雨情況，而每年發(fā)生降雨徑流的次數(shù)有限，并且天然降雨事件具有不可重復(fù)性，使徑流小區(qū)觀測實驗工作受到很大限制，數(shù)據(jù)積累慢，遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。為了克服這一困難，科學(xué)家設(shè)計了一系列的降水裝置，人工模擬天然降雨。目前國內(nèi)外開展降雨徑流實驗使用的人工模擬降雨器主要分為野外移動式模擬降雨器和室內(nèi)固定式模擬降雨器兩類。其中適合但都未能得到廣泛應(yīng)用，主要存在兩個問題(1)野外模擬降雨器一般均要求現(xiàn)場有足夠的場地架設(shè)儀器，而實際場地往往不能直接滿足；( 模擬降雨器還需要動力裝置，可移動性較差。室內(nèi)固定式模擬降雨器也存在類似需大范圍場地及動力的問題。因此，山坡野外降雨徑流實驗研究需要一種結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和攜帶、降雨強(qiáng)度可控性好的模擬降雨裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡便易控的野外持續(xù)模擬降雨裝置。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，包括儲水箱，供水箱，雨量調(diào)節(jié)裝置，降雨器和支架，所述的裝置儲水箱與供水箱串聯(lián)，供水箱底部設(shè)置單向透氣塞、利用雨量調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)試驗所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。儲水箱與供水箱串聯(lián)，不需要借助外界動力裝置，通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實現(xiàn)供水箱的自動補水，采用單向透氣塞和雨量調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)試驗所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。所述的儲水箱包括箱體，進(jìn)水口，出水口和進(jìn)氣口 ；所述的供水箱包括箱體，進(jìn)水口，排氣口，單向透氣塞，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥；所述的雨量調(diào)節(jié)裝置和降雨器分別為流量控制伸縮管和噴孔式降雨噴頭；
儲水箱的出水口與供水箱的進(jìn)水口之間由橡膠皮管連接，以實現(xiàn)從儲水箱向供水箱補水；儲水箱的進(jìn)氣口與供水箱排氣口之間亦采用橡膠皮管連接，以實現(xiàn)氣體交換；供水箱的出水口與降雨器之間由雨量調(diào)節(jié)裝置連接，通過雨量調(diào)節(jié)裝置控制供水箱出水流量，即控制降雨強(qiáng)度。儲水箱與供水箱串聯(lián)自動補水的設(shè)計原理將儲水箱與供水箱上下串聯(lián)，設(shè)儲水箱內(nèi)水位為h'、供水箱內(nèi)水位為h，儲水箱進(jìn)氣口與供水箱排氣口連通，則儲水箱與供水箱水面上方氣壓Pl和p4相等，即Pl = P4，儲水箱底部壓強(qiáng)P5等于儲水箱水面上方氣壓p4與箱內(nèi)水體壓強(qiáng)之和，即p5 = P4+Pg h'， 因此p5 > p4 = pl，水由儲水箱流向供水箱，供水箱的氣體通過排氣口由供水箱流向儲水箱，其中P為水的密度，g為重力加速度。穩(wěn)定降雨強(qiáng)度的實現(xiàn)供水箱內(nèi)水體在內(nèi)外壓差作用下流向降雨器模擬降雨，隨著箱內(nèi)水體減少，箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)逐漸降低，箱底壓力也在降低，當(dāng)箱底壓力小于大氣壓強(qiáng)時，由于供水箱底部設(shè)有單向橡膠透氣塞，則在內(nèi)外壓差的作用下，外界氣體進(jìn)入供水箱內(nèi)使箱內(nèi)氣壓增大，當(dāng)供水箱底的壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相等時達(dá)到平衡狀態(tài)，隨著箱內(nèi)水體的減少，外界氣體不斷通過透氣塞進(jìn)入供水箱內(nèi)，增加箱內(nèi)氣壓，仍會達(dá)到平衡狀態(tài)，所以模擬降雨裝置在達(dá)到平衡狀態(tài)后，供水箱出口的壓強(qiáng)始終會保持不變，當(dāng)雨量調(diào)節(jié)裝置固定后，即可獲得穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明不需要動力裝置，方便野外實驗；實驗過程不需中斷， 通過儲水箱可實現(xiàn)持續(xù)供水；降雨強(qiáng)度控制簡便，而且能夠始終保持恒定狀態(tài)。


圖1整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2降雨器結(jié)構(gòu)正視示意圖；圖3降雨器結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖4裝置運行示意圖。圖中，1供水箱進(jìn)水口，2供水箱排氣口，3供水箱，4橡膠透氣塞，5連接裝置，6流量控制裝置(刻線和滑竿)，7降雨器，8儲水箱進(jìn)水口，9儲水箱排氣口，10橡膠皮管，11儲水箱，12撐腳，13噴孔，kl止水閥1，k2止水閥2，k3止水閥3，pl——供水箱中氣體壓強(qiáng)， p2——供水箱橡膠透氣塞處壓強(qiáng)，p3一一供水箱與橡膠皮管連接處壓強(qiáng)，p4——儲水箱中氣體壓強(qiáng)，P5——儲水箱與橡膠皮管連接處壓強(qiáng)，pa——大氣壓強(qiáng)，h——供水箱中水的高度，h’——儲水箱中水的高度。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。儲水箱11與供水箱3上下串聯(lián)，中間設(shè)止水閥k3，儲水箱進(jìn)氣口 9與供水箱排氣口 2采用橡膠皮管10連通，供水箱3出口接止水閥kl，后接雨量調(diào)節(jié)裝置6，最后接入降雨器7，在降雨器前設(shè)置止水閥k2。
初始狀態(tài)下，供水箱和儲水箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)pi和p4均為大氣壓強(qiáng)pa，供水箱底部的壓強(qiáng)p2和p3等于供水箱水面上方的氣壓pi與箱內(nèi)水體壓強(qiáng)之和，即p2 = p3 = pl+pgh, 其中P為水的密度，g為重力加速度。打開止水閥kl、k2和k3，因為儲水箱進(jìn)氣口 9與供水箱排氣口 2連通，所以儲水箱和供水箱水面上方氣壓pi和p4相等，即pi = p4，儲水箱底部壓強(qiáng)p5等于儲水箱水面上方氣壓P4與箱內(nèi)水體壓強(qiáng)之和，即p5 = p4+pg h'，因此？5> 4 = 1，水由儲水箱流向供水箱，供水箱的氣體通過排氣口由供水箱流向儲水箱。供水箱內(nèi)水體在重力作用下流向降雨器模擬降雨，隨著箱內(nèi)水體減少，箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)Pl逐漸降低，箱底壓力P2和p3也在降低，當(dāng)箱底壓力小于大氣壓強(qiáng)時，由于供水箱底部設(shè)有單向橡膠透氣塞，則在內(nèi)外壓差的作用下，外界氣體進(jìn)入供水箱內(nèi)使箱內(nèi)氣壓增大， 當(dāng)供水箱底的壓強(qiáng)P2與大氣壓強(qiáng)pa相等時達(dá)到平衡狀態(tài)，即p2 = pa。隨著箱內(nèi)水體的減少，箱內(nèi)氣壓降低，外界氣體通過透氣塞進(jìn)入供水箱內(nèi)，增加箱內(nèi)氣壓，仍會達(dá)到p2 = pa的平衡狀態(tài)，由于p3 = p2，所以模擬降雨裝置在達(dá)到平衡狀態(tài)后，供水箱出口的壓強(qiáng)P3始終會保持不變，只需固定雨量調(diào)節(jié)裝置，即可模擬穩(wěn)定強(qiáng)度的降雨。
權(quán)利要求
1.一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，包括儲水箱，供水箱，雨量調(diào)節(jié)裝置，降雨器和支架，其特征在于所述的裝置儲水箱與供水箱串聯(lián)，供水箱底部設(shè)置單向透氣塞，利用雨量調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)試驗所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，其特征在于所述的儲水箱包括箱體、進(jìn)水口、出水口和進(jìn)氣口，供水箱包括箱體、進(jìn)水口、排氣口、單向透氣塞和進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥；所述的雨量調(diào)節(jié)裝置為流量控制伸縮管；降雨器為噴孔式降雨噴頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，其特征在于所述的儲水箱的出水口與供水箱的進(jìn)水口之間由橡膠皮管連接，儲水箱的進(jìn)氣口與供水箱排氣口之間采用橡膠皮管連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，其特征在于所述的供水箱的出水口與降雨器之間由雨量調(diào)節(jié)裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，尤其是利用自動壓差實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)模擬降雨的裝置，屬于水利工程中水文預(yù)報領(lǐng)域。本裝置包括儲水箱、供水箱、雨量調(diào)節(jié)裝置、降雨器、支架，儲水箱與供水箱串聯(lián)，通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實現(xiàn)供水箱的自動補水，采用單向透氣塞和雨量調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)試驗所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。本發(fā)明不需要動力裝置，方便野外實驗，實驗過程不需中斷，通過儲水箱可實現(xiàn)持續(xù)供水，降雨強(qiáng)度控制簡便，而且能夠始終保持恒定狀態(tài)。
文檔編號A01G15/00GK102265765SQ201110215029
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者馮德锃, 劉金濤, 宋慧卿, 王文君, 陳喜 申請人:河海大學(xué)