一種便攜式人工模擬降雨裝置，它是由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭、支架、樣方裝置和土壤水監(jiān)測(cè)裝置組成；降雨噴頭固定在支架頂端并置于樣方裝置正上方，它通過供水動(dòng)力裝置的輸水管與該裝置中的壓力表、流量計(jì)、人工壓力泵和水桶連接，樣方裝置中的樣方框嵌入土壤樣方，三面封閉，開放一面與該裝置中的集流槽無縫結(jié)合，遮雨罩完全遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出水端下方；土壤水監(jiān)測(cè)裝置中的土壤水傳感器通過網(wǎng)口式插口連接該裝置中的HOBO采集器，并通過HOBO數(shù)據(jù)線將HOBO采集器與筆記本電腦相連；該便攜式人工模擬降雨裝置構(gòu)思科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增強(qiáng)了儀器的野外適應(yīng)性，從而為開展野外大批量試驗(yàn)和獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了技術(shù)保證。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是地理學(xué)研究中使用的一種便攜式人工模擬降雨裝置(簡(jiǎn)稱為CSRS)，它用于野外開展人工模擬 降雨實(shí)驗(yàn)，屬于自然地理系統(tǒng)
技術(shù)介紹
人工模擬降雨方法，是利用機(jī)械裝置模擬天然降雨，開展相關(guān)科學(xué)研究并迅速獲取科研數(shù)據(jù)的科學(xué)方法，已成為室內(nèi)和野外試驗(yàn)的重要技術(shù)手段。20世紀(jì)30年代美國就廣泛采用人工模擬降雨方法研究土壤入滲、坡面產(chǎn)流和土壤侵蝕等科學(xué)問題，我國也從20世紀(jì)60年代開始人工模擬降雨機(jī)的研制，并根據(jù)降雨形成的方式將其分為噴咀式和針管式兩種類型，為盡量真實(shí)地模擬天然降雨，人工模擬降雨裝置應(yīng)符合如下具體要求(I)滿足一定合理范圍的可變雨強(qiáng)；(2)降雨的均勻性，通常均勻系數(shù)在O. 8以上；(3)雨譜與天然降雨接近；(4)雨滴終點(diǎn)速度與天然降雨接近；(5)降雨動(dòng)能與同雨強(qiáng)的天然降雨吻合；(6)降雨的穩(wěn)定性和可重復(fù)性；(7)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)于降雨-徑流模擬實(shí)驗(yàn)，人工模擬降雨裝置產(chǎn)生的模擬降雨只要具備與天然降雨相似的降雨均勻性和降雨強(qiáng)度，即能滿足實(shí)驗(yàn)要求；對(duì)于降雨-土壤侵蝕模擬實(shí)驗(yàn)，人工模擬降雨只要具備與天然降雨相似的降雨均勻性、雨滴中數(shù)直徑、終點(diǎn)速度和雨滴譜特性，即可滿足實(shí)驗(yàn)要求。國內(nèi)外具有代表性的人工模擬降雨裝置主要有振動(dòng)式模擬降雨裝置，轉(zhuǎn)盤式模擬降雨裝置，槽式人工模擬降雨機(jī)，SR型人工模擬降雨裝置等。北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院一直致力于人工模擬降雨裝置的研制與改進(jìn)。劉寶元等在美國槽式降雨機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次開發(fā)和改進(jìn)，對(duì)促進(jìn)我國人工模擬降雨機(jī)的研制方面做了大量的工作，但由于受材質(zhì)、動(dòng)力及水源的限制，現(xiàn)有人工模擬降雨裝置搬運(yùn)及運(yùn)作相對(duì)費(fèi)力，資金投入大。本儀器在人工模擬降雨機(jī)的便攜性方面有所創(chuàng)新，替換了供水動(dòng)力裝置，采用人工壓力泵作為供水動(dòng)力裝置，重新構(gòu)建了便攜式人工模擬降雨裝置，為野外大批量人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)開展和數(shù)據(jù)獲取提供了技術(shù)支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種便攜式人工模擬降雨裝置，它克服了現(xiàn)有裝置成本高、攜帶不便、且對(duì)動(dòng)力要求較高等限制，從而使儀器裝置更易操作、更便攜、對(duì)野外作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，為多種控制條件下大批量人工模擬降雨試驗(yàn)的開展和相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取提供了可能。本專利技術(shù)在借鑒人工模擬降雨裝置原理和要求的基礎(chǔ)上，充分考慮傳統(tǒng)供水動(dòng)力裝置對(duì)交流電源需求或蓄電池搬運(yùn)不便等限制因素，更換人工供水動(dòng)力裝置，重新構(gòu)建了便攜式人工模擬降雨裝置，既實(shí)現(xiàn)了便攜又降低了成本。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是一種便攜式人工模擬降雨裝置，它是由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭、支架、樣方裝置和土壤水監(jiān)測(cè)裝置等組件組成(圖I)。它們之間的位置連接關(guān)系是降雨噴頭固定在支架頂端并置于樣方裝置正上方，它通過供水動(dòng)力裝置的輸水管與該裝置中的壓力表、流量計(jì)、人工壓力泵和水桶連接，樣方裝置中的樣方框嵌入土壤樣方，三面封閉，開放一面與該裝置中的集流槽無縫結(jié)合，遮雨罩完全遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出水端下方；土壤水監(jiān)測(cè)裝置中的土壤水傳感器通過網(wǎng)口式插口連接該裝置中的HOBO采集器，并通過HOBO數(shù)據(jù)線將HOBO采集器與筆記本電腦相連。所述供水動(dòng)力裝置由水桶、輸水管、人工壓力泵、壓力表和流量計(jì)組成，彼此按序相互連接；采用人工壓力泵，通過人力做功產(chǎn)生壓力，將水桶中的水通過輸水管壓到降雨噴頭，產(chǎn)生降雨；在輸水管上安裝壓力表和流量計(jì)，分別標(biāo)示壓力泵壓力和通過的水流量(圖I中組件2，3，5，6，7)。該人工壓力泵、壓力表、水桶、輸水管和流量計(jì)都是市購件。所述降雨噴頭是產(chǎn)生降雨的關(guān)鍵部件，本專利技術(shù)中 所用降雨噴頭在壓力泵壓力下產(chǎn)生錐形均勻降雨，在兩米高度形成l*lm2樣方可用降雨區(qū)(圖I中組件I)。該降雨噴頭是市購件。所述支架為倒L形金屬結(jié)構(gòu)件，包括底座和可伸縮桿，用于固定并將降雨噴頭升到預(yù)定高度，通常在試驗(yàn)中將降雨噴頭升到兩米高度，保證形成均勻降雨(圖I中組件4)。所述樣方裝置是圈出標(biāo)準(zhǔn)有效降雨區(qū)并導(dǎo)出有效坡面產(chǎn)流的系列裝置，它主要包括圈出l*lm2樣方可用降雨區(qū)的樣方框(圖I中組件14，樣方三面封閉，一面開放)，可將樣方坡面產(chǎn)流導(dǎo)出的集流槽(圖I中組件12，集流槽安放在樣方框開放的一面)，以及遮攔降雨以防影響產(chǎn)流量的遮雨罩(圖I中組件15)和量杯。四者之間的關(guān)系是樣方框圈出樣方，坡底方向開放，無縫結(jié)合集流槽，以便弓I出坡面產(chǎn)流，遮雨罩遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出流一段下方，承接徑流。該樣方框是三面封閉一面開放的鐵質(zhì)方框，入土一面稍薄，以便嵌入土壤，圈出樣方，并防止徑流外流；該集流槽是V形鐵質(zhì)槽狀裝置，V形一邊有5cm水平延伸，以便插入土體，一端封閉一端開放，將產(chǎn)流全部導(dǎo)出；該遮雨罩是通過兩根鋼筋固定于集流槽上的長(zhǎng)方形鐵頁，與水平面呈30度傾角，以便將落在鐵頁上的雨水導(dǎo)出樣方區(qū)外；該量杯的容量根據(jù)產(chǎn)流量和量測(cè)時(shí)間間隔確定。所述土壤水監(jiān)測(cè)裝置是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨過程土壤水體積含水量變化的裝置，采用HOBO氣象站系列產(chǎn)品，主要包括HOBO 土壤水傳感器、HOBO采集器、HOBO數(shù)據(jù)線和筆記本電腦等(圖I中組件8，9，10, 11)。他們之間的關(guān)系是Η0Β0 土壤水傳感器用于監(jiān)測(cè)土壤水體積含水量，通過網(wǎng)口式插頭與HOBO采集器連接，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在HOBO采集器存儲(chǔ)卡上，HOBO數(shù)據(jù)線將采集器與筆記本電腦上安裝的HOBO專業(yè)軟件連接，導(dǎo)出HOBO采集器上存儲(chǔ)的土壤水體積含水量數(shù)據(jù)，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。其中，該遮雨罩的外形尺寸是I. OX I. 2m。其中，該量杯的容量在100ML以上。便攜式人工模擬降雨設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)如下該降雨裝置的主要技術(shù)指標(biāo)如下(I)降雨強(qiáng)度通過控制人工氣壓泵氣壓可以提供6-15mm/h強(qiáng)度范圍的降雨。(2)降雨均勻性降雨均勻性利用降雨均勻度K來表示，降雨均勻度K的計(jì)算公式為其中K為降雨均勻度，％ ;H i為降雨面積上的測(cè)點(diǎn)雨量，mm ;為測(cè)點(diǎn)平均降雨量，mm ; η為測(cè)點(diǎn)數(shù)目。對(duì)氣壓泵氣壓表顯示為O. 15,0. 20和O. 25時(shí)的雨強(qiáng)和均勻度進(jìn)行標(biāo)定，平均雨強(qiáng)分別達(dá)到9mm/h、10mm/h和llmm/h，均勻度K值分別為62%、70%和82%。(3)降雨面積噴頭下噴形成圓錐型降雨，降雨面積隨降雨高度變化。噴頭高度為2m時(shí)可形成l*lm2可利用降雨區(qū)。本專利技術(shù)工作原理及流程如下人工壓力泵產(chǎn)生不同強(qiáng)度的合理氣壓，使得噴頭噴出不同強(qiáng)度與天然降雨相似的人工模擬降雨，在遮雨罩的防護(hù)下，雨水均勻地落到樣方框框定的標(biāo)準(zhǔn)地面樣方，坡面產(chǎn)流經(jīng)由引流槽收集到量杯，測(cè)算產(chǎn)流量，并收集產(chǎn)流樣品，測(cè)算含沙量和營(yíng)養(yǎng)濃度。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及功效是該便攜式人工模擬降雨裝置構(gòu)思科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，成本低。它較好的解決了傳統(tǒng)降雨裝置對(duì)電源的依賴和搬運(yùn)不便的限制，增強(qiáng)了儀器的野外適應(yīng)性，從而為開展野外大批量試驗(yàn)和獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了技術(shù)保證。 附圖說明圖I人工模擬降雨裝置總體效果示意中符號(hào)說明如下I降雨噴頭，2人工壓力泵，3水桶，4支架，5輸水管，6壓力表，7流量計(jì)，8筆記本電腦，9H0B0采集器，IOHOBO數(shù)據(jù)線，IIHOBO 土壤水傳感器，12集流槽，13量杯，14樣方框，15遮雨罩。具體實(shí)施例方式見圖1，本專利技術(shù)是一種便攜式人工模擬降雨裝置，它是由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭I、支架4、樣方裝置和土壤水監(jiān)測(cè)裝置等組件組成。它們之間的位置連接關(guān)系是降雨噴頭I通過本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種便攜式人工模擬降雨裝置，其特征在于：它是由供水動(dòng)力裝置、降雨噴頭、支架、樣方裝置和土壤水監(jiān)測(cè)裝置組成；降雨噴頭固定在支架頂端并置于樣方裝置正上方，它通過供水動(dòng)力裝置的輸水管與該裝置中的壓力表、流量計(jì)、人工壓力泵和水桶連接，樣方裝置中的樣方框嵌入土壤樣方，三面封閉，開放一面與該裝置中的集流槽無縫結(jié)合，遮雨罩完全遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出水端下方；土壤水監(jiān)測(cè)裝置中的土壤水傳感器通過網(wǎng)口式插口連接該裝置中的HOBO采集器，并通過HOBO數(shù)據(jù)線將HOBO采集器與筆記本電腦相連；所述供水動(dòng)力裝置由水桶、輸水管、人工壓力泵、壓力表和流量計(jì)組成，彼此按序相互連接；采用人工壓力泵，通過人力做功產(chǎn)生壓力，將水桶中的水通過輸水管壓到降雨噴頭，產(chǎn)生降雨；在輸水管上安裝壓力表和流量計(jì)，分別標(biāo)示壓力泵壓力和通過的水流量；所述降雨噴頭是產(chǎn)生降雨的件，降雨噴頭在壓力泵壓力下產(chǎn)生錐形均勻降雨，在兩米高度形成1*1m2樣方可用降雨區(qū)；所述支架為倒L形金屬結(jié)構(gòu)件，包括底座和可伸縮桿，用于固定并將降雨噴頭升到預(yù)定高度，保證形成均勻降雨；所述樣方裝置是圈出標(biāo)準(zhǔn)有效降雨區(qū)并導(dǎo)出有效坡面產(chǎn)流的系列裝置，它包括圈出1*1m2樣方可用降雨區(qū)的樣方框、將樣方坡面產(chǎn)流導(dǎo)出的集流槽、遮攔降雨以防影響產(chǎn)流量的遮雨罩和量杯，樣方框圈出樣方，坡底方向開放，無縫結(jié)合集流槽，以便引出坡面產(chǎn)流，遮雨罩遮蔽集流槽，量杯置于集流槽出流一段下方，承接徑流；該樣方框是三面封閉一面開放的鐵質(zhì)方框，入土一面稍薄，以便嵌入土壤，圈出樣方，并防止徑流外流；該集流槽是V形鐵質(zhì)槽狀裝置，V形一邊有5cm水平延伸，以便插入土體，一端封閉一端開放，將產(chǎn)流全部導(dǎo)出；該遮雨罩是通過兩根鋼筋固定于集流槽上的的長(zhǎng)方形鐵頁，與水平面呈30度傾角，以便將落在鐵頁上的雨水導(dǎo)出樣方區(qū)外；該量杯的容量規(guī)格根據(jù)產(chǎn)流量和量測(cè)時(shí)間間隔確定；所述土壤水監(jiān)測(cè)裝置是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨過程土壤水體積含水量變化的裝置，包括HOBO土壤水傳感器、HOBO采集器、HOBO數(shù)據(jù)線和筆記本電腦；HOBO土壤水傳感器用于監(jiān)測(cè)土壤水體積含水量，通過網(wǎng)口式插頭與HOBO采集器連接，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在HOBO采集器存儲(chǔ)卡上，HOBO數(shù)據(jù)線將采集器與筆記本電腦上安裝的HOBO專業(yè)軟件連接，導(dǎo)出HOBO采集器上存儲(chǔ)的土壤水體積含水量數(shù)據(jù)，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊勝天，宋文龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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