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(dòng)壓差實(shí)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(bào)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)中小河流山洪預(yù)警預(yù)報(bào)和災(zāi)害防御已成為目前防洪減災(zāi)工作中突出的難點(diǎn)(劉志雨，基于動(dòng)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(bào)，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(cè)手段缺乏，預(yù)報(bào)方案不健全，屬于典型的無(wú)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(duì)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(shí)踐價(jià)值。(Troch，P· A· ,Dealing with landscape heterogeneity in watershed hydrology :a review of recent progress toward new hydrological theory,Geography Compass，2009;劉蘇峽，無(wú)測(cè)站流域水文預(yù)測(cè)(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(duì)比實(shí)驗(yàn)。野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)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(jì)了一系列的降水裝置，人工模擬天然降雨。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)展降雨徑流實(shí)驗(yàn)使用的人工模擬降雨器主要分為野外移動(dòng)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(gè)問(wèn)題(1)野外模擬降雨器一般均要求現(xiàn)場(chǎng)有足夠的場(chǎng)地架設(shè)儀器，而實(shí)際場(chǎng)地往往不能直接滿足；( 模擬降雨器還需要?jiǎng)恿ρb置，可移動(dòng)性較差。室內(nèi)固定式模擬降雨器也存在類似需大范圍場(chǎng)地及動(dòng)力的問(wèn)題。因此，山坡野外降雨徑流實(shí)驗(yàn)研究需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wèn)題就是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)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(wèn)題的技術(shù)方案是一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，包括儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。儲(chǔ)水箱與供水箱串聯(lián)，不需要借助外界動(dòng)力裝置，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實(shí)現(xiàn)供水箱的自動(dòng)補(bǔ)水，采用單向透氣塞和雨量調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。所述的儲(chǔ)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；
3[0010]儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)從儲(chǔ)水箱向供水箱補(bǔ)水；儲(chǔ)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(shí)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(guò)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(chǔ)水箱與供水箱串聯(lián)自動(dòng)補(bǔ)水的設(shè)計(jì)原理將儲(chǔ)水箱與供水箱上下串聯(lián)，設(shè)儲(chǔ)水箱內(nèi)水位為h'、供水箱內(nèi)水位為h，儲(chǔ)水箱進(jìn)氣口與供水箱排氣口連通，則儲(chǔ)水箱與供水箱水面上方氣壓Pl和p4相等，即Pl = P4，儲(chǔ)水箱底部壓強(qiáng)P5等于儲(chǔ)水箱水面上方氣壓p4與箱內(nèi)水體壓強(qiáng)之和，即p5 = p4+ P gh ‘，因此p5 > p4 = pl，水由儲(chǔ)水箱流向供水箱，供水箱的氣體通過(guò)排氣口由供水箱流向儲(chǔ)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(shí)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(shí)，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(shí)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(guò)透氣塞進(jìn)入供水箱內(nèi)，增加箱內(nèi)氣壓，仍會(huì)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(huì)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(diǎn)在于本發(fā)明不需要?jiǎng)恿ρb置，方便野外實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程不需中斷， 通過(guò)儲(chǔ)水箱可實(shí)現(xiàn)持續(xù)供水；降雨強(qiáng)度控制簡(jiǎn)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(yùn)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(chǔ)水箱進(jìn)水口，9儲(chǔ)水箱排氣口，10橡膠皮管，11儲(chǔ)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(chǔ)水箱中氣體壓強(qiáng)，P5——儲(chǔ)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(chǔ)水箱中水的高度。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)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(shuō)明。儲(chǔ)水箱11與供水箱3上下串聯(lián)，中間設(shè)止水閥k3，儲(chǔ)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。
4[0025]初始狀態(tài)下，供水箱和儲(chǔ)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(kāi)止水閥kl、k2和k3，因?yàn)閮?chǔ)水箱進(jìn)氣口 9與供水箱排氣口 2連通，所以儲(chǔ)水箱和供水箱水面上方氣壓pi和p4相等，即pi = p4，儲(chǔ)水箱底部壓強(qiáng)p5等于儲(chǔ)水箱水面上方氣壓P4與箱內(nèi)水體壓強(qiáng)之和，即p5 = p4+pgh'，因此p5 >p4 = pl，水由儲(chǔ)水箱流向供水箱，供水箱的氣體通過(guò)排氣口由供水箱流向儲(chǔ)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(shí)，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(shí)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(guò)透氣塞進(jìn)入供水箱內(nèi)，增加箱內(nèi)氣壓，仍會(huì)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(huì)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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。
專利摘要本實(shí)用新型一種野外持續(xù)模擬降雨裝置，尤其是利用自動(dòng)壓差實(shí)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(bào)領(lǐng)域。本裝置包括儲(chǔ)水箱、供水箱、雨量調(diào)節(jié)裝置、降雨器、支架，儲(chǔ)水箱與供水箱串聯(lián)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實(shí)現(xiàn)供水箱的自動(dòng)補(bǔ)水，采用單向透氣塞和雨量調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需要的穩(wěn)定的降雨強(qiáng)度。本實(shí)用新型不需要?jiǎng)恿ρb置，方便野外實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不需中斷，通過(guò)儲(chǔ)水箱可實(shí)現(xiàn)持續(xù)供水，降雨強(qiáng)度控制簡(jiǎn)便，而且能夠始終保持恒定狀態(tài)。
文檔編號(hào)A01G15/00GK202160477SQ2011202727
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:河海大學(xué)