一種野外持續模擬降雨裝置的製作方法
2023-10-08 07:10:19 4
專利名稱：一種野外持續模擬降雨裝置的製作方法
技術領域：
本發明一種野外持續模擬降雨裝置，尤其是利用自動壓差實現穩定持續模擬降雨的裝置，屬於水利工程中水文預報領域。
背景技術：
近年來，我國中小河流山洪預警預報和災害防禦已成為目前防洪減災工作中突出的難點(劉志雨，基於動態臨界雨量的中小河流山洪預警方法及其應用，北京師範大學學報，2010)。為數眾多的中小河流分布廣泛，大部分流域站網密度稀疏，監測手段缺乏，預報方案不健全，屬於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構特徵信息，研究其對降雨徑流響應的綜合效應，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，無測站流域水文預測(PUB)的研究方法，地理科學進展，2010)。山坡降雨徑流的發生發展受地質、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係，必須進行大量的單因子對比實驗。野外觀測實驗取決於天然降雨情況，而每年發生降雨徑流的次數有限，並且天然降雨事件具有不可重複性，使徑流小區觀測實驗工作受到很大限制，數據積累慢，遠不能滿足生產的需要。為了克服這一困難，科學家設計了一系列的降水裝置，人工模擬天然降雨。目前國內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固定式模擬降雨器兩類。其中適合但都未能得到廣泛應用，主要存在兩個問題(1)野外模擬降雨器一般均要求現場有足夠的場地架設儀器，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。室內固定式模擬降雨器也存在類似需大範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構簡單、便於安裝和攜帶、降雨強度可控性好的模擬降雨裝置。
發明內容
本發明要解決的技術問題就是針對以上現有技術的不足，提供一種簡便易控的野外持續模擬降雨裝置。本發明解決以上技術問題的技術方案是一種野外持續模擬降雨裝置，包括儲水箱，供水箱，雨量調節裝置，降雨器和支架，所述的裝置儲水箱與供水箱串聯，供水箱底部設置單向透氣塞、利用雨量調節裝置實現試驗所需要的穩定的降雨強度。儲水箱與供水箱串聯，不需要藉助外界動力裝置，通過系統內的壓力差實現供水箱的自動補水，採用單向透氣塞和雨量調節裝置實現試驗所需要的穩定的降雨強度。所述的儲水箱包括箱體，進水口，出水口和進氣口 ；所述的供水箱包括箱體，進水口，排氣口，單向透氣塞，進氣調節閥；所述的雨量調節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水口之間由橡膠皮管連接，以實現從儲水箱向供水箱補水；儲水箱的進氣口與供水箱排氣口之間亦採用橡膠皮管連接，以實現氣體交換；供水箱的出水口與降雨器之間由雨量調節裝置連接，通過雨量調節裝置控制供水箱出水流量，即控制降雨強度。儲水箱與供水箱串聯自動補水的設計原理將儲水箱與供水箱上下串聯，設儲水箱內水位為h'、供水箱內水位為h，儲水箱進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P5等於儲水箱水面上方氣壓p4與箱內水體壓強之和，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。穩定降雨強度的實現供水箱內水體在內外壓差作用下流向降雨器模擬降雨，隨著箱內水體減少，箱內氣體壓強逐漸降低，箱底壓力也在降低，當箱底壓力小於大氣壓強時，由於供水箱底部設有單向橡膠透氣塞，則在內外壓差的作用下，外界氣體進入供水箱內使箱內氣壓增大，當供水箱底的壓強與大氣壓強相等時達到平衡狀態，隨著箱內水體的減少，外界氣體不斷通過透氣塞進入供水箱內，增加箱內氣壓，仍會達到平衡狀態，所以模擬降雨裝置在達到平衡狀態後，供水箱出口的壓強始終會保持不變，當雨量調節裝置固定後，即可獲得穩定的降雨強度。本發明的優點在於本發明不需要動力裝置，方便野外實驗；實驗過程不需中斷， 通過儲水箱可實現持續供水；降雨強度控制簡便，而且能夠始終保持恆定狀態。
圖1整體結構示意圖；圖2降雨器結構正視示意圖；圖3降雨器結構俯視示意圖；圖4裝置運行示意圖。圖中，1供水箱進水口，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， p2——供水箱橡膠透氣塞處壓強，p3一一供水箱與橡膠皮管連接處壓強，p4——儲水箱中氣體壓強，P5——儲水箱與橡膠皮管連接處壓強，pa——大氣壓強，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合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。儲水箱11與供水箱3上下串聯，中間設止水閥k3，儲水箱進氣口 9與供水箱排氣口 2採用橡膠皮管10連通，供水箱3出口接止水閥kl，後接雨量調節裝置6，最後接入降雨器7，在降雨器前設置止水閥k2。
初始狀態下，供水箱和儲水箱內氣體壓強pi和p4均為大氣壓強pa，供水箱底部的壓強p2和p3等於供水箱水面上方的氣壓pi與箱內水體壓強之和，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p5等於儲水箱水面上方氣壓P4與箱內水體壓強之和，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。供水箱內水體在重力作用下流向降雨器模擬降雨，隨著箱內水體減少，箱內氣體壓強Pl逐漸降低，箱底壓力P2和p3也在降低，當箱底壓力小於大氣壓強時，由於供水箱底部設有單向橡膠透氣塞，則在內外壓差的作用下，外界氣體進入供水箱內使箱內氣壓增大， 當供水箱底的壓強P2與大氣壓強pa相等時達到平衡狀態，即p2 = pa。隨著箱內水體的減少，箱內氣壓降低，外界氣體通過透氣塞進入供水箱內，增加箱內氣壓，仍會達到p2 = pa的平衡狀態，由於p3 = p2，所以模擬降雨裝置在達到平衡狀態後，供水箱出口的壓強P3始終會保持不變，只需固定雨量調節裝置，即可模擬穩定強度的降雨。
權利要求
1.一種野外持續模擬降雨裝置，包括儲水箱，供水箱，雨量調節裝置，降雨器和支架，其特徵在於所述的裝置儲水箱與供水箱串聯，供水箱底部設置單向透氣塞，利用雨量調節裝置實現試驗所需要的穩定的降雨強度。
2.根據權利要求1所述的一種野外持續模擬降雨裝置，其特徵在於所述的儲水箱包括箱體、進水口、出水口和進氣口，供水箱包括箱體、進水口、排氣口、單向透氣塞和進氣調節閥；所述的雨量調節裝置為流量控制伸縮管；降雨器為噴孔式降雨噴頭。
3.根據權利要求1所述的一種野外持續模擬降雨裝置，其特徵在於所述的儲水箱的出水口與供水箱的進水口之間由橡膠皮管連接，儲水箱的進氣口與供水箱排氣口之間採用橡膠皮管連接。
4.根據權利要求2所述的一種野外持續模擬降雨裝置，其特徵在於所述的供水箱的出水口與降雨器之間由雨量調節裝置連接。
全文摘要
本發明一種野外持續模擬降雨裝置，尤其是利用自動壓差實現穩定持續模擬降雨的裝置，屬於水利工程中水文預報領域。本裝置包括儲水箱、供水箱、雨量調節裝置、降雨器、支架，儲水箱與供水箱串聯，通過系統內的壓力差實現供水箱的自動補水，採用單向透氣塞和雨量調節裝置實現試驗所需要的穩定的降雨強度。本發明不需要動力裝置，方便野外實驗，實驗過程不需中斷，通過儲水箱可實現持續供水，降雨強度控制簡便，而且能夠始終保持恆定狀態。
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 優先權日2011年7月29日
發明者馮德鋥, 劉金濤, 宋慧卿, 王文君, 陳喜 申請人:河海大學