模拟降雨设备

1. 模拟降雨设备 李占斌 zhanbinli@126.com 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业 国家重点实验室 2012.5 杨凌

2. 一、装置设计的总体思路 降雨是水力侵蚀的直接动力，也是影响水土流失过程的主要因素之一。深入认识、研究水土流失过程及其机理，寻求水土流失调控的理论和方法，需要再现水土流失过程，需要求助于模拟降雨实验；要想得出有关天然降雨条件下水土流失的定量研究成果，除了下垫面条件相似之外，同时要求模拟降雨过程与研究区域的侵蚀降雨特性相似。

3. 一、装置设计的总体思路 根据降雨侵蚀相似条件，模拟降雨装置应达到如下要求： 1）模拟降雨过程与被模拟的天然降雨过程相似； 2）模拟降雨的均匀性与被模拟天然降雨过程相似； 3）模拟降雨的雨滴动能与被模拟天然降雨相似。

4. 一、装置设计的总体思路 • 通过雨滴发生器（喷头）的研制，以达到不同降雨强度对应不同雨滴谱大小的要求； • 在分析天然降雨雨滴达到末速的条件，通过架设雨滴发生器不同高度，实现模拟降雨雨滴落地末速与天然降雨一致的要求； • 通过雨滴谱相似与下落高度的要求，达到降雨动能相似的要求；

5. 一、装置设计的总体思路 • 通过管网的布设与优化，以达到降雨均匀性要求； • 通过等压供水设计，使个雨滴发生器单元每个喷头的工况一致，实现模拟降雨的稳定性，保障降雨的均匀性和雨强切换的灵活性和一致性； • 通过不同雨滴发生器的切换及变压力供水,生成不同的实验雨强；通过雨滴发生器的分散自动控制，以快速切换雨强，实现模拟降雨过程的要求；

6. 二、模拟降雨系统 模拟降雨系统组成： 供水系统 雨滴发生装置 自动控制系统

7. 雨滴发生装置 五级供水管网+系列喷头构成

8. 单元结构 本模拟降雨系统的雨滴发生装置由单元结构组成，规模可随实验要求扩大或缩小。 降雨雨滴发生器基本单元

9. 组合系统

10. 供水系统 供水水泵+供水管网 供水水泵加装变频调速装置，可实现变压供水； 经过系统组合，辅以计算机监测控制，实现了远程自动供水和手动供水双重供水功能； 供水管网需考虑防冻、防腐、承压等 。

11. 供水系统

12. 控制系统 自动控制系统包括： • 管理机单元 • 上位机IPC操作单元 • 可编程计算机控制器单元 • 现场执行机构单元（包括管道泵、变频器、压力传感器、涡街流量计、电磁阀等） • 控制电路、信号电路等。

13. 控制系统

14. 控制系统用户界面

15. 控制系统运行状态界面

16. 系统执行结果显示界面与故障报警

17. 系统集成 • 形成的降雨装置有两种形式： • 野外移动式 • 实验室固定式 • 全自动 • 半自动或手动式

18. 移动式模拟降雨装置

19. 固定式模拟降雨装置

20. 模拟降雨主要技术参数 • 模拟降雨雨强范围为：0.5～5.0mm/min； • 可实现连续变雨强降雨过程模拟，雨强变化连续性好； • 可进行雨滴谱与雨强相关联模拟； • 降雨均匀度85%以上。

21. 模拟的雨滴中径与雨强关系

22. 降雨装置生成的雨滴谱

23. 谢谢大家！