Transcript 模拟降雨设备

模拟降雨设备
李占斌
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黄土高原土壤侵蚀与旱地农业
国家重点实验室
2012.5 杨凌
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。
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。
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；
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；
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
雨滴发生装置
五级供水管网+系列喷头构成
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
组合系统
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
。
供水系统
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。
控制系统
管理机
上位机 IPC
可编程计算机控制器
现场执行机构
控制系统用户界面
控制系统运行状态界面
系统执行结果显示界面与故障报警
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
移动式模拟降雨装置
固定式模拟降雨装置
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。
模拟的雨滴中径与雨强关系
雨滴中值粒径（mm)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
6
雨强（mm/min)
8
10
小于某直径的雨滴的累加
体积占总雨滴体积的百分
数（％）
降雨装置生成的雨滴谱
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0.5 雨滴直径（mm）
1
1.5
2
谢谢大家！