室内人工模拟降雨试验研究

室内人工模拟降雨试验研究 室内人工模拟降雨试验研究 第28卷第5期 2006年9月 北京林业大学 JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERSITY Vo1.28.No.5 Sep.,2006 室内人工模拟降雨试验研究 徐向舟刘大庆张红武.董占地朱明东 (1大连理工大学土木水利学院2清华大学水利水电工程系3中国水利水电科学研究院泥沙研究所) 摘要:该研究在天然降雨的观测基础上,根据室内侵蚀模拟试验的特点, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了两种降雨模拟试验系统,并对该系 统的降雨特性进行了率定和分析研究.研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,对于SX2002管网式降雨模拟器和SX2004喷射式降雨模拟 器,可以把雨强作为主要控制参数来实现降雨模拟的动能相似;这两种降雨系统都能较好地满足室内降雨模拟试 验的要求,其中管网式降雨器雨强调控范围较大,均匀度较好,但比较适于尺度较小的试验,喷射式降雨器更适于 尺度和地形高差较大的模型试验,但它的雨强调控范围和均匀度不如前者. 关键词:降雨模拟,降雨特性,率定 中图分类号:s715文献标识码:A文章编号:1000-1522(2006)05-0052-07 XUXiang—zhou;LIUDa—qing;ZHANGHong—WU;DONGZhan—di;ZHUMing—dong.Laboratory rainfallsimulationwithcontrolledrainfallintensityanddrainage.JournalofBeqingForestry Universit) (2006)28(5)52—58lCh,13ref.J lSchoolofCivilandHydraulicEngineering,DalianUniversityofTechnology,l16024,P.R.China; 2DepartmentofHydraulicsandHydro— powerEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,P.R. China; 3SedimentResearchLaboratory,ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing, 100044,P.R.China. Thisstudypresentedtheconstructionandoperatingcharacteristicsofthetworainfallsimulators,SX20002 net—styledsimulatorandSX2004sprayer— styledsimulator.Aseriesofdetailedtestsandresearchesonthe rainfallcharacteristicshadbeenoperated,includingrainfallintensity,distributionuniformity,diametersand impactingvelocitiesoftheraindrops,kineticenergyoftherainfall,ete.Asaresult,rainfallintensitywas soundlyrecommendedtoregulatetherainfallenergy,anditwasalsoconcludedthatbothofthesimulators couldbetakenonlaboratorystudiesofsoilandwatererosionprocess.Itisshowedthatthenet—styled simulator,whichhasbetterdistributionuniformityandwiderrangeofcontrolledintensities,ismoresuitable forthesmallerscaleexperiments.Incontrast,thesprayer— styledsimulatorcanbeusedinthelargerscale experimentswithgreaterelevationdifferenceofthelandform. Keywordsrainfallsimulation,rainfallcharacteristics,calibration 降雨模拟装置是水土保持室内模型试验的主要 设施.本研究在观测天然降雨的基础上,根据室内侵 蚀模拟试验的特点,设计了多套降雨模拟试验系统, 并对其主要特性进行了详细的试验率定. 1降雨要素观测方法 1.1天然降雨观测 在进行模拟降雨的工作之前,深入了解天然降 雨的特性是必要的.天然降雨的主要特性包括:?降 雨量,降雨强度;?降雨分布的均匀性;?雨滴直径 大小和分配;?雨滴终点速度等.目前大多数学者都 是以上述降雨特征值作为人工模拟降雨的比较和评 价 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .事实上,雨滴的终速只和雨滴的粒径有 关,降雨分布的均匀度可以根据同一时段降雨面 上的多个测点雨量来计算,因此,掌握了天然降雨的 雨强和雨滴粒径的观测方法,就可以研究天然降雨 收稿日期:2005—09—01 基金项目:国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50221903),国家自然科学青 年基金(40201008) 第一作者:徐向舟,博士,副教授.主要研究方向:水土保持和水环境治理 Email:xu@dlut.edu.cn地址:116024辽宁省大连市犬连理工 大学土木水利学院. 第5期徐向舟等:室内人工模拟降雨试验研究 的主要特性. 1,1.1雨滴粒径观测 本研究采用滤纸色斑法观测天然降雨的雨滴 粒径(D).试验中采用自行设计的雨滴取样器取样. 色斑载体为杭州富阳特种纸厂生产的15cm定性 滤纸;混合粉末由红色颜料高锰酸钾与白色的固定 剂滑石粉组成,其质量比为1:4.经试验率定,雨滴 实际粒径D和滤纸色斑直径d之间的关系为: 石:0.295(1) 1.1,2雨强观测方法 观测一定投影面积的雨场内雨量随时间的变化 过程,可以测出该点的雨强变化情况.本研究中采用 白行设计的雨量计进行天然降雨的雨强观测:在观 测室的屋顶置一漏斗,天然降雨经过接雨漏斗进入 水平放置的量简中,漏斗的承雨面积已知(其直径为 f 曼 争 I 疆 窿 12:0013:0014:0015:0016:00 时刻 35cn1),观测天然降雨的雨强时,只需 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 量简的水 面读数和对应的时刻即可. 图1是在2004年夏季观测到的3场侵蚀性阵 雨.从图1中可以看出,在观测到的天然降雨现象 中,雨强随时间的变化波动非常剧烈;雨滴的粒径与 降雨强度关系密切,大的雨强对应的雨滴粒径也比 较大;伴随着雨强的变化,雨滴粒径的大小也变化. 上述现象与黄土高原地区的实测降雨结果类似. 由天然降雨的特性可知,在降雨过程模拟试验 中,根据雨滴个体对下垫面的动力作用来模拟降雨 侵蚀的效果是不现实的.因为一定高度的人工模拟 降雨下落时,粒径较大的雨滴变形破裂,形成小的雨 滴,所以在实际操作过程中,几乎不可能按照天然降 雨雨强与雨滴粒径的关系来产生相应大小的雨滴. 莒 I 疆 窿 O.15 O.10 O.O5 O 7:009:0011:0013:0015:0017:00 时刻 7:oo9:oo11:oo13:0015:0017:00 时刻 Co)2004年9月3日 图1李各庄观测站天然降雨的雨强及对应的雨滴粒径 FIGURE1Intensityofnaturalrairffallanddiametersof theraindropsinLigezhuangObservationStation 事实上,就降雨对坡面的直接侵蚀作用——雨 滴溅蚀而言,不论是天然降雨,还是人工模拟降雨, 在降雨动能相等的条件下,其侵蚀效果都是一样的. 早在1958年Wischmeier等就指出雨滴的动能是 模拟降雨侵蚀的最好参量,这个结论已经被大量国 内外学者的模拟降雨试验成果所证实..,.如果通 过调整某些降雨参数,比如在降雨高度和雨滴大小 基本不变的条件下,调整雨强的大小,就能够达到控 制降雨动能的目的,那么也就可以比较方便地进行 人工降雨的模拟试验. 1.2模拟降雨的观测 在模拟降雨试验中,模拟降雨雨滴的粒径也可 采用滤纸色斑法进行观测;雨滴的击溅速度一般不 能达到雨滴终速,其大小可用旋转的圆盘或高速 摄影的方法来测量,但由于观测的过程比较复杂, 研究实践中一般根据雨滴粒径的大小采用推导的物 理公式进行计算"'. 1,2,1降雨强度的率定方法 由于降雨强度的大小对侵蚀产沙量的变化非常 敏感,因此在本研究中,每次降雨模拟试验前,都必 须进行雨强的率定.对于野外大面积,下垫面无法遮 盖的天然降雨观测,可以采用在雨场的不同位置布 设多个雨量计,然后求平均值来确定该地区的雨强. 但在人工模拟降雨试验中,由于场地边界的可控性, 642O OOO OOOOO 4321 口H日,口溪它 OOOOO 4321 口H日,口嚣窿 ? ? 日 ?刻蝴时年 加 舯? ? 北京林业大学第28卷 可以采用全雨场接流的方法来率定整个试验场的平 均降雨.这种方法克服了降雨不均匀性(一般均匀度 达到80%就被认为满足试验的需要)所造成的误 差,具有较高的观测精度. 在进行雨强率定试验前,先在模型区上覆盖不 透水的塑料布,使模型区内所有的降雨都通过塑料 布集中到导流沟中,并经导流沟流入到带有刻度的 径流桶或径流池中.径流桶的水位与水体积的关系 事先已经率定.经过一段时间的模拟降雨后,导流沟 内的雨水流量基本稳定,这时开始计时,同时记录径 流桶(或径流池)的水位读数;以后池(或桶)中水位 每上升一定的高度,记录一次水位及对应的时间.试 验结束后,绘出某一雨强条件下雨水体积B与对应 的时间之间的关系曲线.只要雨强稳定,B和就 有很好的线性相关关系,其斜率即为降雨区单位时 间内的降雨量Q.由于模型的水平投影面积A已 知,因此可以根据下式计算出雨强的大小: ,:6×10Q 4(2) 式中,j为降雨强度(ram/min),Q为模型流域出El流 量(m3/s),A为模型流域的投影面积() 由于采用本方法得到的是全雨场短时间内降雨 强度的连续多个观测结果,所以这种方法不仅可以 精确测定降雨试验的雨强大小,还可以检验降雨的 稳定性. 1.2.2径流桶的水位一体积关系 对于降雨面积较大的试验模型,如本研究中的 1#模型,可以砌筑水平横截面不变的水池作径流 池,这时池中的浑水的体积B(m)与径流池的水位 H(cm)呈线性关系,即: B=aH+b(3) 式中,a,b为常数,分别与径流池横截面积及刻度 尺的初始读数有关. 对于降雨面积较小的试验模型,如本研究中的 2#模型,一般采用容积较小的径流桶接流,这样既 方便试验操作,又有利于提高观测精度.本研究中径 流桶采用塑料桶改制.在塑料桶内壁的竖直方向固 定有两根刻度尺,这两根刻度尺的连线通过桶的中 心,因此无论径流桶是不是平放,两个刻度尺的读数 始终是径流桶水面中心的水位值.但市面上常见的 塑料桶一般口大底小,桶中浑水的体积与水位H 之间的关系需试验率定.率定试验时,将径流桶置于 台秤上,往桶中加入清水,每隔一定的水位测一次桶 中清水的质量,并测出水的温度.式(4)是试验中率 定的一个径流桶的关系: B:5.49×10+1.10×10一-H一 3.05x10,,R=1.00(4) 式中,H为两个刻度尺水位读数的平均值(em). 式(4)中的二次项系数反映了径流桶截面积由下 至上逐步增大的情况.由式(4)可以看出,水位越高,水 的体积增大越快,这与广口径流桶实际的容积与水位 之间的关系相符.准确的径流桶容积一水位关系,对于 精确量测模型试验中的产流,产沙体积,尤其是对于试 验雨强的精确率定,具有重要意义. 2降雨模拟设备的研制与率定 本研究的降雨模拟除了满足与天然降雨的基本 特征相似以外,还要求有效降雨面积比较大,能满足 试验场地一定高差的要求,制造和操作都比较方便 易行.根据清华大学黄河研究中心现有的技术设备 及试验场地要求,在1#试验场采用SX2004旋转喷 射式降雨模拟试验系统,该降雨系统由10个降雨模 拟单元组成,有效降雨面积l0.8m×6m,下垫面地 形最大高差约2.9m;在2#试验场采用SX2002管 网式降雨模拟试验系统,有效降雨面积3.5mx2.5 m,下垫面地形最大高差约0.7m. 2.1SX2002管网式降雨模拟系统 管网式降雨模拟器就是在平行的细管上钻一些 小孔,水从孔中喷出,以雨滴形式落人到地面.前苏 联的布雷京曾设计了一种用细喷孔群代替喷嘴的装 置来研究土壤中的径流.但当时研制的这种降雨 器降雨面积较小,降雨高度也没有达到雨滴终速的 要求.中国科学院地理科学与资源研究所水文室也 曾研制出一种小型的管网式人工降雨器,可在1m 的面积上进行人渗试验. 黄土高原的土壤侵蚀主要是由几次特大暴雨所 引起,往往一次特大暴雨的侵蚀量占年侵蚀总量的 60%以上,甚至超过90%.我们的降雨模拟系统主 要是针对这些大暴雨并观测所引起的侵蚀过程的, 因此所产生的模拟降雨应有较大的雨强.试验中的 有效降雨均匀度达到了80%以上,雨滴粒径在3mm 以内,降雨高度3.5m,雨强的大小可根据试验的要 求在1.0,4.0ram/rain之间任选,且降雨稳定,易于 控制. 图2是位于清华大学黄河研究中心李各庄基地 2#试验场的SX2002管网下喷式降雨模拟系统示意 图.该系统由降雨器(7),支架(8)以及供水系统3部 分组成,支架由角钢和槽钢焊制,高4.0m.PVC管 制成的降雨模拟器放置于支架的顶部,喷孔直径1 mm,相邻喷孔间距10cm.该降雨系统由潜水泵(2) 供水.为保证供水压力的稳定:潜水泵的电源经过稳 压器以防电流波动;水源不断向稳压水池(1)供水, 第5期徐向舟等:室内人工模拟降雨试验研究 1稳压水池2潜水泉3分流霄4阀f】5压力表 6供水管7降雨器8支架9挡雨蓬10拉绳 11下垫面模型12排水孔13径流桶14尾管15堵头 图2SX2002管网式降雨模拟试验系统 styledrainfallsimulator FIGURE2SX2002net— 以保持水面稳定.雨强值通过压力表(5)监测.调节 分流管上的控水阀门(4),可以改变雨强的大小. 为了避免降雨稳定前雨水对水土流失量的影 响,可用帆布挡雨蓬(9)将初始降雨挡住,等降雨稳 定后将挡雨蓬收拢;降雨试验结束时,迅速拉开挡雨 蓬,挡住雨水,然后关闭电闸,以避免降雨器内残余 水流对水土流失的影响.为防止喷孔被杂质堵塞影 响降雨的均匀性,每次降雨试验前先排放尾管(14) 内含杂质的积水;然后将降雨器内的水压调到较大 值,把积存在降雨器内的杂质冲出. 2.2SX2004喷射式降雨模拟系统 旋转喷射式喷头是一种下喷式喷头,其喷水原 理是:具有一定压力的水流进入喷头之后,推动喷头 内部一个螺旋形的叶片转动,最后以一定的角度自 喷嘴喷出,散成雨滴下降.喷嘴口径不同,其降雨强 度也不同,一般喷嘴直径越大降雨强度也越大.多个 旋转喷射式降雨模拟器组合,可以形成很大面积雨 场的模拟降雨.中国科学院西北水土保持研究所? 和河海大学"的降雨模拟实验大厅都采用了这种 形式的喷头.SX2004旋转喷射式降雨模拟系统由喷 头和供水系统组成.本研究从中科院地理所引进旋 转喷射式喷头,经改进后建成多喷头组合式降雨模 拟系统,装备于清华大学黄河研究中心1#试验场 地.该降雨系统由l0个独立的降雨单元组成,每个 降雨单元的雨幕覆盖范围是直径大约为5m的圆 面. 图3是其中的一个降雨模拟单元,稳压水源从 供水钢管(4)输入到降雨器中,该钢管既可以为降雨 器喷头提供水源,又起到支架的作用.旋转喷射式喷 头(1)位于支架的顶部,喷口向下,距下垫面大约7 m左右.本研究中各降雨单元的入口流量可以通过 阀门(6)控制,流量的大小可以通过压力表(5)监测. 尽管各降雨器单元的入口水压不等,但由于控水阀 门的调节作用,可以使各降雨喷头的供水压力一致, 以保证降雨的均匀性.降雨器单元可以随意移动,通 过锚杆(8)固定,可以将降雨器安放在模型试验所需 的任意位置. jQ1竖 |J 1降雨喷头2拉索3角钢支架4供水管 5压力表6控水阀门7底座8锚杆 图3旋转喷射式降雨模拟器 FIGURE3Sprayer—styledrainfallsimulator 降雨模拟试验前,必须对雨滴粒径,均匀度,雨 强等指标进行率定,达到试验的有关要求方可正式 开始试验. 2.3两种降雨模拟系统的试验率定 2.3.1雨滴粒径随雨强的变化 本试验中采用滤纸色斑法率定不同雨强下相应 的雨滴粒径.试验中通过控制分流管上阀门的开度 以调整雨强的大小.待降雨稳定后,用接流法率定出 雨强值,然后进入雨幕中获取雨样.每种雨强条件下 获取的有效滤纸色斑图案不少于3张.试验表明:? 对于SX2002管网式降雨模拟器,在雨强较小时,随 着雨强的增大,雨滴的粒径明显变小;当雨强大于 1.2mm/min以后,雨滴粒径的大小基本趋于稳定, 其最大粒径范围在2,3mm之间,中值粒径范围在 1.2,2.0mm之问,图4(a)显示了该降雨器在各种 雨强条件下相应雨滴的中值粒径与最大粒径;?对 于SX2004喷射式降雨模拟器,在本试验雨强范围内 (1.0,1.4mm/min),雨滴粒径的大小基本趋于稳 定,其最大粒径范围在2.0,2.5mm之间,中值粒径 范围在1.0,1.5mm之问,如图4(b)所示,图中雨 强1.37mrrdmin对应的雨滴粒径偏大,可能与率定 56北京林业大学第28卷 试验时操作人员所处的雨区位置有关,试验中并没 有发现这一组雨强对应的雨滴粒径有异常的地方. 60 g5.0 4.0 3.0 {霉 窿2.0 1.0 l {霉 键 0l2345 雨强//(ram?mill-1 (a)SX2002管网式降雨模拟器 雨强//(mm?mJn-1 (b)SX2004喷射式降雨模拟器 图4特征雨滴粒径随雨强的变化 FIGURE4Relationshipbetweenraindropdiameter andrainfallintensity 2.3.2降雨均匀度和降雨强度率定 降雨的均匀性可以通过降雨量等值线分布图或 者均匀度来表示: =1一 ?【H一H(5) n 式中,为同一时段降雨面上的平均降雨量,用算术 平均值计算;H为同一时段降雨面上的测点雨量;n 为降雨面上的雨量测点总数. 在降雨场内均匀布置若干个接雨简,称出各接 雨简在相同时间内接得的雨水重量,然后根据式(5) 计算出均匀度.两种降雨器在各种雨强条件下对 应的均匀度如图5所示.由图5可以看出,对于 SX2002管网式降雨模拟器,当雨强大于1.2mm/min 时,降雨的均匀度均超过80%;对于SX2004喷射式 降雨模拟器,在本试验雨强范围内(1.0, 1.4mm/min),其均匀度基本在80%左右.随着雨强 的增大,两种降雨器的均匀度都略有提高. 降雨强度的大小对模型产沙量的影响很大,试 验中电压波动,风力影响,个别喷孔出水不畅等因素 都可能造成雨强的波动.为了精确率定某一下垫面 条件下流域出口产沙量与降雨强度之间的关系,在 进行本研究的所有降雨模拟试验前,都必须率定雨 强.本试验中采用接流法率定降雨强度.单位时间内 流域的降雨量与时间的相关程度反映了降雨系统的 稳定性,如果率定的降雨稳定,则立即开始与该雨强 对应的降雨侵蚀模型试验;否则检查原因,排除使雨 强不稳定的因素,重新率定降雨强度. 薹 露 露 雨强//(ram?min-) (a)SX2002管网式降雨模拟器 雨强//(ram?fllin-) (b)SX2004喷射式降雨模拟器 图5降雨均匀度分布图 FIGURE5Distributionofrainfalluniformitv 2.3.3雨滴击溅速度及降雨动能的推算 对于SX2004喷射式降雨模拟器,由于降雨喷头 离地面接近7m,且雨滴以一定的初速下喷(供水管 的压力表读数在13—16m水头之间),因此可以认 为各种粒径的雨滴对下垫面的击溅速度基本达到了 相应的雨滴终速.早期Laws对雨滴终速的观测成 果现在仍为业内广泛认可.根据Laws的成果进行数 据回归分析,可以得到雨滴终速与雨滴粒径之间的 关系: = 3.81lnD+3.67(6) 式中,V为雨滴终速(m/s),D为相应的雨滴粒径 (mm).要使95%的雨滴达到其相应的终点速度,最 小的降落高度达到7,8m即可. 对于SX2002管网式降雨模拟器,由于降雨高度 和供水压力都比较小,其雨滴对地面的击溅速度可 以根据相应的雨滴击溅速度公式进行计算.Park 等和吴长文等根据雨滴在空气中下落的受力 分析,推导出雨滴以初速为(m/s),从有限降落高 度H(ITI)下落时,对下垫面的击溅速度(m/s): [一唧(一2gH/I'-~T)]了(7) 对于管网式降雨器内的水体,满足水流的连续 性方程.由于降雨分布均匀,各喷孑L的出流量基本一 致,所以管网式降雨器各喷孔的水流喷出速度,即式 (7)中雨滴的初始降落速度可用如下公式计算: 若() 第5期徐向舟等:室内入工模拟降雨试验研究 式中,,为雨强(mm/min),A为降雨区水平投影面积 (m),4为单个喷孔面积(m),?为喷孔总数.由于 昕有雨滴样本的粒径大小已经采用色斑法测出,雨 强,,降雨区水平投影面积A,单个喷孔的面积A, 喷孔总数?均为已知.计算结果表明,对于SX2002 管网式降雨模拟器,当雨强,超过1.76mm/min时, 对于粒径不小于中值粒径的雨滴,其击溅速度都达 到了雨滴终速的95%以上. 知道了所有雨滴样本对应的击溅速度以后,很 容易就可以计算出各单个雨滴的降雨动能e: e= l m 2 = l Po2(9) 式中,b为单个雨滴的体积(m),可以根据雨滴的粒 径求得;p为水的密度(kg/m);e为单个雨滴降雨动 能(J). 由于降雨稳定,且每次都是随机取样,所以可以 认为次降雨的能量是多组样本降雨能量的组合.则 单位时间内单位面积的降雨动能e(J/m?S)为: ?:6104竽(1oei)e=—————一/>』=×l— 式中,,为雨强(mm/min),E为本组雨滴样本的总能 量(J),B为本组雨滴样本的总体积(m). 图6(a)显示了SX2002管网式降雨模拟器降雨 动能随雨强的变化规律.从图6(a)中可以看出,在 图示的雨强范围内,降雨动能与降雨强度有良好的 线性关系.通过控制雨强,可以实现动能的相似. ? H 暑 邑 疆 督 ? ' 暑 ' 疆 督 雨强//(ram?min1 (a)SX2002管网式降雨模拟器 雨强//(ram?min, Co)SX2004喷射式降雨模拟器 图6平均降雨动能分布图 FIGURE6Relationshipbetweentheaveragekinetic energy'andrainfallintensit? 图6(b)显示的是SX2004喷射式降雨模拟器的 降雨动能随雨强变化的分布图.图6(b)中的降雨动 能与降雨强度也呈线性关系,但其相关性不如管网 式降雨模拟器.这主要是因为喷射式降雨器的降雨 均匀性较差,试验人员在操作过程中,难以像在管网 式降雨模拟系统中那么容易取得代表性的雨滴.事 实上,如前所述,在SX2004喷射式降雨系统中,雨滴 大小和分布基本不随雨强变化,而昕有雨滴的击溅 速度都已经达到了雨滴终速;雨滴终速只与雨滴粒 径有关(见公式(6)),因此雨强越大,对应的单位时 间内单位面积雨场的降雨动能也应该越大,即通过 雨强的调节可以控制降雨动能的大小. 2.3.4两种降雨器的操作性能比较 管网式降雨器与旋转喷头式降雨器相比,其均 匀性优于后者.这两种降雨器降雨均匀度的实测对 比率定试验表明:较之喷射式降雨器,管网式降雨器 的降雨范围和均匀度受供水压力影响较小,雨强的 可调范围也较大.当然喷射式降雨器也有比管网式 优越的地方,如喷射式降雨器由许多独立的降雨单 元组成,组装灵活,能够很好地克服下垫面地势高差 大,模拟降雨范围广带来的困难.喷射式降雨器的雨 滴分布在一定范围内是随机的,而SX2002管网式降 雨模拟器的雨线分布几乎是固定不动的. 如果在管网式降雨模拟系统中加入摆动装置, 可以克服雨线固定的缺点. 3结论 1)由天然降雨的特性可知,在降雨模拟试验中, 根据雨滴个体对下垫面的动力作用来模拟降雨侵蚀 的效果是不现实的.所以在实际操作过程中,几乎不 可能按照天然降雨雨强与雨滴粒径的关系来产生相 应大小的雨滴.单位降雨面积上总的降雨动能是模 拟降雨侵蚀的最好参量,如果通过调整某些降雨参 数,就能达到控制降雨动能的目的,那么就可以比较 方便地进行人工降雨的模拟试验. 2)在试验允许的雨强范围内,SX2002管网式降 雨模拟器和SX2004喷射式降雨模拟器的降雨动能 与降雨强度有很好的线性相关关系,因此在降雨模 拟实践中,在降雨高度和雨滴中径基本不变的前提 下,通过雨强的调节来实现降雨能量的相似是可行 的.把雨强作为主要控制参数使降雨模拟在实际操 作中更为方便. 3)管网式降雨器与旋转喷头式降雨器相比,其 均匀性优于后者,其降雨范围和均匀度受供水压力 影响较小,雨强的可调范围也较大.当然喷射式降雨 器也有比管网式优越的地方,比如喷射式降雨器由 许多独立的降雨单元组成,组装灵活,能够很好地克 服下垫面地势高差大,模拟降雨范围广等条件带来 的困难.喷射式降雨器的雨滴分布在一定范围内是 58北京林业大学第28卷 随机的,而SX2002管网式降雨模拟器的雨线分布几 乎是固定不动的. 参考文献 [1]陈文亮,王占礼.人工模拟降雨特性的试验研究[J]水土保 持通报,1991,11(2):55—62 cHENWL,WANGZL.Thetrialresearchonthebehavioursof artificialrainfallbysimulationlJJ.BulletinofSoilandWater Conservation,1991,11(2):55—62. 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