人工模拟降雨器在某科研院生态修复试验应用

河流是水循环中重要的一环,被誉为大地的血脉。传统的水利工程为我国国民经济的发展发挥了举足轻重的作用，但随着我国经济实力、人们环境保护意识的不断提高和科学技术的进步，从生态、环境保护等多维的角度系统的研究和整治河流，已经成为水利工作者必须面对的重要课题。
我国传统水利工程技术的是工程结构的安全性及耐久性,材料主要是混凝土或浆砌石，没有考虑人工构造物对生物及其生态环境的影响，由此产生的结果是河流廊道的作用越来越小、水质恶化、生境的丧失或被阻断、物种减少等生态系统的退化。
近年来,我国对自然河岸带植被结构和功能以及管理的生态学研究非常关注，正在努力探索修复受损河流生态系统的新理论和技术手段。北京、上海等少数大城市已经着手对城市河流的生态环境进行较大规模的整治，在我国河流整治中存在的主要问题是河道的直线化或渠道化以及河岸的混凝土化,这必然导致鱼类等水生生物栖息、产卵的河道浅滩和深潭结构丧失。同时河床、河岸的表面积减少,导致产生利于水质净化能力的微小动物及微生物难以生存,从而带来了一系列生态学问题。
植物群落稳定性取决于空间结构的多样性、总生物量、恢复和再生能力以及抗干扰水平。应合理利用乔木、灌木、地被及草坪等多层的垂直配置,提高绿量及群落稳定性。 绿地建设应从绿地垂直结构及水平结构,充分考虑光合效率及种间生态协调,提倡阳性与阴性、深根与浅根、落叶与常绿、针叶与阔叶等园林植物混交,形成稳定、多层、混合及错落有致的生态植物群落。主要技术包括植物筛选、混交类型、混交方法、混交比例及配置方式。同时,要突出本地特色,加强乡土树种利用,做好园林植物引种,重视生物多样性保护和建设,建立绿色生态网络,全面提高水利工程系统周边地区的景观稳定性和生态效益。
人工模拟降雨器由三大部分组成分为：动力设备、人工降雨管路、人工降雨自控制系统三大部分组成，建成后不但能完成模拟不同时间及降雨强度、不同地表覆盖、不同地下管网分布等条件下降雨积水模拟的实验，也可做材料渗透、土壤水分运移、植物生态、土木工程等领域相关科研实验工作。

人工降雨模拟器原理
水源经泵加压，进入上水管路，顶部管路连接降雨喷头组，根据雨量大小选择合适的降雨喷头，垂直喷洒，模拟降雨过程。雨量计经过翻斗的翻动发送开关信号，控制中心接收信号计算雨强，并调节泵动力输出与管道压力，使降雨强度达到要求。
雨量传感器是人工模拟降雨器中的部件。雨量传感器主要由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗和干簧管等组成。承水器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当降水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水量从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的大降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差，当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描。干簧管因磁化而瞬间闭合。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号。
人工模拟降雨器管路采用工业不锈钢管材，顶部降雨管路采用食品级不锈钢管材，强度高、无锈蚀，不会造成降雨喷嘴因锈蚀而堵塞情况。
人工模拟降雨器模拟降雨喷头，系统采用美国斯普瑞SPAYING SYSTEMS公司生产的旋转下喷式喷头。根据降雨强度及雨滴大小的要求，选用四种规格的雨滴模拟喷头，一个降雨喷头组既能实现较大的雨强变化，又可模拟仿真多种具有代表形式的雨滴效果,从而形成从小到大的雨强(近似模仿 “小雨”、“中雨”“大雨”)并连续可调，使降雨重现“天然降雨”。
人工模拟降雨器控制系统通过雨量计装置和附属数据采集器组成，可实时采集雨强、压力、流量等数据，既能显示模拟降雨的动态变化及曲线，又便于很快调节雨强至实验模拟降雨要求值，对现场降雨测量结果有直接评价意义。

人工降雨模拟器技术指标如下：
1) 有效降雨面积：12×16m（192）平米
2) 降雨高度：6m（楼层高7米）
3) 雨强连续变化范围：20-250mm/h
4) 降雨均匀度系数： 大于0.86
5) 雨滴大小调控范围：1.7-2.8mm
6) 降雨调节：7mm/h
7) 雨量监测分辨率：0.1mm/min
8) 雨强变化调节响应时间：1t(t为雨量计采样周期)
9) 柜式控制台，液晶显示数据及雨强值和雨强曲线
10)    降雨采样间隔：10~9999秒，可调
11)    主控制器工作电压：AC220V   50Hz
12)    显示屏工作电压：DC24V
13)    信号采集器工作电压：DC24
14)    工作环境温度 0~+60℃
15)    工作环境湿度：≤95%RH(+40℃)
16)    雨量计承雨口内径：Φ200±0.6mm

人工降雨模拟器功能特点
显示：7英寸触摸屏
模式：手动、自动，任意切换
设置：雨强、时间等
显示：实时雨强、实验时间、倒计时、总降雨量、平均降雨强度等，过程参数显示，管道的压力及降雨区阀门的开度等。
通信方式：RS232/RS485
数据采集显示：可以采集显示控制器的所有参数及设置数据；
数据存储：数据库，保存实验过程中的全部数据，无数据量限值，采集频率可设定；
实时曲线：实验进行中可以随时查看数据曲线；
历史曲线：可以查看历史数据，曲线显示或打印；完成控制器不能完成的曲线控制：可以设定任意降雨曲线，系统自动按照设定参数运行；

人工降雨模拟器技术指标如下：
1) 有效降雨面积：12×16m（192）平米
2) 降雨高度：6m（楼层高7米）
3) 雨强连续变化范围：20-250mm/h
4) 降雨均匀度系数： 大于0.86
5) 雨滴大小调控范围：1.7-2.8mm
6) 降雨调节：7mm/h
7) 雨量监测分辨率：0.1mm/min
8) 雨强变化调节响应时间：1t(t为雨量计采样周期)
9) 柜式控制台，液晶显示数据及雨强值和雨强曲线
10)    降雨采样间隔：10~9999秒，可调
11)    主控制器工作电压：AC220V   50Hz
12)    显示屏工作电压：DC24V
13)    信号采集器工作电压：DC24
14)    工作环境温度 0~+60℃
15)    工作环境湿度：≤95%RH(+40℃)
16)    雨量计承雨口内径：Φ200±0.6mm

关键词：人工降雨模拟器