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1、人工模拟降雨系统 一.人工模拟降雨系统开发背景：暴雨是指降水强度很大的雨，常在积雨云中形成。中国气象局规定，每小时降雨量16 毫米以上，或连续12小时降雨量30毫米以上，24小时降水量为50毫米或以上的雨，称为 “暴雨”。住房和城乡建设部2011年对全国351座城市的调研表明，2008-2010年的3年间， 全国有62%的城市发生过暴雨内涝，发生3次以上暴雨内涝的城市有137座。城市暴雨内涝 灾害直接影响了城市运行，居民的生活和生产，造成了很大的经济损失，甚至人员伤亡，已 经到了不能不正视，不能不做长远打算，采取减轻对策的时候了。城市暴雨内涝灾害产生原因随着人口的快速增长和快速城镇化，城市暴雨
2、内涝已经成为世界上许多国家和地区面临的共 同问题，对生活生活和经济产生严重的影响，我国城市连遭暴雨袭击，且有越来越频繁和严 重的趋势。通过分析，其产生的原因可归纳如下：1. 气候变化引发的水循环，导致极端气候事件频发。由于城市人口密度增加，产生人为排热， 加上空气污染和热岛效应，又导致水循环的进一步改变，从而引起城市微气候的改变。城区 大量空气污染促使凝结核的增加，致使降雨量增加。城市热岛效应使预城区降雨量减少，城 区降雨量大大增加。这些因素都会造成城市暴雨大大增加。这些因素都会造成城区暴雨更为 频繁，强烈，而且不确定性增加。更难以预测和预报。沿海城市地势平坦，如暴雨时恰逢外 河道发生高水（潮
3、）位时，会影响到城市排水能力，内河水无法外排。同时，为保护汛枪等 设施安全，防止河水蔓延，防汛泵站厅泵，从而造成暴雨积水，特别是遭遇风，暴，潮“三 碰头”时，情势更加严峻。2. 城市发展和建设引发的地面自然滞，降低，很多低洼地段和小型水体，如水塘，水池和水沟被填没，上面盖起了房子，原有的大量透水 地面，如绿地，田园等。变成了用混凝土，砌体或者沥青铺设的，硬质的，不透水地面或者 路面。如北京市不透水地面面积占到总体面积的比重，从1959年的61%，增加到2000年的 77%和2005年的86%，很多城市住宅小区，在整个用地范围里，地下全部用来停车，基地 保水难以保障。城市建成区面积不断扩大，绿地
4、面积则在减少。如北京市2005年建成区面 积为1210平方公里，比1973年增加6.58倍，而1983年到1985年，北京城区的绿地面积 则减少了 16.4%，这样，雨水自然流动模式就会大大改变，从而造成土壤水分蒸发蒸腾损失 总量（即通过蒸发作用，从土地，水体表面以及叶片蒸腾释放到空气中的水分）降低，径 流系数和洪峰流量提供，排水系统内雨水流经时间缩短。从而导致渗透低和洪水风险高。3. 排水管渠等防涝设施的排水能力不足。4. 人为因素因此在野外引入人工模拟降雨系统，通过人工模拟降雨系统的数据及其他信息的研究对 城市规划和设计做出预测信息，人工模拟降雨系统在研究土壤侵蚀过程、水土流失规律及其 水
5、土保持措施和效益等方面，有效地使用人工模拟降雨系统来进行降雨试验，是一种较理想 的降雨方法，它不受时间和空间的限制模拟天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在 短时期内重复试验，缩短试验研究周期。二，人工模拟降雨系统的类型目前各种不同规模的人工模拟降雨系统在许多国家中先后建立起来。除目前广泛应用的美国 普渡大学国家土壤侵蚀实验室基于L. D. Meyer1958.年提出的采用摆动式喷头的人工模拟降 雨系统具有代表性的人工模拟降雨系统可分作如下几种 英国伊利诺斯大学土木工程系的WES人工模拟降雨系统日本科学技术厅国立预灾科学技术中心的人工模拟降雨系统水利部西北水土持保研究所建立土壤侵蚀ZK-3
6、人工模拟降雨系统 三，人工模拟降雨系统的应用人工模拟降雨系统在黄土高原土壤保持实验室中的应用，黄土高原50年来的林草建设收效 甚微的一个重要原因是植被建设违背了自然规律。今后的退耕还林还草过程中的林草建设必 须坚持在气候生物带规律指导下的“适地适水”原则。受土壤水分差异性的制约，黄土高原 林草建设植物群种在不同的地带，即使同一个地带的不同地貌部位的适应性和生长量都不相 同。今后半湿润地区的森林覆盖度可达到30%,甚至更高一些;半湿润至半干旱过渡区森林 （乔木林）覆盖度不会超过20%,半干旱地区就更低了。与此相关的生态和经济效益，半湿润地 区不仅有明显的生态效益,还有一定的经济效益。此带北部的黄
7、土高原的林草建设也将会有 明显的生态效益,但除经济林和人工草地外的林草的经济效益不要寄予过高的希望。人工模拟降雨系统能完成模拟不同参数的降雨、不同地表覆盖、不同地下管网分布人工模拟 降雨的实验适合做水土流失实验及渗透、土壤水分运移、植物生态、土木工程等领域相关科 研实验工作四，人工模拟降雨系统的特点1、人工模拟降雨系统实验抗风能力强：由于采用带压力垂直下喷式模拟降雨，与低能量较 大，既有较强的抗风能力，又可接近自然降雨能量。（一般人工模拟降雨系统刮风对降雨均 匀大影响极大，甚至模拟降雨失败）2、人工模拟降雨系统便携性好，适合野外移动降雨：该设备采用个功能完备的小模块，通 过快速连接部件，手工很
8、快即可装配完成，野外试验很好携带，适应各种野外不同地形条件： 人工模拟降雨系统动力系统，人工模拟降雨系统硬件系统，人工模拟降雨系统软件系统。3、人工模拟降雨系统先进：该人工模拟降雨系统首先采用自动测控系统在人工模拟降雨系 统上，可现场实时在线显示存储模拟降雨的动态变化及曲线，即对现场降雨测量结果有直接 参考意义，又便于很快调节雨强至实验模拟降雨要求值（如无此功能，降雨前的降雨率定、 调节、验证很费精力，时间）。降雨时间机管路选择可自动进行。五，人工模拟降雨系统技术指标如下：1）、有效降雨面积：4X9m （36）平米2）、降雨高度：2.1m （降雨喷嘴至实验平台高度）3）、雨强连续变化范围：20-150mm/h4）、降雨均匀度系数：大于0.865）、雨滴大小调控范围：1.72.8mm6）、降雨调节精度：7mm/h关键字：人工模拟降雨系统 人工模拟降雨大厅 便携式人工模拟降雨器
