DQSY型模拟降雨装置研制通报

 在分析、借鉴国内外研制经验的基础上,研制单喷头曲面设计、双层喷射变雨强弹簧调节的野外模拟降雨喷头,实现了以单喷头替代多喷头组合式模拟降雨装置,并达到同样模拟降雨效果。由于喷头采用曲面设计,确保喷射水舌有规律地变化;模拟雨滴动能接近于天然降雨动能;模拟降雨过程均匀;喷射面积稳定。实测证明:雨滴中数直径为0.574.26mm,降雨均匀系数≥0.8（±0.05）,降雨面积为150 m2,模拟降雨强度为30～240 mm/h。     

人工模拟降雨装置的设计及其参数率定

[目的]针对水环境领域中地表径流的水质研究所需的降雨特点,设计了一种人工模拟降雨装置。[方法]该模拟降雨装置采用3个规格不同的喷嘴式喷头,利用不同喷头的启闭与组合实现不同雨强的模拟。[结果]经率定,此装置降雨强度可达0.3~2.0mm/min,在此范围内降雨均匀系数均在85%以上,雨滴中数直径的范围为1.09~2.25mm,最大雨滴直径不超过6mm,雨滴终点速度可达到2~2.9mm/s。[结论]该装置模拟降雨与天然降雨的相似程度较高,可用于模拟真实的降雨情况。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

便携式人工模拟降雨装置的设计与率定

用人工模拟降雨研究径流,可以大大缩短试验周期,加速雨水入渗规律和土壤侵蚀规律的研究进程。目前的人工模拟降雨装置普遍存在体积庞大、操作复杂、试验成本高等问题,在现实应用中难以推广。该文针对以上问题设计了一种由喷淋系统和供水系统构成的便携式人工模拟降雨装置。该装置采用单喷头、下喷式模拟降雨结构,通过控制输水管道供水压力和改变喷头型号,实现了不同雨强、不同历时的人工模拟降雨过程。通过降雨特性试验表明,该装置可实现降雨强度为0～140mm/h的模拟降雨,降雨均匀性能保持在80%以上,雨滴直径主要分布在0.1～5.5mm之间,能够满足不同直径的雨滴获得2～2.9m/s的终点速度。试验结果与天然降雨有较高的相似性,可有效实现模拟降雨。     

密云山区林冠层对天然降雨能量影响的初步研究

通过定点长期激光雨滴谱(LNM)观测,对北京密云山区油松林内外降雨动力学特征进行了对比研究。结果表明,林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.55 mm/h)气候条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用。     

陕西杨凌天然降雨雨滴特性研究

天然降雨雨滴特性是土壤侵蚀的动力因子之一,是研究降雨侵蚀力规律的基本依据。运用虹吸式雨量计记录杨凌的天然降雨过程,同时采用滤纸色斑法观测天然降雨雨滴的特征,结合图形处理软件Image-J处理雨滴直径。研究结果表明:该区天然降雨雨滴大小分布符合Best函数式;雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度呈幂函数关系,但关系式中的系数由于雨型的不同和观测范围的限制而存在一定差异。     

密云山区油松人工林内外降雨特性初步研究

采用先进的LNM激光雨滴谱探测仪,连续不问断观测北京密云水库周边山区2006年8月-2007年1月的降水过程;结合以往研究雨滴所采用的方法和成果,从降雨产生能量的机理入手,观测分析了北京密云水库周边人工林林内外降雨雨滴特性和降雨动能的变化.林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.35 mm/h)气象条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用.     

基于雨滴谱的人工降雨系统效能评估

采用德国HSC-OTT Persivel32激光雨滴谱探测仪,结合中国科学院水循环与陆表过程重点实验室的人工降雨系统,从均匀性、雨强、雨滴谱、雨滴终点速度和动能5方面评估人工降雨系统模拟降雨的特征及其与自然降雨的相似性。结果表明:(1)该降雨系统模拟降雨均匀系数为0.83,降雨均匀性较好;当模拟雨强I≤1.0mm/min时降雨可靠性较高,模拟雨强I1.0mm/min时,受降雨系统喷头孔径等因素影响,实际雨强小于设计值,可靠性较低;短历时模拟降雨开始的第1min和结束的最后1min实际雨强远小于设计雨强,数据不可靠;建议开展短历时模拟降雨试验时恰当延长降雨时间,选取其中较可靠的数据以减少试验结果误差。(2)该模拟降雨雨滴直径在0.1~1.9mm之间,平均直径0.9mm,比自然降雨的雨滴直径0.1~6.5mm要小;该模拟降雨的雨谱分布符合自然降雨Best函数分布。(3)直径在0.3~0.7mm范围内的雨滴其终点速度与自然降雨拟合较好,当雨滴直径0.3mm和0.7mm时,雨滴终点速度可靠性较低。(4)该系统模拟降雨的雨滴动能可靠性不高,当雨滴直径≥0.6mm时,该雨滴动能小于自然降雨;当雨滴速度2.0m/s时雨滴动能大于自然降雨。建议通过选择合适的喷嘴内径尺寸和数量组合提高雨滴直径可靠性,从而实现雨强和降雨动能与自然降雨的一致。     

基于粒子成像瞬态测量技术的雨滴微物理特性及降雨动能研究

雨滴微物理特性及降雨动能是揭示降雨物理本质的重要特征量,亦是开展侵蚀定量分析与建立侵蚀量预报模型的基础。采用粒子成像瞬态测量可视化技术观测自然降雨雨滴,结合计算机视觉识别技术解算雨滴微物理特性参数,同时采用虹吸式自记雨量计记录自然降雨降雨强度。研究表明:该次降雨雨滴以中等粒子为主,雨滴直径均值为1.52 mm,降落末速度均值为3.47 m/s,其中直径在1.00~3.00 mm范围内的雨滴占样本总数的87.21%。雨滴直径和降落末速度呈显著的对数关系。基于实测的雨滴微物理特性和降雨强度估算降雨动能,该结果与传统的经验模型估算结果相对误差均值为7.28%。该方法得到的降雨动能较以往的经验模型能更真实的反应雨滴降落过程中的做功大小,为准确计算降雨过程中雨滴所造成的溅蚀量奠定基础。     

沈阳地区天然降雨雨滴特征对坡面产沙量的影响

为了探究沈阳地区天然降雨雨滴特征与产沙量的关系,在天然降雨条件下,使用滤纸色斑法计算雨滴特征,利用野外径流小区（长8 m,宽1 m）采集沙样。运用相关分析法、灰色关联分析法和模糊贴近度分析法分析了降雨强度、雨滴动能、雨滴中值粒径、雨滴终点最大速度和雨滴质量与产沙量的关系。结果表明:经过相关分析和灰色关联分析,影响坡面产沙量的顺序为降雨强度 > 雨滴动能 > 雨滴中值粒径 > 最大雨滴终点速度 > 雨滴质量,模糊贴近度分析表明降雨强度对坡面产沙量的影响最大,降雨动能其次,雨滴质量影响最小。坡面产沙量分别与降雨强度、雨滴中值粒径、雨滴动能呈幂函数关系;天然降雨雨滴中值粒径与降雨强度呈幂函数关系;雨滴中值粒径和雨滴质量是雨滴动能的主要影响因子。     

用日雨量和雨强计算降雨侵蚀力

利用全国8个气象站次降雨和日降雨资料,分析了次、日降雨关系。结果表明,用次降雨资料计算的降雨侵蚀力与用日降雨资料计算的降雨侵蚀力,二者之间不仅高度线性相关,而且是通过原点、斜率接近1的直线,方程的平均决定系数达到0.950,表明可以用日降雨资料计算降雨侵蚀力。由于各地区方程的系数差异不显著,可以在不同气候区采用同一个公式。该方法不仅简化了降雨侵蚀力计算,有助于其推广应用,而且大大促进了气象水文资料在土壤侵蚀定量研究中的应用。     

用日雨量和雨强计算降雨侵蚀力

利用全国 8个气象站次降雨和日降雨资料 ,分析了次、日降雨关系。结果表明 ,用次降雨资料计算的降雨侵蚀力与用日降雨资料计算的降雨侵蚀力 ,二者之间不仅高度线性相关 ,而且是通过原点、斜率接近 1的直线 ,方程的平均决定系数达到 0 .95 0 ,表明可以用日降雨资料计算降雨侵蚀力。由于各地区方程的系数差异不显著 ,可以在不同气候区采用同一个公式。该方法不仅简化了降雨侵蚀力计算 ,有助于其推广应用 ,而且大大促进了气象水文资料在土壤侵蚀定量研究中的应用。     

山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征

为探究山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征,本研究选择裸地坡面径流小区为研究对象,利用小区观测法得到的降雨、径流以及泥沙等资料,通过频率分析法拟定研究区侵蚀性降雨标准,并运用数理统计方法从时间、降雨强度、降雨侵蚀力角度分析侵蚀性降雨分布特征.结果表明:1)该研究区侵蚀性降雨标准为降雨量17.3 mm;2)7月份侵蚀性降雨场次、降雨量、径流量和产沙量占侵蚀性降雨比例为42.31％、45.71％、85.78％和97.97％,其他月份侵蚀性降雨分布较少;3)大雨、暴雨以上侵蚀性降雨,高降雨强度型降雨场次分别占相应雨量等级比例为60％和100％,其产沙量所占比例分别为75.07％、100％;4)降雨侵蚀力＞1000MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨产沙量占侵蚀性降雨比例为95.26％,其径流深是≤1 000 MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨3倍以上.以上研究表明,研究区侵蚀性降雨标准为17.3 mm,其主要分布在中雨以上雨量等级,造成严重土壤侵蚀的侵蚀性降雨多为高降雨强度型降雨或降雨侵蚀力＞1 000 MJ·mm/(h.hm2)的降雨,且其多分布于7月份.本文结果有助于研究区小流域侵蚀性降雨规律分析以及土壤侵蚀规律研究.     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。     

降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响

降雨能够改变土壤水分状况进而促进林木蒸腾,然而场降雨量及其持续时间对林木树干液流及其环境控制机制的影响尚不明确。为此,在华北半干旱半湿润区的北京市顺义区共青林场,选取位于河岸生态系统不受土壤水分胁迫的欧美杨(Populus×euramericana)人工林为研究对象,在2019年和2021年生长季,使用TDP热扩散法测量树干液流,同步监测气象及土壤含水量等环境因子。根据对该区长期(2016—2017年、2019年和2021年)降雨数据统计分析结果,将2次降雨脉冲间隔超22.5 h的事件划分2场独立的降雨事件。按照降雨事件雨量及历时,将其中位数±1.5倍标准误的事件定义为常见事件,而将累积概率大于90%的事件定义为极端事件。结果表明:(1)太阳辐射是唯一显著控制该杨树人工林生长季树干液流的环境因子(偏相关系数r_p=0.539),饱和水汽压差、风速和土壤含水量均与树干液流不相关(p>0.533),降雨事件发生前后这一环境控制特征没有发生变化;(2)雨后树干液流随着场降雨量的增加而降低(R²=0.78,p=0.004),但与降雨事件历时无显著相关关系;(3)树干液流在常见降雨事件和极端事件后,在半小时尺度上随时间变化无显著差异(p≥0.264),但4类降雨事件后主导的环境控制因子却不完全相同,太阳辐射和饱和水汽压差总能显著促进半小时尺度的树干液流(r_p≥0.374),而土壤含水量仅在常见和极端的强降雨历时事件后,显著促进雨后半小时尺度液流(r_p≥0.215)。风速显著抑制常见场降雨量事件后半小时尺度的树干液流(r_p=-0.258),却能显著促进常见和极端场降雨历时事件后半小时尺度的树干液流(r_p≥0.183)。研究成果为进一步深入揭示降雨特征对树干液流及其生物物理控制机制的影响,以及改进气候变化下生态水文过程的模拟与评估提供参考。     

人工模拟降雨试验降雨特性及问题分析

由于试验的需要和人工模拟降雨的优点,越来越多的研究者采用人工模拟降雨。但在大量的试验中,人工模拟降雨试验的降雨特性与天然降雨特性之间联系不够紧密,对应特性之间存在差异。除了人工模拟降雨特性与天然降雨特性的不统一性外,人工模拟降雨试验中还存在一些自然与非自然因素导致的问题,在关注并逐一克服这些问题的同时,将人工模拟降雨和高科技技术,如GPRS等结合起来,应用于更广阔的领域。     

1961-2010年怒江流域降雨时空变化

在全球变暖的背景下,为探讨高原水系水资源的重分配利用,选取怒江流域作为研究对象,研究怒江流域的降雨时空变化。基于怒江流域13个雨量站点中6个站点的50 a降雨数据,采用反距离权重插值法、Kendall非参数检验、线性回归法对流域内年际降雨特征、年内强度特征和极端降雨事件进行了分析。结果表明:怒江流域上游（青藏高原东南区）降雨量小,年内降雨集中性总体趋势减弱;流域中游（青藏高原与云贵高原过渡区）降雨量较为丰富,年内降雨强度趋势上升;流域下游（云南泸水县六库以南区）降雨量最为丰沛,降雨集中性趋势平稳;流域内3片区极端降雨事件均呈上升趋势。综上所述,西藏地区应当注意保水、节水,西藏云南交界过渡区注意预防水土流失与水土综合治理,流域内云南剩余地区应当注意防洪与泥石流治理。     

Veejet80150喷头特性及其在降雨机中的应用

由于人工模拟降雨可以解决天然降雨耗时长、成本高以及难以取得精准控制数据等问题,越来越多的学者使用该方法进行科学研究。通过降雨量测量和计算分析方法,测定了Veejet80150喷头降雨特征参数,评价了改进后槽式下喷模拟降雨机的降雨均匀性。结果表明:Veejet80150喷头降雨面积为矩形,且随喷头高度增加而增加,中心点降雨强度随高度增加而减小,并从中心点向外呈规律性减小,便于多喷头组合,获得空间均匀降雨。多喷头组合降雨时,2.5 m高度下的降雨均匀系数在0.88~0.90范围内;4 m高度下的降雨均匀系数在0.94~0.95范围内,该降雨机均匀性好,喷头高度大于2.5 m时可满足试验要求。     

鄱阳湖流域日降雨的侵蚀性雨量标准研究

确定日降雨的侵蚀性雨量标准是提高基于日降雨数据的降雨侵蚀力模型计算精度的重要前提.利用鄱阳湖流域降雨数据,采用最小偏差法,确定该流域日降雨的侵蚀力雨量标准.结果表明:(1)鄱阳湖流域次降雨的侵蚀性雨量标准为14.0 mm,降雨侵蚀力偏差系数为1.8％,土壤侵蚀损失率2.8％,降雨场次错选度为14.9％.(2)流域内各站...     

伊朗西北部半干旱农田径流模型的建立

Transformation of rainfall into runoff over an area is a very complex process which exhibits both temporal and spatial variability;runoff in a defined area can be affected by factors such as topography, vegetation, rainfall characteristics and soil properties. This study was conducted to develop an empirical model using the rainfall characteristics and soil properties for predicting runoff from dry-farming lands in a semi-arid agricultural area in Hashtroud, Northwest Iran. Runoff plots(1.83 m × 22.1 m) in triplicate were installed in thirty-six sloped dry-farming lands in the study area. Runoff under natural rainfalls was measured in each plot during a2-year period. The results showed that runoff for 41 runoff-producing rainstorm events with duration longer than 30 min was largely associated with a rainfall index obtained by multiplying the positive square root of rainfall depth(h0.5) by the logarithm of the maximum 30-minute intensity(LogI30)(R2= 0.81). Runoff significantly varied among the plots(P 0.001), which was considerably related to the effective soil properties(R2= 0.74), i.e., soil permeability(Per) and aggregate stability(AS). A multiple linear regression model was developed between runoff and the rainfall index(h0.5logI30) and the effective soil properties(AS and Per). Evaluation of the model using 34 runoff-producing rainstorm events that occurred during the next two years resulted in high values of the efficiency coefficient and R2(0.88 and 0.91, respectively), which revealed that the model developed in this study could be used in predicting runoff from the dry-farming lands in the semi-arid regions.