人工模拟降雨特性的试验研究

本文对降雨的特性,降雨量、降雨强度;降雨分布的均匀性;雨滴直径大小和分配;雨滴终点速度等方面进行了试验研究,并根据国内外学者的研究成果与笔者的工作,提出了一些有代表性的测定方法和计算方法。     

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。     

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。     

小流域径流调控模型降雨特性模拟研究

基于小流域模型降雨试验研究中存在的不足,在模型模拟试验的基础上,将计算机矢量化软件和色斑法相结合,分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数,得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型雨强在0.114~1.33 mm/min之间各场降雨雨滴中数直径为1.122 7~2.139 4 mm,模型降雨总动能为188.74~3 980.03 J/mm。     

工程弃土土壤侵蚀人工模拟降雨试验研究

在测定弃土粒径组成及含水量的基础上,用14．10 Pocket Vane Tester型三头抗剪仪对试验区土壤抗剪强度进行了测定;用人工模拟降雨的方法,对原地貌、新近堆土和堆积1年的弃土做了土壤侵蚀特征研究。结果表明：①有植被保护的原地貌产流时间滞后于弃土近1h,弃土产沙量达到0．927kg,是原地貌的2．06倍。②在场降雨过程中,弃土产流量是原地貌产流量的1．21倍,径流系数分别为：原地貌0．12,弃土0．62;弃土产沙远远多于原地貌,初始合沙量：原地貌〈弃土,分别为24kg／m^3,145kg／m^3,并且随着产流量的增加而增加。③随着弃土堆积时间的加长,抗剪强度不断增大,弃土细粒含量降低,含水量反而增大。     

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。     

槽式人工模拟降雨机的工作原理与特性

利用人工模拟降雨，可以进行各种下垫面条件下土壤侵蚀与水土保持实验研究，大大缩短了试验研究周期，已成为室内与野外试验的重要技术手段，是获取土壤侵蚀、水土保持效益、土壤侵蚀模型等相关研究数据的有效途径。在详细论述人工模拟降雨机的基本要求和类型的基础上，重点论述了槽式人工模拟降雨机的结构、工作原理及其优缺点，旨在促进我国人工模拟降雨机研制的步伐，为土壤侵蚀与水土保持相关实验研究提供参考。     

人工模拟降雨法在隧道弃渣坡面水土流失规律研究中的应用

采用人工模拟降雨方法,配套使用激光雨滴谱仪,研究了隧道弃渣的坡面侵蚀特征及变化趋势。试验结果表明:降雨前期,渣体渗透性能较好,水分大量渗入渣体,待降雨强度大于入渗能力时,径流才开始产生;样品A(黄绵沙)开始产流的时间为11 min,样品B(红黏土)开始产流的时间为4 min,样品A的入渗性能明显高于样品B;以样品A为供试材料的坡面上有较多的侵蚀沟,但长度都较短,以细沟侵蚀为主,而以样品B为供试材料的坡面上侵蚀沟较少,但是分布相对集中,且以面蚀为主。     

摄影法在人工降雨装置水滴终点速度中的应用研究

结合实例详细介绍了摄影法在测定人工降雨装置水滴降落终点速度的应用。试验结果表明:在不同雨强下相同粒径的水滴降落速度相同,与理论值之间的差别介于0.01~0.05 m/s,其原因主要是由于测量时有部分水滴的位置并不是打击地面时的位置。通过分析软件SPSS对雨强与平均终点速度的相关性分析,得出雨强与平均终点速度无相关性。试验认为该方法用于测定水滴降落终点速度可行,其方法简单、易操作,为以后从事此方面研究的工作人员提供了科学依据。     

卧龙地区针叶林及亚高山灌丛对降雨的雨滴谱及能量的影响

在运用色斑法研究岷江冷杉及川滇高山栎灌丛林下的雨滴滴谱及降雨动能的基础上,探讨了上述两个生态系统林冠雨谱特征及降雨动能削减特征,比较了3种雨滴终速计算方法的适用性。结果表明:两种生态系统树冠层对降雨动能的改变作用有一定差异,灌丛林下的降雨动能一般小于林外降雨动能,而且雨强增大时灌从对动能的削减作用更加明显一些;但针叶林下的降雨动能却显著高于林外降雨动能,雨强增大时林下的降雨动能比有下降的趋势。在计算雨滴终速时,比较好的计算方法为Beard经验公式法,沙玉清公式(及修正的牛顿公式)法。     

基于人工模拟降雨的垂直侵蚀研究

凭借人工模拟降雨装置,对大红山工矿区弃石场的土壤与沙砾间的横向与纵向的垂直侵蚀状况比较,分析了影响垂直侵蚀的主要因素.结果表明:(1)垂直侵蚀物质输移量随深度的增加而减少,随降雨强度的增加而增加;(2)加剧垂直侵蚀的主要土壤物理性质是降雨强度、降雨量和土壤渗透性;(3)抑制垂直侵蚀的主要土壤物理性质是土壤容重、土壤初始含水量;(4)土壤化学性质对垂直侵蚀的影响主要通过土壤物理性质表现出来.     

人工模拟降雨装置在水土保持方面的应用

利用人工模拟降雨装置进行室内与野外试验已成为水土保持研究的一个重要手段。用人工模拟降雨方法可以加速土壤侵蚀、降雨产流及入渗等试验,避免自然因素的影响,在既定时间内迅速获得试验所需数据,顺利完成计划试验。主要介绍了我国人工模拟降雨装置在水土保持方面应用的研究近况、模拟降雨装置的主要设计技术参数,以及本实验室于2003年研制成功的Kust03-1型人工模拟降雨装置在云南山地的应用。     

模拟降雨下不同坡度土壤坡面产流产沙特征及磷和钾素流失研究

采用室内模拟降雨研究了不同坡度对土壤坡面产流产沙特征及其养分流失的影响。结果表明:在降雨条件下,初始产流时间随坡度的增加而趋于提前,初始产流时间变化范围为0.63~1.62 min,说明坡面产流时间因坡面坡度的增加而缩短。不同坡度条件下径流强度随降雨历时的增加而增加,在降雨历时前20 min,径流强度急剧增加,降雨历时20 min以后,径流强度增加趋势趋于平稳,径流强度遵循幂函数变化规律;不同坡度条件下入渗强度随降雨历时的增加而降低,在降雨历时前20 min,入渗强度急剧降低,降雨历时20 min以后,入渗强度降低趋势趋于平稳,坡面入渗强度随时间则呈对数函数变化。不同坡度下径流量均随降雨历时呈“增加—稳定”趋势（单峰曲线,抛物线规律）,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,在0~20 min内,径流量随降雨历时的增加陡然上升趋势,20~40 min,不同坡度条件下土壤泥沙侵蚀量均达到最大值,40 min以后泥沙侵蚀量随降雨历时的增加呈现基本平稳趋势,泥沙侵蚀量中DP,K⁺,SEP和SEK均随着坡度的增加而增加。不同坡度条件下,泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量均存在不同程度的正相关关系,其中坡面坡度为20°,25°和30°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于其他坡度,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各种类养分含量的增加效应,而随着坡度的增加,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量并非均显示出更进一步的相关性。     

黄土高原南部降雨侵蚀力试验研究

基于Wischimeier关于降雨侵蚀力R=EI30的经典算法,以黄土高原南部杨凌天然降雨为研究对象,较详细地分析了一次降雨过程雨滴大小分布;拟合了雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度的关系;分别以EI10、EI30、EI60为降雨侵蚀力R指标,计算了该地区6-9月降雨侵蚀力大小,研究分析了降雨侵蚀力与降雨量之间的关系。得出以下结论:雨滴大小分布满足Best提出的分布式;雨滴中数直径反映次降雨过程中雨滴大小的总体趋势,与降雨强度关系密切,其关系式可表示为D50=2.25I0.21;降雨动能由降落雨滴从高空下落而具有的能量,以及与雨滴直径和下落速度有直接关系,得出降雨动能与降雨强度的关系式为E=26.57I0.28;杨凌区降雨量多集中于6-10月,月降雨侵蚀力分布随着月降雨量变化而变化;3种R指标计算的降雨侵蚀力值,EI10>EI30>EI60,且3种指标计算结果与CREAMS月雨量经验模型的相对偏差中,EI10与其相对偏差最小,但波动幅度较大,EI30与其相对偏差居中,但相对较稳定,分析得出EI10更适用于短阵型降雨,EI30适用于普通型降雨。基于上述理论,本研究旨在为今后建立黄土高原南部地区降雨侵蚀力简易计算模型提供理论依据。