[发明专利]一种能产生多种复杂雨型的人工模拟降雨装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于城市排水技术领域，更具体地说，涉及一种产生芝加哥雨型等较为复杂雨型的人工模拟降雨装置。

背景技术

天然降雨过程通常存在时间上的不确定性以及强度上的不可控性。用人工模拟降雨的方法，可以人为制造一定数量和强度的降雨，缩短实验周期，加快项目研究计划。目前，国家正在试点建设海绵城市，城市地表径流减控与面源污染削减是主要目标之一。掌握地表径流规律和低影响开发设施性能，至关重要也非常迫切。

人工模拟降雨装置被广泛应用于土壤侵蚀等方面的研究。虽然装置种类有很多，但在降雨强度范围和降雨连续性变化方面都有一定的局限性。如，侯立柱等通过调整马氏瓶的高度，可以控制增压柱中动水位的高度，进而控制降雨系统的降雨强度，但实验操作中雨强只能是定值。周跃等通过控制水压和出流孔板的孔径，Roberto Corona等通过改变水箱压力和出口直径，Hafzullah Aksoy等通过改变水压和喷头振荡频率，均可以调节降雨强度，但雨强控制范围相对较小，且雨型较为单一。徐向舟等通过调节分流管上的控水阀门，倪际梁等通过控制输水管道供水压力和改变喷头型号，Sílvia C.P.Carvalho通过改变喷头类型和网格高度及材料均可以改变雨强的大小，但雨强不能发生连续变化。还有一些装置，虽然能同时实现强度变化和降雨连续性，但有的构造复杂，有的设备要求高(实时监测、感应技术)、自动控制编程复杂，有的价格昂贵，同时还受到设备的安装、接线及场地设置等的局限，因此不能广泛应用。

另外，目前关于产生较为复杂的特定雨型(如芝加哥雨型、SCS雨型、Huff雨型、Pilgrim和Cordery雨型等)的人工模拟降雨装置的报道还非常少，虽然张新喜设计了一种滑轮组增幅程控变流量发生器，但其结构构造较为复杂。中国专利申请号为201610498201.8的申请案公开了一种智能化室外人工模拟降雨装置及人工模拟降雨方法，该申请案的降雨装置包括控制端，输水系统，降雨机以及一组布置在降雨机降雨范围内的雨量计，控制端用于设定降雨实验参数并发送控制指令至降雨机、输水系统，同时采集雨量计的数据，输水系统包括水箱，水泵和输水管，输水管的一端连接水泵，另一端连接降雨机，降雨机立方体框架的上端四角安装有降雨喷头，降雨喷头上安装第一信号接收端，雨量计用于将采集的降雨数据传送至控制端。该申请案通过调整水泵的功率和选择相应规格的喷孔，从而能够进行各种雨型的模拟。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明旨在克服现有人工模拟降雨装置存在的上述缺陷，提供了一种能够产生芝加哥雨型等较为复杂雨型的人工模拟降雨装置。本发明通过简单设备和少量自动控制编程实现了对芝加哥雨型等较为复杂雨型降雨过程的人工模拟，且雨强能够进行大范围调节并发生连续变化，从而能够为降雨地表径流过程相关实验和海绵城市低影响开发设施性能降雨实验研究提供支撑。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种能产生多种复杂雨型的人工模拟降雨装置，包括供水系统、流量测量切换系统、喷头系统及流量程序控制系统，其中：所述的供水系统通过流量测量切换系统与喷头系统相连，通过流量程序控制系统与流量测量切换系统的共同作用对供水系统的供水流量进行控制。

更进一步的，所述的供水系统包括供水箱、水泵和输送管路，供水箱通过水泵及输送管路与流量测量切换系统相连。

更进一步的，所述的流量测量切换系统包括供水立管、分流供水管道及合流供水管道，供水立管的一端与供水系统的输送管路相连，其另一端通过相互并联的分流供水管道均与合流供水管道相连，该合流供水管道连接至喷头系统，上述各分流供水管道上均设有分流阀门与流量计；所述的供水立管还通过回流管路与供水箱相连，且回流管路上设有回流阀门。

更进一步的，所述的流量程序控制系统包括变频器、PLC模块、模拟量模块及触摸屏平板电脑，所述变频器的输出端与供水系统的水泵相连，其输入端与PLC模块相连；所述的PLC模块还通过模拟量模块与触摸屏平板电脑相连。

更进一步的，所述的喷头系统包括一端与流量测量切换系统出水管路相连的喷头进水管路，该喷头进水管路的另一端与喷头组相连，该喷头组的喷头为实心锥形喷头，通过喷头系统实现降雨过程的模拟；所述的供水箱上设有刻度尺，所述的流量测量切换系统固定在支架上，支架通过第一圆盘底座进行固定。