[发明专利]一种分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置及实验方法，属于人工模拟降雨的室内实验技术领域。该装置的模型集水系统内铺洒试验用的颗粒物；模型集水系统的部分区域覆盖雨滴动能消除系统；所述的人工降雨系统位于模型集水系统的上方向覆盖雨滴动能消除系统区域及未覆盖雨滴动能消除系统区域的模型集水系统喷洒。本发明采用的分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置，所用器材均容易得到并进行组装，同时仅需要将颗粒物均匀撒好后搭建动能消除系统后开启开关进行试验，具有成本较低，易于操作的优点。

技术领域

本发明涉及一种分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置及实验方法，属于人工模拟降雨的室内实验技术领域。

技术背景

随着城市化进程的发展，原有软透水性下垫面逐渐被不透水硬化地面所替代，城市路面累积的众多污染物在降雨径流的作用下直接或间接传输进入受纳水体（如河流、湖泊、水库等），造成受纳水体污染。据统计，我国90%以上城市水体污染较为严重，而城市雨水径流污染是造成水体水质恶化和生态功能退化的重要原因之一。城市雨水径流污染因其具有随机性强、冲击负荷大、源头监测难等特点而备受人们关注。

颗粒物是城市路面雨水径流中最重要的污染载体，其他污染物主要吸附在颗粒物表面。城市路面颗粒物输移过程主要受径流剪切和雨滴击溅共同驱动作用的影响，目前国内外研究未能辨识两种驱动力作用下颗粒物传输规律。因此，探究径流剪切和雨滴击溅对城市路面颗粒物传输过程的影响规律是明晰颗粒物输移过程的关键问题。揭示径流剪切和雨滴击溅驱动下颗粒物传输过程，阐明颗粒物传输对径流剪切和雨滴击溅的响应机理，将丰富和完善坡面流物质输移理论，为城市雨水径流污染控制和管理提供科学依据与技术支撑。

传统人工模拟降雨实验，只能监测径流剪切和雨滴击溅两种驱动力共同作用下的颗粒物传输过程。无法分离径流剪切和雨滴击溅两种驱动作用，导致颗粒物传输机理难以明晰。因此，亟需发明一种装置来解决分离径流剪切和雨滴击溅驱动作用的问题，以便明晰两种驱动力对颗粒物传输过程的影响。

发明内容

本发明针对上述问题提供了分离径流剪切和雨滴击溅作用的模拟降雨装置及实验方法，通过雨滴动能消除系统消除雨滴动能来有效屏蔽雨滴击溅驱动作用，通过模型区域的对比实现两种驱动力的分离，探究径流剪切和雨滴击溅分别对城市路面颗粒物传输过程的影响规律，且成本较低，易于操作，计算原理简单，适用性高。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置，该装置包括人工降雨系统，雨滴动能消除系统，模型集水系统；所述的模型集水系统内铺洒试验用的颗粒物；模型集水系统的部分区域覆盖雨滴动能消除系统；所述的人工降雨系统位于模型集水系统的上方向覆盖雨滴动能消除系统区域及未覆盖雨滴动能消除系区域的模型集水系统喷洒。

本发明所述的分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置，所述的人工降雨系统包括：水箱、控制器、水泵、喷淋电磁阀、支撑架；所述支撑架位于模型集水系统的一侧，所述支撑架的顶端设有喷淋电磁阀，所述的水箱内布置水泵，水泵通过管体有喷淋电磁阀相连通，所述的喷淋电磁阀的喷洒范围覆盖模型集水系统；所述的控制器布置在支撑架上用于控制水泵开启与关闭。

本发明所述的分离径流和雨滴击溅作用的模拟降雨装置，所述的模型集水系统包括坡面集水区域I、坡面集水区域II、挡水板、集水口；所述的坡面集水区域I、坡面集水区域II的一侧分别设有与之连通的集水口，所述的坡面集水区域I、坡面集水区域II与集水口的边缘分竖立设置挡水板。该挡水板高5cm，因坡面集水区域I、坡面集水区域II的坡面挡水板会引导雨水径流沿着唯一的一个集水出水口流出。