一種室外人工模擬降雨防風(fēng)裝置及其安裝使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬降雨防風(fēng)裝置，尤其是一種室外人工模擬降雨防風(fēng)裝置及其安裝使用方法，屬于水文、農(nóng)學(xué)及環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)是研究自然降雨對(duì)土壤入滲、坡面產(chǎn)流、水文過(guò)程、土壤侵蝕等機(jī)理過(guò)程的理想手段。人工模擬降雨機(jī)經(jīng)過(guò)至今70多年的研制歷史，可有效模擬出自然降雨的雨滴特征，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，模擬不同雨型和雨強(qiáng)的降雨，有利于研究人員從多方面來(lái)研究降雨的各種特性(如雨量、雨強(qiáng)、雨滴大小和分配，降雨動(dòng)能等)對(duì)土壤侵蝕的影響，也有利于研究不同的植被、坡度、土壤類(lèi)型、土地利用及水土保持措施等因素對(duì)水土流失的影響。人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制，可以重現(xiàn)天然降雨，既能節(jié)約大量的人力和物力，又能在短時(shí)期內(nèi)重復(fù)試驗(yàn)，縮短試驗(yàn)周期，因此在以上所述的研究領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。根據(jù)研究表明，在水土流失規(guī)律研究試驗(yàn)中，絕大多數(shù)的試驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)，都是運(yùn)用人工模擬降雨的方法，在試驗(yàn)小區(qū)上獲得的。這些資料為坡耕地和其它坡面，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)土壤流失以及制定和配置水土保持措施提供了科學(xué)依據(jù)。隨著人工模擬降雨裝置的研制和性能的完善，它將更快、更多地為研究人員的試驗(yàn)研究工作提供更精確、更可靠的資料。
[0003]室外人工模擬降雨存在風(fēng)力或其他干擾問(wèn)題，一般模擬降雨機(jī)的降雨覆蓋范圍內(nèi)為有效實(shí)驗(yàn)中心，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與數(shù)據(jù)采集都在一定范圍內(nèi)。具體而言，當(dāng)前各種型號(hào)的室外人工模擬降雨機(jī)一般為方柱形裝置，該裝置有一定的高度(一般為I?5m)和覆蓋范圍(一般為I?10m2)，柱角頂端安裝不同型號(hào)的降雨噴頭，可有效模擬出不同雨型的降雨過(guò)程和自然降雨的雨滴特征，底部覆蓋區(qū)域(一般為矩形)為有效實(shí)驗(yàn)區(qū)，該實(shí)驗(yàn)區(qū)通常采用沙袋或其他防水墻進(jìn)行圍欄，以便圍成實(shí)驗(yàn)觀測(cè)區(qū)和集水區(qū)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于模擬降雨機(jī)的覆蓋范圍有限，并且具有一定的高度，若受風(fēng)力或其他因素影響，模擬的雨滴很容易被吹跑或與實(shí)際雨滴產(chǎn)生偏差，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的模擬水文過(guò)程與自然降雨產(chǎn)生較大較大偏差，影響觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集，實(shí)驗(yàn)結(jié)果因此不可靠。
[0004]為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，布設(shè)牢靠的防風(fēng)裝置是必不可少的。在傳統(tǒng)的室外人工降雨實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，考慮到人工模擬降雨機(jī)并無(wú)配套的防風(fēng)裝置，實(shí)驗(yàn)人員一般會(huì)選擇在無(wú)風(fēng)氣候下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然而實(shí)驗(yàn)進(jìn)度會(huì)受到顯著影響，效率降低。而且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，降雨機(jī)一般搭建在具有一定坡度的地形上，坡度不僅會(huì)造成水土流失，也是形成產(chǎn)、匯流的必要條件。受條件限制，斜坡上一般難以搭建牢靠的獨(dú)立防風(fēng)裝置，因此為了彌補(bǔ)風(fēng)力影響，實(shí)驗(yàn)人員多采用簡(jiǎn)易遮擋方法或在降雨機(jī)上貼機(jī)完全覆蓋。簡(jiǎn)易遮擋方式通常為順風(fēng)向的單面遮擋(完全覆蓋時(shí)不僅需要花費(fèi)較多人力和時(shí)間鋪設(shè)及回收防風(fēng)布，在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)效率，而且不利于實(shí)驗(yàn)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集)，比較簡(jiǎn)便易行，比較常見(jiàn)的是根據(jù)風(fēng)向拉防風(fēng)布或其他防風(fēng)物品，通過(guò)人力或者繩索固定，這種方式所需物力、人力較少，適用不同的降雨設(shè)備以及地形條件，在風(fēng)力或者其他干擾因素較小的情況下，可起到一定作用。貼機(jī)完全覆蓋方式是直接利用模擬降雨機(jī)的支撐框架，在模擬降雨機(jī)外圍直接“貝占身”覆蓋防風(fēng)布，這種方式效果良好，可隔絕不同方向的風(fēng)力，利用模擬降雨機(jī)的結(jié)構(gòu)可承受一定風(fēng)力，且可排除地形條件的干擾，根據(jù)降雨機(jī)的布設(shè)來(lái)搭建，所需的物力人力較少，是目前比較常見(jiàn)的防風(fēng)方式，然而降雨機(jī)需要承擔(dān)來(lái)自擋風(fēng)面的風(fēng)力，風(fēng)力較大時(shí)，機(jī)身難免搖晃，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一定的影響，而且會(huì)對(duì)降雨機(jī)的機(jī)身帶來(lái)較大壓力，進(jìn)而導(dǎo)致降雨機(jī)磨損松動(dòng)，產(chǎn)生器材損壞及安全隱患。這兩種常見(jiàn)遮擋方式，因防風(fēng)布或其他遮擋物品對(duì)人力或者其他穩(wěn)固結(jié)構(gòu)體依賴(lài)比較大，自身不具備穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，風(fēng)力較大或遇到其它復(fù)雜氣候時(shí)遮擋效果及應(yīng)變性較差，因此存在諸多不可靠因素，難以應(yīng)付多變的氣候條件和其他干擾因素，從而難以滿足實(shí)驗(yàn)所需求的環(huán)境條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種穩(wěn)定實(shí)用且能夠適用于不同地形條件的室外人工模擬降雨防風(fēng)裝置，同時(shí)給出了安裝使用方法。
[0006]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的室外人工模擬降雨防風(fēng)裝置，包括覆蓋防風(fēng)罩的支撐框架和設(shè)置在支撐框架上的集水管總成，支撐框架由四根垂向延伸的立柱、連接立柱兩端的橫梁和縱梁構(gòu)成，立柱、橫梁、縱梁形成中空六面體;立柱由至少兩根相鄰端嵌套的可鎖定伸縮豎直管構(gòu)成，橫梁和縱梁分別由至少兩根相鄰端嵌套的可鎖定伸縮水平管構(gòu)成；水平管與立柱通過(guò)可鎖定鉸接結(jié)構(gòu)連接。
[0007]本發(fā)明的防風(fēng)裝置，可在室外獨(dú)立搭建，形成一個(gè)穩(wěn)定密閉的實(shí)驗(yàn)空間，保證人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)不受外界因素干擾，確保實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和有效性。另外，該防風(fēng)裝置可根據(jù)不同降雨機(jī)高度及地形坡度進(jìn)行調(diào)整。
[0008]優(yōu)選地，防風(fēng)罩包括包裹在支撐框架四周的防風(fēng)布以及用于控制防風(fēng)布收卷的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)置在位于支撐框架頂部的支架上;控制系統(tǒng)包括鍵輸入單元，與鍵輸入單元連接的傳感器單元以及與傳感器單元的輸出端連接的控制單元，鍵輸入單元包括充當(dāng)用戶輸入裝置的至少三個(gè)鍵按鈕，鍵按鈕用于輸入與釋放、回收防風(fēng)布或暫停釋放/回收防風(fēng)布的步驟相關(guān)的鍵值;控制單元的控制輸出端與電機(jī)連接，電機(jī)與收卷防風(fēng)布的滾動(dòng)軸連接。
[0009]這樣，通過(guò)遠(yuǎn)程操作鍵輸入單元上的鍵按鈕，控制防風(fēng)布自行鋪設(shè)及回收，簡(jiǎn)易環(huán)保。采用防風(fēng)布封閉式覆蓋支撐框架，形成的封閉空間能將降雨機(jī)完全封閉，起到良好的防風(fēng)效果。
[0010]優(yōu)選地，水平管包括長(zhǎng)管，長(zhǎng)管的外端設(shè)有可鎖定鉸接結(jié)構(gòu);可鎖定鉸接結(jié)構(gòu)為以一定夾角連接長(zhǎng)管的短管，短管與長(zhǎng)管之間所成的夾角可調(diào)，并且短管嵌入位于立柱端部的卡緊槽中，使得立柱與橫梁、縱梁卡固連接。這樣，通過(guò)管柱之間的嵌入摩擦力和自身壓力，增加支撐框架的穩(wěn)定性。
[0011 ]進(jìn)一步優(yōu)選地，長(zhǎng)管與短管連接的一端設(shè)有第一通孔，短管與長(zhǎng)管連接的一端設(shè)有第二通孔，與第一、第二通孔配合設(shè)置調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓的端部對(duì)應(yīng)連接固定螺帽；當(dāng)長(zhǎng)管與短管之間的夾角調(diào)節(jié)到需要角度時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓及固定螺母固定長(zhǎng)管與短管的位置，使得二者之間產(chǎn)生一角度變動(dòng)，以便適應(yīng)不同坡度條件。
[0012]橫梁、縱梁與立柱銜接處的夾角角度靈活可調(diào)，能適應(yīng)不同狀況的地形，在不同坡度的地形上搭建穩(wěn)定的支撐框架。角度調(diào)整完成后，擰緊固定螺帽即可保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，這樣固定螺帽和嵌套摩擦力可承受來(lái)自斜坡的不穩(wěn)定性。
[0013]優(yōu)選地，相互嵌套的兩根豎直管，其中嵌入型管為第一豎直管，被嵌入型管為第二豎直管，第一豎直管的尾部為嵌入型內(nèi)管，內(nèi)管的外管徑小于第二豎直管的內(nèi)管徑，內(nèi)管上設(shè)有一組呈等間距布置的第一螺孔，第二豎直管的頭部對(duì)應(yīng)設(shè)有若干第二螺孔，第一螺孔的數(shù)目大于第二螺孔，與第二螺孔配合設(shè)有第一雙頭螺絲，第一雙頭螺絲又穿過(guò)第一螺孔固定兩根豎直管，兩根豎直管相互嵌套組成立柱，由于可以通過(guò)將第二豎直管上的第一雙頭螺絲插入不同的第一螺孔，從而調(diào)節(jié)立柱長(zhǎng)度。
[0014]優(yōu)選地，相互嵌套的兩根水平管，其中嵌入型管為第一水平管，被嵌入型管為第二水平管，第一水平管的尾部為嵌入型內(nèi)管，內(nèi)管的外管徑小于第二水平管柱的內(nèi)管徑，內(nèi)管上設(shè)有一組呈等間距布置的第三螺孔，第二水平管的頭部對(duì)應(yīng)設(shè)有若干第四螺孔，第三螺孔的數(shù)目大于第四螺孔，與第四螺孔配合設(shè)有第二雙頭螺絲，第二雙頭螺絲又穿過(guò)第三螺孔固定兩根水平管，兩根水平管相互嵌套組成橫梁或縱梁，由于可以通過(guò)將第二水平管上的第二雙頭螺絲插入第一水平管上不同的第三螺孔，從而調(diào)節(jié)橫梁或縱梁長(zhǎng)度。
[0015]立柱、橫梁及縱梁采用可調(diào)式組裝結(jié)構(gòu)，不僅拆卸、組裝簡(jiǎn)便，攜帶方便，同時(shí)在組裝過(guò)程中能根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)調(diào)整管柱(豎直管或水平管)的嵌入深度，進(jìn)而調(diào)整立柱、橫梁和縱梁的長(zhǎng)度，最終達(dá)到調(diào)整防風(fēng)裝置的體積大小的目的，以適應(yīng)不同型號(hào)的降雨機(jī)。另外，簡(jiǎn)便的搭建方式以及柱狀的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不僅能避免風(fēng)力影響，而且可將其它外界干擾因素隔開(kāi)，保證室外人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，為其它相關(guān)研究夯實(shí)基礎(chǔ)。
[0016]優(yōu)選地，支撐框架的底面沿其長(zhǎng)度、寬度方向均布設(shè)有若干集水管。集水管構(gòu)成擋水墻，取代沙袋或其它擋水物起到集水作用，不僅節(jié)省了人力和物力，還避免沙袋中的污染物對(duì)水樣造成二次污染，保證采集的水樣真實(shí)有效，便于水樣采集。
[0017]優(yōu)選地，支架由沿支撐框架頂面的長(zhǎng)度、寬度方向分別布設(shè)的兩根方柱型管材組成，呈井字形布置；防風(fēng)布上沿豎直方向開(kāi)有用于供人員進(jìn)出的門(mén)，門(mén)上安裝有拉鏈；防風(fēng)布的上下邊緣均制有一組孔，孔配合鋼圈或尼龍?jiān)鷰⒎里L(fēng)布的邊緣與支撐框架固定連接。鋼圈及尼龍?jiān)鷰Э捎糜诠潭ǚ里L(fēng)布及支撐框架。