人工模拟降雨系统1
人工模拟降雨系统设计
人工模拟降雨系统设计刘光宇;邢晓阳;张春友【摘要】针对室内人工模拟降雨装置雨强调节困难且分布不均的问题,提出通过改变喷头型号、压力及空间布局研制出一套变雨强度降雨装置.首先介绍了整个人工模拟降雨系统的工作原理,然后采用仿真与实验相结合的方式分析单喷头降雨特性,并基于Matlab设计了降雨分布仿真软件,对喷头参数及空间布局进行计算分析、优化设计,提出了人工模拟降雨系统的最优配置方案,大大缩短了研制周期、提高了降雨性能.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2019(041)006【总页数】4页(P47-49,73)【关键词】人工模拟降雨;雨强;Matlab;优化【作者】刘光宇;邢晓阳;张春友【作者单位】内蒙古民族大学机械工程学院,通辽 028043;北京新立机械有限责任公司地面设备事业部,北京 100039;内蒙古民族大学机械工程学院,通辽 028043【正文语种】中文【中图分类】TP230 引言人工模拟降雨系统能够弥补自然降雨规律性不足对科学研究的限制，不仅经济性、重复性及可控性较强，还能够大大缩短试验研究周期，已成为研究土壤侵蚀、水土保持、雨水利用的重要设施, 被广泛用于多种农业及环境特性研究[1～4]。
从20世纪80年代开始，国内外相继研制出单喷头、多喷头组合、针头式、管网式、悬线式等不同性能的模拟降雨装置[5～9]。
随着自动控制理论和技术的不断提高[10]，人工模拟降雨装置自动化程度逐渐提高[11,12]，很好地解决了在变雨强度下降雨均匀度与天然降雨相似性的问题。
本文提出了一种通过改变喷头型号、压力及结构布局的变雨强人工模拟降雨装置，在研究单喷头降雨特性的基础上，将多个喷头根据布置方式进行降雨强度叠加得到布局范围内雨强分布特性，基于Matlab建立了降雨分布仿真软件，对降雨装置参数进行计算分析优化，得到降雨强度均匀性较高的最优配置方案。
1 人工模拟降雨系统工作原理人工模拟降雨系统（图1）主要是由泵源系统、降雨系统和调试系统组成，通过对供水压力、喷头类型及数量的控制来调节降雨强度。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统是一种对土壤水运动进行模拟实验的系统，通过人工降雨的方式，模拟不同降雨条件下的土壤水运动过程，以便于研究者对土壤水运动规律进行研究和分析。
本文将介绍人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统的基本原理、结构和应用。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统通常由降雨模拟装置、土壤水分监测装置、流速监测装置、数据采集和处理装置等部分组成。
1. 降雨模拟装置：通常采用人工降雨器，可以通过调节喷头的流量和喷雾均匀度控制降雨强度和分布，模拟不同降雨条件下的情况。
2. 土壤水分监测装置：一般采用土壤水分仪，可以对土壤的水分含量进行实时监测和记录，了解不同降雨条件下土壤的含水量变化规律。
3. 流速监测装置：一般采用流速计，可以对地表径流和地下径流的流速进行实时监测和记录，了解土壤水运动过程中的径流速度和分布情况。
4. 数据采集和处理装置：通常采用计算机系统，可以对实验过程中采集的数据进行实时处理和分析，得出土壤水运动规律和特性参数。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统广泛应用于土壤水运动规律的研究和分析，可用于以下方面：
1. 土壤侵蚀研究：可以模拟不同降雨条件下土壤侵蚀的过程，研究土壤颗粒的输移和沉积规律，为土壤侵蚀治理和防治提供科学依据。
4. 土壤改良技术研究：可以通过实验系统模拟不同降雨条件下不同种类土壤的水运动规律，研究土壤改良和保护技术，为农田土壤改良和生态环境保护提供技术支持。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统近年来，气候变化不断加剧，全球普遍出现干旱和水资源短缺的问题。
针对这一问题，人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统应运而生。
这一系统可以模拟不同气象条件下的降雨情况，研究降雨对土壤水运动的影响，为水资源管理和环境保护提供重要的科学依据。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统主要由降雨模拟装置、径流采集装置和土壤水运动监测装置组成。
通过这些装置的配合，可以对不同降雨条件下土壤水运动进行模拟和监测，为研究降雨对土壤侵蚀、径流产生和水分迁移过程提供了有效的手段。
降雨模拟装置是人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统的核心设备，它可以根据实验需求模拟不同类型的降雨过程。
通过设定降雨强度、时间和频率等参数，可以模拟出各种常见或极端气象条件下的降雨情况。
降雨模拟装置还可以调整雨滴的大小和速度，以模拟不同降雨条件下的实际情况，从而更加真实地再现降雨对土壤水运动的影响。
径流采集装置则可以收集模拟降雨后产生的径流，通过对径流进行采样和分析，可以获得径流量、径流速度、径流泥沙含量等关键数据，从而了解降雨对地表径流的影响。
径流采集装置还可以根据需要设置不同的采集点和采集时间，以获得更加准确和全面的径流数据，为研究径流产生和径流水质提供了重要的实验支持。
土壤水运动监测装置则可以对模拟降雨后土壤水运动过程进行实时监测。
通过监测土壤的水分含量、流速、流向等参数，可以掌握土壤水运动的变化规律，了解降雨对土壤侵蚀和水分迁移的影响。
土壤水运动监测装置还可以根据需要设置不同的监测点和监测频率，以全面记录土壤水运动的变化过程，为水资源管理和土地利用提供科学依据。
通过人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统的使用，可以开展一系列针对土壤水运动的研究工作。
可以研究不同类型降雨条件对土壤侵蚀和径流产生的影响，探讨不同降雨条件下的土壤保持措施和水土保持措施。
可以研究不同土壤类型和地形条件下的降雨径流水动过程，为不同地区的水资源管理和土地利用提供科学依据。
人工模拟降雨自动控制系统的研制
第21卷第7期2005年7月农业工程学报T ran sacti on s of the CSA E V o l .21 N o.7Ju ly 2005人工模拟降雨自动控制系统的研制郭明航1,2,赵 军1,2,王孙安3,郭咏虹3(1.中国科学院水利部水土保持研究所,杨凌712100; 2.西北农林科技大学水土保持研究所,杨凌712100; 3.西安交通大学机械工程学院,西安710061)摘 要:采用先进的闭环自动控制理论和技术研制了一种人工模拟降雨自动控制设备,以降雨过程的最终实际降雨参数控制和驱动降雨过程的各个降雨部件,克服了从水池到喷头之间诸多环节对降雨的随机影响。
试验测试结果表明,该设备的主要性能指标优于国内外其他人工模拟降雨系统,是进行土壤侵蚀科学研究的重要实验设备。
关键词:土壤侵蚀;人工模拟降雨;自动控制系统中图分类号:T P 23;S 157 文献标识码:B 文章编号:100226819(2005)0720184203郭明航,赵 军,王孙安,等.人工模拟降雨自动控制系统的研制[J ].农业工程学报,2005,21(7):184-186.Guo M inghang ,Zhao Jun ,W ang Sun’an ,et al .R esearch and developm ent of the auto 2contro l system fo r artificial rainfall si m ulati on [J ].T ransacti ons of the CSA E ,2005,21(7):184-186.(in Ch inese w ith English abstract )收稿日期:2004211218 修订日期:2005202221基金资助:中国科学院知识创新工程大型仪器设备研制项目——模拟降雨观测设备改造作者简介:郭明航,男,高级工程师,主要从事水土保持科研仪器设备的研发和科学数据管理。
一水文水资源基本规律实验平台管理条例
（一）水文水资源基本规律实验平台管理条例水文水资源基本规律实验平台主要包括人工降雨与变坡土槽测控系统、有机玻璃土柱实验装置、土壤水分自动采集系统、土壤水分运动参数测定设备、植物生理仪器等专用仪器设备以及实验室常规仪器。
为了更好地使用、维护和管理这些实验仪器设备，为科研、教学服务，特制定如下规定：1．严格遵守国家重点实验室关于实验室管理的各项规章制度。
凡是要求使用该实验室仪器设备的各课题组，均须采取预约申请使用的办法，经实验室领导审批方可使用。
2．经过申请和审批后，管理员根据实验平台仪器设备使用状况和预约申请要求，指定或安排实验的仪器设备、实验起止日期和时间。
当实验项目较多时，则安排的顺序则依据重点实验室“实验平台开放使用管理条例”。
同时，向有关实验人员介绍仪器设备具体操作规程、各项管理规定和注意事项。
3．实验室房门钥匙管理严格按照重点实验室的“规章制度”执行。
根据计划安排，实验前由平台管理员或门卫打开实验室房门；每次实验完成后要关闭相关的水电实施，再关好门窗，切实做好各项安全防范工作，然后通知平台管理员或门卫。
4．以科学的态度对待每一项实验工作，确保数据的准确性和可靠性。
严格按照水文水资源基本规律实验规范﹑大纲进行实验工作。
5．熟练掌握实验仪器设备的操作方法；认真记录、复核和整理实验记录数据；全部实验结束时，应将原始记录数据的复印件交重点实验室存档。
6．当仪器设备出现故障时，应及时与实验平台管理员取得联系，以便及时修复或处理。
7．每次实验完成后应准确填写仪器设备使用记录；做好实验仪器设备的维护工作；保持室内环境的整洁；把实验中所用的设备配件、工具洗净，再风干后放回原处。
8．爱护所有实验仪器设备，凡违反规定而造成损坏，按照国家重点实验室的有关管理条例进行赔偿。
以上规定要求自觉遵守，如有违反者，实验室有权停止实验，待整改后再进行实验。
全球定位系统(GPS)使用条例GPS系统实验室精密大型仪器之一，为确保仪器应有的性能指标及使用寿命，特制定如下规定，操作人员务必遵照执行：1．为防止仪器的意外损坏和保证数据采集的可靠性，仪器工作现场应避免强电磁场的干扰，如必须远离高压输电线（>200m）,大功率无线电发射源（>400m）。
人工降雨方案
火箭撬雨蚀试验设施方案报告湖北霍洛曼航空设备工程有限公司目录一、项目背景................................................................二、火箭撬雨蚀试验设施技术指标探讨与确认 (7)2.1.现有国内标准 (7)2.2.天然降雨特性 (7)2.3.人工模拟降雨装置主要技术指标 (8)2.4.高速火箭撬雨蚀试验设施具体技术参数确定 (9)三、高速火箭撬雨蚀试验设施方案 (10)3.1.火箭撬雨蚀试验设施性能要求 (10)3.2.火箭撬雨蚀试验设施系统组成 (10)1)总供水系统 (11)2)管道及喷淋支撑装置 (12)3)可移动调节装置 (13)四、人工模拟降雨系统 (14)4.1人工模拟降雨装置参数的实现 (14)4.2人工模拟降雨系统组成 (16)1）机架 (16)2）喷头摆动机械传动系统 (17)3) 供回水系统 (17)4）喷射装置 (18)5) 控制系统 (19)6) 人工模拟降雨装置工作原理 (19)7)人工模拟降雨装置喷头及供水管路的布局和设计 (20)8)系统设备清单 (24)五、火箭撬雨蚀试验设施技术指标的检测 (25)5.1、新型闭环反馈逼近控制算法 (25)5.2、现场传感器/执行器设置 (28)六、小结 (29)一、项目背景随着现代化军事和武器的发展，越来越多的现代化武器要求具有高速和全天候的作战能力。
特别是雷达导弹要求高速和全天候作战能力更强,这样,当导弹穿过雨区飞行时,雨滴的冲击对位于导弹头部的天线罩造成的破坏(即“雨蚀”）将是一个不可忽视的问题,随着现代导弹飞行速度的提高,这个问题将更为突出。
当飞机或导弹高速飞行通过雨区时,其天线罩表面受雨滴的撞击与侵蚀会产生损坏,这种现象称为天线罩的雨蚀。
在飞机或导弹的飞行过程中,雨蚀对天线罩性能有两个重要的影响:一是雨蚀会引起天线罩壁厚局部变薄、表面粗糙,导致天线罩电气性能下降;二是雨蚀还会引起天线罩局部裂纹和沟槽,造成整体结构损失甚至破裂。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统1. 引言1.1 研究背景人工降雨技术是一种人为引发降水的方法，通过人工增加降水量，可以有效地补充地下水资源和改善土壤干旱情况。
在土壤水文学领域中，研究人工降雨对降水径流和土壤水运动的影响，具有重要的理论和实践意义。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统是一种模拟实验装置，可以模拟不同降水条件下的降雨径流和土壤水运动过程，为研究人工降雨技术在水资源管理和土壤保护中的应用提供了有力工具。
1.2 研究目的研究目的是为了建立一套完整的人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统，通过对系统的构建和实验设计，可以实现对不同降雨条件下土壤水运动的模拟和研究。
通过数据分析和结果展示，可以深入了解人工降雨对土壤水运动过程的影响机理，并评估模拟效果的准确性和稳定性。
通过这一研究，我们可以更好地理解土壤水运动规律，为水资源管理和环境保护提供科学依据，为设计有效的水土保持措施提供技术支撑，为预防水土流失提供有效措施，为实现可持续发展建设工程提供参考和指导。
通过研究，可以不断完善和提升人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统，以更好地满足实际应用需求，并为相关领域的研究提供新的技术手段和方法。
1.3 研究意义人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统的研究意义在于对水资源管理和土壤侵蚀控制具有重要意义。
随着气候变化和人类活动的影响，水资源日益紧张，土壤侵蚀问题也日益突出。
通过模拟实验系统，可以更好地理解和研究人工降雨对土壤水运动的影响规律，为水资源的保护和合理利用提供科学依据。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统还可以用于评估不同土壤类型和地形条件下的径流产生过程，为土地利用规划和水资源管理提供数据支持。
通过实验系统的构建和数据分析，可以深入探讨土壤侵蚀机制，为土地生态环境保护和土地可持续利用提供技术支持。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统的研究意义在于为水资源管理、土壤侵蚀控制和土地利用规划提供科学依据，促进生态环境的改善和可持续发展。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统是一种用于模拟雨水对土壤和地表径流的影响的实验系统。
该系统通过模拟人工降雨，控制水流速度和土壤类型，可以对土壤水力特性、径流生成过程和土壤侵蚀等问题进行研究。
本文将对人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统进行详细介绍。
一、实验系统的构成人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统主要由降雨模拟装置、土壤箱、水流测量设备以及数据采集与分析系统组成。
1. 降雨模拟装置降雨模拟装置是实验系统的核心部分，它通过控制水流速度和流量，模拟不同强度和持续时间的降雨过程。
常见的降雨模拟装置包括滴灌装置、模拟雨水喷洒装置和人工降雨喷淋装置等。
这些装置可以根据实验需要进行调整，实现不同降雨条件下的模拟实验。
2. 土壤箱土壤箱是用于放置土壤和进行水流实验的容器，通常采用透明或半透明材料制成，方便观察水流和土壤侵蚀的过程。
土壤箱的大小和形状可以根据实验需要进行设计，以适应不同尺度的实验研究。
3. 水流测量设备水流测量设备主要包括流速计、流量计和水位计等，用于测量水流的速度、流量和水位变化，从而分析土壤水力特性和径流生成过程。
这些设备可以实时监测水流情况，为实验数据的采集和分析提供支持。
4. 数据采集与分析系统数据采集与分析系统是实验系统的重要组成部分，它通过传感器和数据采集设备实时记录实验数据，并通过计算机软件对数据进行处理和分析。
这些系统可以实现对水流速度、土壤侵蚀情况、径流量等参数进行实时监测和分析，为科研人员提供准确的实验数据和结果。
人工降雨径流土壤水运动模拟实验系统广泛应用于水文学、土壤侵蚀学、环境科学和水资源管理等领域，主要用于以下几个方面的研究和实验：1. 土壤水力特性实验系统可以模拟不同土壤类型和水分条件下的水力特性，如渗透性、持水能力和剪切强度等，帮助研究人员了解土壤的水文响应特征和水分迁移规律，为灌溉和土壤保护提供科学依据。
2. 径流生成过程实验系统可以模拟不同降雨条件下的径流生成过程，如降雨强度、土壤类型和植被覆盖等因素对径流生成的影响，帮助研究径流形成机理和土壤侵蚀规律，为水资源开发和防洪减灾提供理论支持。
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人工模拟降雨系统
一．人工模拟降雨系统开发背景：
暴雨是指降水强度很大的雨，常在积雨云中形成。
中国气象局规定，每小时降雨量16毫米以上，或连续12小时降雨量30毫米以上，24小时降水量为50毫米或以上的雨，称为“暴雨”。
住房和城乡建设部2011年对全国351座城市的调研表明，2008-2010年的3年间，全国有62%的城市发生过暴雨内涝，发生3次以上暴雨内涝的城市有137座。
城市暴雨内涝灾害直接影响了城市运行，居民的生活和生产，造成了很大的经济损失，甚至人员伤亡，已经到了不能不正视，不能不做长远打算，采取减轻对策的时候了。
城市暴雨内涝灾害产生原因
随着人口的快速增长和快速城镇化，城市暴雨内涝已经成为世界上许多国家和地区面临的共同问题，对生活生活和经济产生严重的影响，我国城市连遭暴雨袭击，且有越来越频繁和严重的趋势。
通过分析，其产生的原因可归纳如下：
1.气候变化引发的水循环，导致极端气候事件频发。
由于城市人口密度增加，产生人为排热，加上空气污染和热岛效应，又导致水循环的进一步改变，从而引起城市微气候的改变。
城区大量空气污染促使凝结核的增加，致使降雨量增加。
城市热岛效应使预城区降雨量减少，城区降雨量大大增加。
这些因素都会造成城市暴雨大大增加。
这些因素都会造成城区暴雨更为频繁，强烈，而且不确定性增加。
更难以预测和预报。
沿海城市地势平坦，如暴雨时恰逢外河道发生高水（潮）位时，会影响到城市排水能力，内河水无法外排。
同时，为保护汛枪等设施安全，防止河水蔓延，防汛泵站厅泵，从而造成暴雨积水，特别是遭遇风，暴，潮“三碰头”时，情势更加严峻。
2.城市发展和建设引发的地面自然滞，降低，
很多低洼地段和小型水体，如水塘，水池和水沟被填没，上面盖起了房子，原有的大量透水地面，如绿地，田园等。
变成了用混凝土，砌体或者沥青铺设的，硬质的，不透水地面或者路面。
如北京市不透水地面面积占到总体面积的比重，从1959年的61%，增加到2000年的77%和2005年的86%，很多城市住宅小区，在整个用地范围里，地下全部用来停车，基地保水难以保障。
城市建成区面积不断扩大，绿地面积则在减少。
如北京市2005年建成区面积为1210平方公里，比1973年增加6.58倍，而1983年到1985年，北京城区的绿地面积则减少了16.4%，这样，雨水自然流动模式就会大大改变，从而造成土壤水分蒸发蒸腾损失总量（即通过蒸发作用，从土地，水体表面以及叶片蒸腾释放到空气中的水分）降低，径流系数和洪峰流量提供，排水系统内雨水流经时间缩短。
从而导致渗透低和洪水风险高。
3.排水管渠等防涝设施的排水能力不足。
4.人为因素
因此在野外引入人工模拟降雨系统，通过人工模拟降雨系统的数据及其他信息的研究对城市规划和设计做出预测信息,人工模拟降雨系统在研究土壤侵蚀过程、水土流失规律及其水土保持措施和效益等方面，有效地使用人工模拟降雨系统来进行降雨试验，是一种较理想的降雨方法，它不受时间和空间的限制模拟天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在短时期内重复试验，缩短试验研究周期。
二，人工模拟降雨系统的类型
目前各种不同规模的人工模拟降雨系统在许多国家中先后建立起来。
除目前广泛应用的美国普渡大学国家土壤侵蚀实验室基于L. D. Meyer1958.年提出的采用摆动式喷头的人工模拟降雨系统具有代表性的人工模拟降雨系统可分作如下几种
英国伊利诺斯大学土木工程系的WES人工模拟降雨系统
日本科学技术厅国立预灾科学技术中心的人工模拟降雨系统
水利部西北水土持保研究所建立土壤侵蚀ZK-3人工模拟降雨系统
三，人工模拟降雨系统的应用
人工模拟降雨系统在黄土高原土壤保持实验室中的应用，黄土高原50年来的林草建设收效甚微的一个重要原因是植被建设违背了自然规律。
今后的退耕还林还草过程中的林草建设必须坚持在气候生物带规律指导下的“适地适水”原则。
受土壤水分差异性的制约,黄土高原林草建设植物群种在不同的地带,即使同一个地带的不同地貌部位的适应性和生长量都不相同。
今后半湿润地区的森林覆盖度可达到30%,甚至更高一些;半湿润至半干旱过渡区森林(乔木林)覆盖度不会超过20%,半干旱地区就更低了。
与此相关的生态和经济效益,半湿润地区不仅有明显的生态效益,还有一定的经济效益。
此带北部的黄土高原的林草建设也将会有明显的生态效益,但除经济林和人工草地外的林草的经济效益不要寄予过高的希望。
人工模拟降雨系统能完成模拟不同参数的降雨、不同地表覆盖、不同地下管网分布人工模拟降雨的实验适合做水土流失实验及渗透、土壤水分运移、植物生态、土木工程等领域相关科研实验工作
四，人工模拟降雨系统的特点
1、人工模拟降雨系统实验抗风能力强：由于采用带压力垂直下喷式模拟降雨，与低能量较大，既有较强的抗风能力，又可接近自然降雨能量。
（一般人工模拟降雨系统刮风对降雨均匀大影响极大，甚至模拟降雨失败）
2、人工模拟降雨系统便携性好，适合野外移动降雨：该设备采用个功能完备的小模块，通过快速连接部件，手工很快即可装配完成，野外试验很好携带，适应各种野外不同地形条件：人工模拟降雨系统动力系统，人工模拟降雨系统硬件系统，人工模拟降雨系统软件系统。
3、人工模拟降雨系统先进：该人工模拟降雨系统首先采用自动测控系统在人工模拟降雨系统上，可现场实时在线显示存储模拟降雨的动态变化及曲线，即对现场降雨测量结果有直接参考意义，又便于很快调节雨强至实验模拟降雨要求值（如无此功能，降雨前的降雨率定、调节、验证很费精力，时间）。
降雨时间机管路选择可自动进行。
五，人工模拟降雨系统技术指标如下：
1）、有效降雨面积：4×9m（36）平米
2）、降雨高度：2.1m（降雨喷嘴至实验平台高度）
3）、雨强连续变化范围：20-150mm/h
4）、降雨均匀度系数：大于0.86
5）、雨滴大小调控范围：1.7～2.8mm
6）、降雨调节精度：7mm/h
关键字：人工模拟降雨系统人工模拟降雨大厅便携式人工模拟降雨器。