人工模擬降雨器在某科研院生態修復試驗應用

河流是水循環中重要的一環,被譽為大地的血脈。傳統的水利工程為我國國民經濟的發展發揮了舉足輕重的作用，但隨著我國經濟實力、人們環境保護意識的不斷提高和科學技術的進步，從生態、環境保護等多維的角度系統的研究和整治河流，已經成為水利工作者必須面對的重要課題。
我國傳統水利工程技術的是工程結構的安全性及耐久性,材料主要是混凝土或漿砌石，沒有考慮人工構造物對生物及其生態環境的影響，由此產生的結果是河流廊道的作用越來越小、水質惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等生態系統的退化。
近年來,我國對自然河岸帶植被結構和功能以及管理的生態學研究非常關注，正在努力探索修復受損河流生態系統的新理論和技術手段。北京、上海等少數大城市已經著手對城市河流的生態環境進行較大規模的整治，在我國河流整治中存在的主要問題是河道的直線化或渠道化以及河岸的混凝土化,這必然導致魚類等水生生物棲息、產卵的河道淺灘和深潭結構喪失。同時河床、河岸的表面積減少,導致產生利于水質凈化能力的微小動物及微生物難以生存,從而帶來了一系列生態學問題。
植物群落穩定性取決于空間結構的多樣性、總生物量、恢復和再生能力以及抗干擾水平。應合理利用喬木、灌木、地被及草坪等多層的垂直配置,提高綠量及群落穩定性。 綠地建設應從綠地垂直結構及水平結構,充分考慮光合效率及種間生態協調,提倡陽性與陰性、深根與淺根、落葉與常綠、針葉與闊葉等園林植物混交,形成穩定、多層、混合及錯落有致的生態植物群落。主要技術包括植物篩選、混交類型、混交方法、混交比例及配置方式。同時,要突出本地特色,加強鄉土樹種利用,做好園林植物引種,重視生物多樣性保護和建設,建立綠色生態網絡,全面提高水利工程系統周邊地區的景觀穩定性和生態效益。
人工模擬降雨器由三大部分組成分為：動力設備、人工降雨管路、人工降雨自控制系統三大部分組成，建成后不但能完成模擬不同時間及降雨強度、不同地表覆蓋、不同地下管網分布等條件下降雨積水模擬的實驗，也可做材料滲透、土壤水分運移、植物生態、土木工程等領域相關科研實驗工作。

人工降雨模擬器原理
水源經泵加壓，進入上水管路，頂部管路連接降雨噴頭組，根據雨量大小選擇合適的降雨噴頭，垂直噴灑，模擬降雨過程。雨量計經過翻斗的翻動發送開關信號，控制中心接收信號計算雨強，并調節泵動力輸出與管道壓力，使降雨強度達到要求。
雨量傳感器是人工模擬降雨器中的部件。雨量傳感器主要由承水器、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗和干簧管等組成。承水器收集的降水通過漏斗進入上翻斗，當降水積到一定量時，由于水本身重力作用使上翻斗翻轉，水進入匯集漏斗。降水量從匯集漏斗的節流管注入計量翻斗時，就把不同強度的自然降水，調節為比較均勻的大降水強度，以減少由于降水強度不同所造成的測量誤差，當計量翻斗承受的降水量為0.1mm時，計量翻斗把降水傾倒到計數翻斗，使計數翻斗翻轉。計數翻斗在翻轉時，與它相關的磁鋼對干簧管掃描。干簧管因磁化而瞬間閉合。這樣，降水量每次達到0.1mm時，就送出去一個開關信號。
人工模擬降雨器管路采用工業不銹鋼管材，頂部降雨管路采用食品級不銹鋼管材，強度高、無銹蝕，不會造成降雨噴嘴因銹蝕而堵塞情況。
人工模擬降雨器模擬降雨噴頭，系統采用美國斯普瑞SPAYING SYSTEMS公司生產的旋轉下噴式噴頭。根據降雨強度及雨滴大小的要求，選用四種規格的雨滴模擬噴頭，一個降雨噴頭組既能實現較大的雨強變化，又可模擬仿真多種具有代表形式的雨滴效果,從而形成從小到大的雨強(近似模仿 “小雨”、“中雨”“大雨”)并連續可調，使降雨重現“天然降雨”。
人工模擬降雨器控制系統通過雨量計裝置和附屬數據采集器組成，可實時采集雨強、壓力、流量等數據，既能顯示模擬降雨的動態變化及曲線，又便于很快調節雨強至實驗模擬降雨要求值，對現場降雨測量結果有直接評價意義。

人工降雨模擬器技術指標如下：
1) 有效降雨面積：12×16m（192）平米
2) 降雨高度：6m（樓層高7米）
3) 雨強連續變化范圍：20-250mm/h
4) 降雨均勻度系數： 大于0.86
5) 雨滴大小調控范圍：1.7-2.8mm
6) 降雨調節：7mm/h
7) 雨量監測分辨率：0.1mm/min
8) 雨強變化調節響應時間：1t(t為雨量計采樣周期)
9) 柜式控制臺，液晶顯示數據及雨強值和雨強曲線
10)    降雨采樣間隔：10~9999秒，可調
11)    主控制器工作電壓：AC220V   50Hz
12)    顯示屏工作電壓：DC24V
13)    信號采集器工作電壓：DC24
14)    工作環境溫度 0~+60℃
15)    工作環境濕度：≤95%RH(+40℃)
16)    雨量計承雨口內徑：Φ200±0.6mm

人工降雨模擬器功能特點
顯示：7英寸觸摸屏
模式：手動、自動，任意切換
設置：雨強、時間等
顯示：實時雨強、實驗時間、倒計時、總降雨量、平均降雨強度等，過程參數顯示，管道的壓力及降雨區閥門的開度等。
通信方式：RS232/RS485
數據采集顯示：可以采集顯示控制器的所有參數及設置數據；
數據存儲：數據庫，保存實驗過程中的全部數據，無數據量限值，采集頻率可設定；
實時曲線：實驗進行中可以隨時查看數據曲線；
歷史曲線：可以查看歷史數據，曲線顯示或打印；完成控制器不能完成的曲線控制：可以設定任意降雨曲線，系統自動按照設定參數運行；

人工降雨模擬器技術指標如下：
1) 有效降雨面積：12×16m（192）平米
2) 降雨高度：6m（樓層高7米）
3) 雨強連續變化范圍：20-250mm/h
4) 降雨均勻度系數： 大于0.86
5) 雨滴大小調控范圍：1.7-2.8mm
6) 降雨調節：7mm/h
7) 雨量監測分辨率：0.1mm/min
8) 雨強變化調節響應時間：1t(t為雨量計采樣周期)
9) 柜式控制臺，液晶顯示數據及雨強值和雨強曲線
10)    降雨采樣間隔：10~9999秒，可調
11)    主控制器工作電壓：AC220V   50Hz
12)    顯示屏工作電壓：DC24V
13)    信號采集器工作電壓：DC24
14)    工作環境溫度 0~+60℃
15)    工作環境濕度：≤95%RH(+40℃)
16)    雨量計承雨口內徑：Φ200±0.6mm

關鍵詞：人工降雨模擬器