[发明专利]一种室内人工模拟降雨试验系统

说明书

一种室内人工模拟降雨试验系统，主要由供水系统、模拟降雨器、试验箱和水样采集装置四部分组成，其中：所述的供水系统主要由人工雨水储存水箱、流量传感器、潜水泵、气动薄膜调节阀、输水管组成；所述的模拟降雨器主要由降雨支架、微喷头和万向管组成；所述的试验箱由试验箱箱体、湿度传感器、气压传感器、温度传感器和不锈钢排水管组成；所述的水样采集器由不锈钢排水管、漏斗型液体收集器和手动水阀组成。本发明用于室内降雨模拟，可针对不同地域的气象和降雨特点，通过芝加哥暴雨过程线模型和不同喷头组合形式以实现降雨强度在时间和空间上的控制与变化，并可实时记录降雨强度。

技术领域

本发明涉及一种人工模拟降雨试验系统，特别是涉及一种新型室内人工模拟降雨试验系统，属于道路工程与环境科研仪器设备领域。本发明给出的试验系统可用于室内降雨模拟，可针对不同地域的气象和降雨特点，通过芝加哥暴雨过程线模型和不同喷头组合形式以实现降雨强度在时间和空间上的控制与变化，并可实时记录降雨强度。

技术背景

室内人工模拟降雨试验系统是一种在人为控制的条件下模拟自然降雨过程的试验系统，它可以在室内条件下用于透水路面的透水性能、污染物在路面结构内部的迁移、透水路面结构优化、路基土水分和养分变化等研究，是道路工程学、生态学、环境学和土壤学等学科重要的科学试验设备。采用室内人工模拟降雨试验系统进行模拟降雨试验，不仅可以针对具体地区的气象和降雨特点，实现模拟不同降雨重现期、降雨历时的自然降雨过程，且试验过程受人为控制，试验周期大大缩短，同时通过严格控制试验条件来研究不同因素之间的相互作用。

根据产生雨滴的方式的不同，人工模拟降雨装置可分为：喷头式、针头式、悬线式、喷洒式。而目前用以室内人工模拟降雨的试验装置主要有两种：一种是用喷头作为雨滴发生器，这也是使用最为广泛的一种；另一种是用医用针头作为雨滴发生器。

由于自然降雨强度与被研究对象之间往往存在着多变量、强耦合和非线性的特点，使得降雨强度与被研究对象之间的机理分析存在很大的难度。目前人工模拟降雨装置的假设性强，往往难以真实地模拟降雨强度的时间、空间上的变化，故得出的试验结论往往存在着通用性差、难以推广等缺点。为此，本发明提出一种基于芝加哥暴雨过程线模型的室内人工降雨试验系统，从时间和空间上最大程度模拟自然降雨过程。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，针对目前人工模拟降雨装置的无法真实地模拟自然降雨在时间、空间上的变化，且适用性不广的现状，本发明提供一种基于芝加哥暴雨过程线模型的室内人工模拟降雨试验系统，可针对给定地域的气象和降雨特点，通过芝加哥暴雨过程线模型对设计降雨重现期和降雨历时下的设计降雨量进行时间上的分配，控制每个时间节点的降雨强度，以在室内实现对典型降雨情景的还原；同时，本发明采用组合式微型喷头作为雨滴发生器，通过设定微喷头的组合形式，实现不同降雨面积；此外，该系统还可对降雨强度进行实时记录，方便后期数据处理和分析。该室内人工模拟降雨试验系统可为道路工程学、环境学、生态学和土壤学等学科的科学研究与试验提供一套切实可行的试验系统，具有模拟精度高、使用方便、成本低廉、适用性广等优点。

根据试验需要，室内人工模拟降雨试验系统应满足以下要求：

(1)试验装置必须要有足够的强度、刚度和稳定性，以承受(路面结构)模型的重量；

(2)模拟降雨的均匀度应满足试验要求；

(3)通过调整试验系统的相关参数，以实现降雨强度在空间和时间上的变化与控制；

(4)试验装置应有良好的组合性和移动性，便于自动化控制。

为实现上述目的，该发明采用如下技术方案：