[发明专利]一种室内人工模拟降雨试验系统

摘要

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。

主权项

1.一种室内人工模拟降雨试验系统，其特征在于由供水系统、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，人工雨水在潜水泵的作用下由储存水箱经输水管进入模拟降雨器，流量传感器通过串口连接上位机实时记录雨水流量变化，控制系统通过控制气动薄膜调节阀的开度从而控制人工雨水流量的大小；所述的模拟降雨器由降雨支架、微喷头和万向管组成，微喷头由降雨支架支持，安装在样本试验箱正上方；喷头经万向管连接输水管，可以任意调整喷头角度和喷头组合方式；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，湿度传感器、气压传感器和温度传感器分别通过串口与上位机连接以测量模拟降雨系统中模拟环境的大气湿度、气压和温度，整个试验箱由平行三组每组三个且尺寸相同的可拆卸模具组合而成，箱体由钢化玻璃板制作而成；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；不锈钢排水管在试验箱底垂直于试验箱水平面安装，不锈钢排水管的一头与漏斗型液体收集器相连接，不锈钢排水管的另一头外接手动水阀，开启水阀即可进行水样采集；本室内人工模拟降雨试验系统，是通过以下几个方面来实现模拟降雨强度在空间和时间上变化的：（1）雨量设计芝加哥降雨过程线模型以统计的暴雨强度公式为基础设计典型降雨过程；在我国城市排水管网设计中，各地暴雨强度公式采用式①：式中，i为平均暴雨强度，mm/min；A1为降雨重现期为1年的设计降雨的雨量；C为雨量变动参数，是反映设计降雨各历时不同降雨重现期的强度变化程度的参数之一；P为降雨重现期，a；td为暴雨历时，min；b、c为常数，用以描述特定降雨重现期下的设计降雨强度随降雨历时延长而递减变化的过程；（2）雨型设计采用芝加哥暴雨过程线模型对选定暴雨公式做出符合实际的时程分配，计算出每个降雨时间间隔内的降雨强度，通过控制系统调节气动薄膜调节阀的开度，从而达到对降雨强度在时间上的控制；由于芝加哥暴雨过程线模型引入参数雨峰系数r来描述雨峰值发生的时间，则降雨的时间序列分为峰前时间序列i(tb)和峰后时间序列i(ta)：式中，i(tb)为芝加哥暴雨过程线模型的峰前瞬时降雨强度，mm/min；i(ta)为芝加哥暴雨过程线模型的峰后瞬时降雨强度，mm/min；a为芝加哥暴雨过程线模型参数，a=167A1(1+ClgP)；b、c含义同上；r为雨峰系数，取0.35～0.45；通过式②和式③求得的即为对指定降雨重现期和降雨历时下的设计雨量进行时程分配的结果；（3）降雨强度控制通过控制系统对气动薄膜调节阀的开度进行控制，从而实现对降雨强度的控制，同时通过流量计对实际模拟降雨强度进行在线测量；（4）降雨面积控制为适应不同试验规模，通过调节微喷头的组合方式控制降雨区域的面积。