人工模擬降雨器在某科研院生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)應(yīng)用
河流是水循環(huán)中重要的一環(huán),被譽(yù)為大地的血脈。傳統(tǒng)的水利工程為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了舉足輕重的作用，但隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力、人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，從生態(tài)、環(huán)境保護(hù)等多維的角度系統(tǒng)的研究和整治河流，已經(jīng)成為水利工作者必須面對的重要課題。
我國傳統(tǒng)水利工程技術(shù)的核心是工程結(jié)構(gòu)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(gòu)造物對生物及其生態(tài)環(huán)境的影響，由此產(chǎn)生的結(jié)果是河流廊道的作用越來越小、水質(zhì)惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等生態(tài)系統(tǒng)的退化。
近年來,我國對自然河岸帶植被結(jié)構(gòu)和功能以及管理的生態(tài)學(xué)研究非常關(guān)注，正在努力探索修復(fù)受損河流生態(tài)系統(tǒng)的新理論和技術(shù)手段。北京、上海等少數(shù)大城市已經(jīng)著手對城市河流的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行較大規(guī)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(dǎo)致魚類等水生生物棲息、產(chǎn)卵的河道淺灘和深潭結(jié)構(gòu)喪失。同時(shí)河床、河岸的表面積減少,導(dǎo)致產(chǎn)生利于水質(zhì)凈化能力的微小動(dòng)物及微生物難以生存,從而帶來了一系列生態(tài)學(xué)問題。
植物群落穩(wěn)定性取決于空間結(jié)構(gòu)的多樣性、總生物量、恢復(fù)和再生能力以及抗干擾水平。應(yīng)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(wěn)定性。 綠地建設(shè)應(yīng)從綠地垂直結(jié)構(gòu)及水平結(jié)構(gòu),充分考慮光合效率及種間生態(tài)協(xié)調(diào),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(wěn)定、多層、混合及錯(cuò)落有致的生態(tài)植物群落。主要技術(shù)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(shí),要突出本地特色,加強(qiáng)鄉(xiāng)土樹種利用,做好園林植物引種,重視生物多樣性保護(hù)和建設(shè),建立綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò),全面提高水利工程系統(tǒng)周邊地區(qū)的景觀穩(wěn)定性和生態(tài)效益。
人工模擬降雨器由三大部分組成分為：動(dòng)力設(shè)備、人工降雨管路、人工降雨自控制系統(tǒng)三大部分組成，建成后不但能完成模擬不同時(shí)間及降雨強(qiáng)度、不同地表覆蓋、不同地下管網(wǎng)分布等條件下降雨積水模擬的實(shí)驗(yàn)，也可做材料滲透、土壤水分運(yùn)移、植物生態(tài)、土木工程等領(lǐng)域相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)工作。
人工模擬降雨器原理
水源經(jīng)泵加壓，進(jìn)入上水管路，頂部管路連接降雨噴頭組，根據(jù)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(jì)經(jīng)過翻斗的翻動(dòng)發(fā)送開關(guān)信號，控制中心接收信號計(jì)算雨強(qiáng)，并調(diào)節(jié)泵動(dòng)力輸出與管道壓力，使降雨強(qiáng)度達(dá)到要求。
雨量傳感器是人工模擬降雨器中的核心部件。雨量傳感器主要由承水器、上翻斗、匯集漏斗、計(jì)量翻斗和干簧管等組成。承水器收集的降水通過漏斗進(jìn)入上翻斗，當(dāng)降水積到一定量時(shí)，由于水本身重力作用使上翻斗翻轉(zhuǎn)，水進(jìn)入?yún)R集漏斗。降水量從匯集漏斗的節(jié)流管注入計(jì)量翻斗時(shí)，就把不同強(qiáng)度的自然降水，調(diào)節(jié)為比較均勻的大降水強(qiáng)度，以減少由于降水強(qiáng)度不同所造成的測量誤差，當(dāng)計(jì)量翻斗承受的降水量為0.1mm時(shí)，計(jì)量翻斗把降水傾倒到計(jì)數(shù)翻斗，使計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次。計(jì)數(shù)翻斗在翻轉(zhuǎn)時(shí)，與它相關(guān)的磁鋼對干簧管掃描一次。干簧管因磁化而瞬間閉合一次。這樣，降水量每次達(dá)到0.1mm時(shí)，就送出去一個(gè)開關(guān)信號。
人工模擬降雨器管路采用工業(yè)不銹鋼管材，頂部降雨管路采用食品級不銹鋼管材，強(qiáng)度高、無銹蝕，不會(huì)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(tǒng)采用美國斯普瑞SPAYING SYSTEMS公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)下噴式噴頭。根據(jù)降雨強(qiáng)度及雨滴大小的要求，選用四種規(guī)格的雨滴模擬噴頭，一個(gè)降雨噴頭組既能實(shí)現(xiàn)較大的雨強(qiáng)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(qiáng)(近似模仿 “小雨”、“中雨”“大雨”)并連續(xù)可調(diào)，使降雨重現(xiàn)“天然降雨”。
人工模擬降雨器控制系統(tǒng)通過雨量計(jì)裝置和附屬數(shù)據(jù)采集器組成，可實(shí)時(shí)采集雨強(qiáng)、壓力、流量等數(shù)據(jù)，既能顯示模擬降雨的動(dòng)態(tài)變化及曲線，又便于很快調(diào)節(jié)雨強(qiáng)至實(shí)驗(yàn)?zāi)M降雨要求值，對現(xiàn)場降雨測量結(jié)果有直接評價(jià)意義。
人工模擬降雨器技術(shù)指標(biāo)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(qiáng)連續(xù)變化范圍：20-250mm/h
4) 降雨均勻度系數(shù)： 大于0.86
5) 雨滴大小調(diào)控范圍：1.7-2.8mm
6) 降雨調(diào)節(jié)精度：7mm/h
7) 雨量監(jiān)測分辨率：0.1mm/min
8) 雨強(qiáng)變化調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間：1t(t為雨量計(jì)采樣周期)
9) 柜式控制臺，液晶顯示數(shù)據(jù)及雨強(qiáng)值和雨強(qiáng)曲線
10) 降雨采樣間隔：10~9999秒，可調(diào)
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(huán)境溫度 0~+60℃
15) 工作環(huán)境濕度：≤95%RH(+40℃)
16) 雨量計(jì)承雨口內(nèi)徑：Φ200±0.6mm
人工模擬降雨器功能特點(diǎn)
顯示：7英寸觸摸屏
模式：手動(dòng)、自動(dòng)，任意切換
設(shè)置：雨強(qiáng)、時(shí)間等
顯示：實(shí)時(shí)雨強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、倒計(jì)時(shí)、總降雨量、平均降雨強(qiáng)度等，過程參數(shù)顯示，管道的壓力及降雨區(qū)閥門的開度等。
通信方式：RS232/RS485
數(shù)據(jù)采集顯示：可以采集顯示控制器的所有參數(shù)及設(shè)置數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)存儲：*數(shù)據(jù)庫，保存實(shí)驗(yàn)過程中的全部數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)量限值，采集頻率可設(shè)定；
實(shí)時(shí)曲線：實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中可以隨時(shí)查看數(shù)據(jù)曲線；
歷史曲線：可以查看歷史數(shù)據(jù)，曲線顯示或打��；完成控制器不能完成的曲線控制：可以設(shè)定任意降雨曲線，系統(tǒng)自動(dòng)按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)行；
