[發(fā)明專利]一種智能人工降雨模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310449394.4
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103477926A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉曉麗;王恩志;劉中港;高巖堂;鐘建文
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: A01G15/00
• 分類號: A01G15/00;G01N33/24
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種智能人工降雨模擬裝置，特別涉及一種研究滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的便攜式降雨模擬裝置。本專利得到國家973項目“大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制”的基金資助。

背景技術(shù)

降雨作為誘發(fā)邊坡災(zāi)害的一個重要因素，一直以來受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。降雨所引起的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害已使得很多地區(qū)和城市受到了嚴重危害，造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失，對經(jīng)濟建設(shè)和社會穩(wěn)定構(gòu)成了極大影響。如2010年8月7日甘肅省舟曲縣由于強降雨，引發(fā)的特大山洪地質(zhì)災(zāi)害，泥石流所流經(jīng)區(qū)域被夷為平地，造成了失蹤1148人、死亡337人的重大人員傷亡情況。

現(xiàn)場試驗和室內(nèi)物理模擬試驗是研究降雨誘發(fā)滑坡的重要方法。通過試驗不僅可以直觀看到邊坡的破壞情況，而且可以準確地采集降雨入滲過程中坡內(nèi)力學(xué)參數(shù)的變化及滲流變化情況。鄧衛(wèi)東等(2003)通過進行現(xiàn)場人工模擬降雨試驗來研究雨水入滲與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系。詹良通等(2003)進行了降雨入滲條件下非飽和土邊坡原位監(jiān)測，并得出降雨入滲造成土體中水平應(yīng)力顯著增加，使得水平應(yīng)力與豎向應(yīng)力比接近理論極限狀態(tài)下的應(yīng)力比。陳劍等(2005)通過現(xiàn)場試驗進行了三峽庫區(qū)滑坡發(fā)生概率與降水條件的關(guān)系的研究。陳曉清等(2006)通過在現(xiàn)場進行人工降雨時邊坡滑動，并進而導(dǎo)致形成泥石流。王繼華(2006)通過室內(nèi)降雨入滲試驗研究了坡體物理力學(xué)參數(shù)的變化。楊越(2012)通過室內(nèi)模擬

降雨試驗研究了土石混合體邊坡的破壞。

上述這些人工降雨試驗研究在一定程度上大大推進了人工降雨模擬裝置的發(fā)展，但目前此類裝置均還存在一定程度的局限和缺陷：

(1)雨強范圍小，同一套裝置通常不能普遍模擬小雨、中雨、大雨、強降雨。

(2)可控性差，試驗裝置一般只能模擬某一強度降雨，而不能分區(qū)模擬不同雨強的降雨。

(3)現(xiàn)有試驗裝置通常可設(shè)定某一雨強模擬降雨，不能根據(jù)某一降雨歷時自動準確模擬實際降雨。

(4)現(xiàn)有試驗裝置通常不能根據(jù)某一降雨歷時數(shù)據(jù)預(yù)測下一時間段的降雨情況。

(5)現(xiàn)有試驗裝置多為固定試驗架，不能根據(jù)試驗需要隨意移動。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種智能人工降雨模擬裝置，該裝置的目的在于提供一種室內(nèi)、現(xiàn)場兩用、便攜、可根據(jù)某一實際降雨歷時模擬降雨過程和預(yù)測未來降雨的智能人工降雨系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的一種智能人工降雨模擬裝置包括：循環(huán)供水系統(tǒng)、智能控制器、計算機及軟件系統(tǒng)、分布式噴灑降雨器、移動式可伸縮試驗架和防風(fēng)結(jié)構(gòu)。

所述的循環(huán)供水系統(tǒng)由供水箱、水泵、水壓力調(diào)節(jié)器、集水箱、連接管和過濾器組成。集水箱通過連接管和過濾器相連，然后再通過連接管與供水箱連接，形成水循環(huán)通道，水泵和水壓力調(diào)節(jié)器與智能控制器和分布式噴灑降雨器連接，為分布式噴灑降雨器供水。

所述的智能控制器一端與分布式噴灑降雨器電磁閥和水壓力調(diào)節(jié)器相連，另一端與計算機相連，通過計算機軟件系統(tǒng)，可以實現(xiàn)控制器對水壓力調(diào)節(jié)器和分布式噴灑降雨器智能控制，此外，智能控制器還與受雨裝置中的雨量傳感器相連，可通過雨量傳感器的反饋作用調(diào)節(jié)降雨強度。

所述的計算機及軟件系統(tǒng)與智能控制器相連，主要用于運行智能控制器。計算機軟件系統(tǒng)不但可以降雨模擬歷時，還可以根據(jù)降雨歷史預(yù)測降雨強度。

所述的分布式噴灑降雨器由上下兩層不同噴嘴直徑的噴頭組合而成，可模擬不同雨強的降雨效果。每個噴頭都有獨立的電磁閥控制開關(guān)，并通過電纜與智能控制器連接。通過計算機及軟件系統(tǒng)，可以方便的對每個噴嘴噴水量和噴水強度進行精確控制，用于模擬降雨量和降雨強度。分布式噴灑降雨器上層噴管直徑60mm，噴嘴直徑200mm，可模擬降雨強度范圍0.5～5.6mm／min。下層噴管直徑30mm，噴嘴直徑80mm，可模擬降雨強度范圍0.02～1.6mm／min。通過分布式噴灑降雨器上下兩層不同直徑的噴管及噴嘴組合，大大加強了降雨器的模擬范圍，基本上可以適用于模擬所有自然降雨工況。分布式噴灑降雨器置于移動式可伸縮試驗架的頂部。

所述的移動式可伸縮試驗架是由四個可調(diào)節(jié)長度的鋼質(zhì)立柱組成的、底部具有滑輪的試驗架，滑輪帶有制動裝置，試驗過程中可固定。

所述的防風(fēng)結(jié)構(gòu)為一式I聚合物制成的上下開口的箱體，置于降雨器下方，可固定于試驗架內(nèi)側(cè)。

本裝置操作簡單，實用方便，適用性強，具有較高的實用價值。

附圖內(nèi)容