一种便携式人工模拟降雨装置的制作方法

本发明涉及水土保持模拟技术领域，更具体地，涉及一种便携式人工模拟降雨装置。

背景技术：

降雨是指一定时间内的降雨总量和降雨分布，包括：降雨强度、降雨频率和降雨历史，具有时间和空间两个尺度，是影响水土状况的重要因素。其中，人工模拟降雨是研究野外水土流失发生规律的常用技术手段以及制定防治措施的重要依据。

目前使用的人工模拟降雨装置多采用不同类型的喷头，通过直接下喷或侧喷等方式实现对自然降雨的模拟。现有的模拟降雨器大多依赖电力等动力输水装置，耗水量较大，由于野外试验地点受水源限制，使该实施方案具有一定的局限性；同时，当需要进行低降雨强度实验时，该动力输水装置难以控制降雨的均匀度，因此无法得到广泛的推广应用。

由于各地降水量的不同，暴雨的划分标准也有所不同，在西北内陆地区，12小时降水总量在15.0-29.9mm即被认为是大雨。所以，亟需研制适合西北内陆地区使用的模拟降雨器，在低降雨强度条件下也能保证降雨的均匀性。

因此，提供一种便携式人工模拟降雨装置，解决现有技术中无法保证低降雨强度条件下模拟降雨的均匀性，从而影响对实验数据判断和分析的准确性的问题，是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种便携式人工模拟降雨装置，避免了现有技术中无法保证低降雨强度条件下模拟降雨的均匀性，从而影响对实验数据判断和分析的准确性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种便携式人工模拟降雨装置，其特征在于，包括：支架、挡雨布、滴雨筛、供水器、水管和喷头，其中；

所述支架，包括：立柱和横梁，所述立柱与地表水平面垂直，所述横梁的端部固定于所述立柱远离地面的一端，形成镂空结构的支架，所述支架远离地面的横梁均与地表水平面平行；

所述挡雨布，覆盖所述横梁并与之固定，形成平行于地表水平面的挡雨层；

所述滴雨筛，固定于所述立柱上，并位于所述挡雨布的下方，且与所述挡雨布平行，其中，所述滴雨筛上具有呈阵列排布的孔；

所述供水器，包括：水箱、出水口和压力控制阀，其中，

所述水箱，为在所述供水器内部形成的腔体；

所述出水口，位于所述供水器侧面靠近地面的位置，与所述水箱相连通，所述出水口的出水端通过所述水管与所述喷头相连接；

所述压力控制阀，调节所述水箱内压力，控制所述喷头单位时间出水量；

所述水管，为可弯曲的管状结构，所述水管的一端与所述出水口的出水端相连接，所述水管的另一端与所述喷头相连接；

所述喷头，该喷头的出水面正对所述挡雨布，所述供水器为所述挡雨布输送喷水。

在一些可选的实施例中，还包括，驱动设备，所述驱动设备通过连接杆与所述喷头相连接，驱动所述喷头做往复运动，其中，所述驱动设备位于所述支架的外侧。

在一些可选的实施例中，所述驱动设备，进一步为，滑动导轨，其中，所述滑动导轨的行程大于等于所述支架截面宽度的最大值。

在一些可选的实施例中，所述连接杆的长度大于等于所述支架截面宽度的最大值，所述水管的长度大于所述连接杆的长度。

在一些可选的实施例中，所述连接杆的材料，进一步为，不锈钢管或热镀锌圆管。

在一些可选的实施例中，所述供水器，还包括：注水口，通过所述进水口给所述水箱注入水源。

在一些可选的实施例中，所述支架的横截面，进一步为，正方形，所述正方形的边长为1m；其中，所述支架横截面与地表水平面平行。

在一些可选的实施例中，所述滴雨筛的材料，进一步为，不锈钢板、热镀锌板或pvc板，其中所述滴雨筛的孔径为1.5-3mm。

在一些可选的实施例中，所述滴雨筛与所述挡雨布的垂直间距为1-4cm。

在一些可选的实施例中，所述喷头与所述挡雨布的垂直间距为10-15cm。

与现有技术相比，本发明的便携式人工模拟降雨装置，实现了如下的有益效果：

(1)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，在支架的顶部依次设置挡雨布和滴雨筛，并将喷头的出水面正对挡雨布方向，使喷头喷出的水洒落在挡雨布上，使其在自身重力作用下垂直下落，经过滴雨筛形成与自然雨滴粒径相近的水滴，从而实现自然降雨的模拟过程。

(2)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，通过压力调节阀门控制供水器内的压力，进而控制与供水器相连接的喷头的单位时间喷水量，从而可实现低降雨强的模拟实验，通过少量水即可完成单次模拟降水实验，避免了水资源的浪费，使野外实验不再受水源地限制。

(3)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，通过驱动设备驱动喷头在模拟试验区内做匀速的往复运动，从而使喷头喷出的水可以最大面积均匀的喷洒在挡雨布上，从而进一步提高模拟降雨的均匀度，使得模拟降雨实验的数据准确性更高。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例1提供的便携式人工模拟降雨装置的构成示意图；

图2为本发明实施例2提供的便携式人工模拟降雨装置的构成示意图；

图3为本发明实施例3提供的便携式人工模拟降雨装置的构成示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示，本实施例1所提供的便携式人工模拟降雨装置，包括：支架101、挡雨布102、滴雨筛103、供水器104、水管105、和喷头106，其中；

所述支架101，包括：立柱111和横梁112，所述立柱111与地表水平面垂直，所述横梁112的端部固定于所述立柱111远离地面的一端，形成镂空结构的支架101，所述支架101远离地面的横梁112均与地表水平面平行；可选的，所述立柱和所述横梁之间的固定方式可以是焊接或者是通过螺栓贯穿而固定，所述支架与地面接触的一端可以分别焊接圆片结构，以保证所述支架摆放的稳定性。

在一些可选的实施例中，所述支架101的横截面，进一步为，正方形，边长为1m，其中，所述支架101横截面与地表水平面平行，形成长方体等结构的支架。为避免所述支架101在雨水环境中发生腐蚀等问题，从而影响其使用寿命，因此，所述支架101可以使用不锈钢材料或塑钢材料等防锈材料。

所述挡雨布102，覆盖所述横梁112并与之固定，形成平行于地表水平面的挡雨层；当水向所述挡雨布102方向喷射时，起到阻挡水的作用。

所述滴雨筛103，固定于所述立柱112上，并位于所述挡雨布102的下方，且与所述挡雨布102平行，其中，所述滴雨筛103上具有呈阵列排布的孔。为避免所述滴雨筛103因暴露在降水环境中而发生腐蚀等问题，从而影响其使用寿命，在一些可选的实施例中，所述滴雨筛103的材料，进一步为，不锈钢板、热镀锌板或pvc板。

为了更加真实的模拟降雨过程，所述滴雨筛103的孔径大小可设置为与自然降水雨滴粒径相接近的数值：1.5-3mm，当人工模拟降雨时，附着在所述挡雨布和所述滴雨筛的水在重力作用下滴落，通过所述滴雨筛的孔形成与自然降雨粒径相接近的水滴。

在一些可选的实施例中，所述滴雨筛103与所述挡雨布102的垂直间距为1-4cm。使所述挡雨布102上的水在滴落到所述滴雨筛103之前时，在自身重力作用下有一段加速度的距离，使水滴更好地穿过所述滴雨筛103，然后垂直下落，实现对自然降雨的模拟。

所述供水器104，包括：水箱141、出水口142和压力控制阀143，其中，

所述水箱141，为在所述供水器104内部形成的腔体。

所述出水口142，位于所述供水器104侧面靠近地面的位置与所述水箱141相连通，所述出水口142的出水端通过所述水管105与所述喷头106相连接。

所述压力控制阀143，用于调节所述水箱141内压力，控制所述喷头106单位时间的出水量。

野外模拟人工降雨时，使用本实施例所示降雨装置，使用一水箱的水即可完成一次模拟降雨。

所述供水器104，还包括：注水口144，为保证每场模拟降雨时所述供水器104内的初始水量一致，通过所述注水口144将所述水箱141内注满水，通过调节所述压力控制阀143，使所述供水器104内的压力始终保持一致，从而保证所述喷头106单位时间的喷水量。

所述水管105，为可弯曲的管状结构，可以为常用的波纹管或橡胶管等；所述水管105的一端与所述出水口142的出水端相连接，所述水管105的另一端与所述喷头106相连接，将所述供水器104中的水传送至所述喷头106。

所述喷头106，该喷头106的的出水面正对所述挡雨布102，所述供水器104为所述挡雨布102输送喷水；通过调节所述供水器104的所述压力控制阀143，使所述水桶141中的水沿所述水管105通过所述喷头106均匀的喷出。

在压力的作用下，所述喷头106喷出的水有一定的初速度和冲击力，为避免所述喷头106与所述挡雨布102间距过小而导致喷出的水在所述挡雨布102上快速反弹溅射到其他方向，从而影响实验的准确性，因此在一些可选的实施例中，可设定，所述喷头106与所述挡雨布102的垂直间距为

10-15cm，一方面可以缓冲所述喷头106喷出水的冲击力；另一方面使喷水均匀的附着在所述挡雨布102上，在自身重力的作用下，垂直下落，经过所述滴雨筛103的孔，形成与自然雨滴粒径相近的水滴，从而实现雨滴的自然降落；在喷头向所述挡雨布102方向喷水的同时，有一小部分水附着在所述滴雨筛103上，该部分水也在重力的作用下垂直下落，从而实现自然降雨的模拟过程。

可通过人工或者自动化控制所述喷头106沿所需轨迹往复运动，从而使所述喷头106喷出的水能够均匀地附着在所述挡雨布102和所述滴雨筛103的不同位置上，从而进一步提升实验区域降雨的均匀性。本发明通过压力调节阀门控制供水器内的压强，从而控制模拟降水量，可实现低降雨强的模拟实验，实验用水量较少，野外实验不受水源地限制。通过人工或者自动化控制喷头的往复运动，使喷头喷出的水可以最大面积的均匀喷洒在挡雨布上，从而提高模拟降雨的均匀度。该降雨装置结构简单，便于携带组装；即便在野外无电力系统的情况下，也可以通过人工控制喷头的往复运动，完成均匀的降雨模拟实验。

实施例2

如图2所示，本实施例2所提供的便携式人工模拟降雨装置，包括：支架201、挡雨布202、滴雨筛203、供水器204、水管205和喷头206，其中；

所述支架201，包括：立柱211和横梁212，所述立柱211与地表水平面垂直，所述横梁212的端部固定于所述立柱211远离地面的一端，形成镂空结构的支架201，所述支架201远离地面的横梁212均与地表水平面平行；可选的，所述立柱和所述横梁之间的固定方式可以是焊接或者是通过螺栓贯穿而固定，所述支架与地面接触的一端可以分别焊接圆片结构，以保证所述支架摆放的稳定性。

在一些可选的实施例中，所述支架201的横截面，进一步为，正方形，边长为1m，其中，所述支架201的横截面与地表水平面平行，形成长方体等结构的支架。为避免所述支架201在雨水环境中发生腐蚀等问题，从而影响其使用寿命，因此，所述支架可以使用不锈钢材料或塑钢材料等防锈材料。

所述挡雨布202，覆盖所述横梁212并与之固定，形成平行于地表水平面的挡雨层；当水向所述挡雨布202方向喷射时，起到阻挡水的作用。

所述滴雨筛203，固定于所述立柱212上，并位于所述挡雨布202的下方，且与所述挡雨布202平行，其中，所述滴雨筛203上具有呈阵列排布的孔。为避免所述滴雨筛203因暴露在降水环境中而发生腐蚀等问题，从而影响其使用寿命，在一些可选的实施例中，所述滴雨筛的材料，进一步为，不锈钢板、热镀锌板或pvc板。

为了更加真实的模拟降雨过程，所述滴雨筛203的孔径大小可设置为与自然降水雨滴粒径相接近的数值：1.5-3mm，当人工模拟降雨时，附着在所述挡雨布和所述滴雨筛203的水在重力作用下滴落，通过所述滴雨筛203的孔形成与自然降雨粒径相接近的水滴。

在一些可选的实施例中，所述滴雨筛203与所述挡雨布202的垂直间距为1-4cm。使所述挡雨布上的水在滴落到所述滴雨筛之前时，在自身重力作用下有一段加速度的距离，使水滴更好地穿过所述滴雨筛，然后垂直下落，实现对自然降雨的模拟。

所述供水器204，包括：水箱241、出水口242和压力控制阀243，其中，

所述水箱241，为在所述供水器204内部形成的腔体。

所述出水口242，位于所述供水器204侧面靠近地面的位置与所述水箱241相连通；所述出水口242的出水端通过所述水管205与所述喷头206相连接。

所述压力控制阀243，用于调节所述水箱241内压力，控制所述喷头206单位时间的出水量。

野外模拟人工降雨时，使用本实施例所示降雨装置，使用一水箱的水即可完成一次模拟降雨。

为保证每场模拟降雨时所述供水器204内的初始水量一致，通过所述供水器204的注水口244将所述水箱241内注满水，通过调节所述压力控制阀243，使所述供水器204内的压力始终保持一致，从而保证所述喷头206单位时间的喷水量。

所述水管205，为可弯曲的管状结构，可以为常用的波纹管或橡胶管等；所述水管205的一端与所述出水口242的出水端相连接，所述水管205的另一端与所述喷头206相连接，将所述供水器204中的水传送至所述喷头206。

所述喷头206，该喷头206的出水面正对所述挡雨布202，所述供水器204为所述挡雨布202输送喷水；通过调节所述供水器204的所述压力控制阀243，使所述水桶241中的水沿所述水管205通过所述喷头206均匀的喷出。

在压力的作用下，所述喷头206喷出的水有一定的初速度和冲击力，为避免所述喷头206与所述挡雨布202间距过小而导致喷出的水在所述挡雨布202上快速反弹溅射到其他方向，从而影响实验的准确性，因此在一些可选的实施例中，可设定，所述喷头206与所述挡雨布202的垂直间距为

10-15cm，一方面可以缓冲所述喷头206喷出水的冲击力；另一方面使喷水均匀的附着在所述挡雨布202上，在自身重力的作用下，垂直下落，经过所述滴雨筛203的孔，形成与自然雨滴粒径相近的水滴，从而实现雨滴的自然降落；在喷头向所述挡雨布202方向喷水的同时，有一小部分水附着在所述滴雨筛203上，该部分水也在重力的作用下垂直下落，从而实现自然降雨的模拟过程。

在本实施例所述的模拟降雨装置中，还包括：驱动设备207，所述驱动设备207通过连接杆208与所述喷头206相连接，通过所述连接杆208驱动所述喷头206往复运动。为避免所述驱动设备207被雨水侵蚀，所述驱动设备207位于所述支架的外侧。进一步的，所述驱动设备207可以人工操作也可以通过自动化水平实现。当野外试验受电力系统限制时，通过人工控制驱动设备，以驱动喷头的匀速往复运动，完成模拟降雨实验；当野外试验有电力系统支持时，可以通过在驱动设备上连接控制系统，智能控制所述喷头的往复运动。

在一些可选的实施例中，所述驱动设备207，进一步为，滑动导轨；其中，所述滑动导轨的行程大于等于所述支架201截面宽度的最大值。通过驱动所述滑动导轨的往返运动，进而带动所述喷头206往返运动。

可选的，所述滑动导轨，可以为，十字滑动导轨；组成该十字滑动导轨的两个滑动导轨固定方向分别与所述支架201上标注的a方向和b方向平行，通过人工或者自动化控制使两个滑动导轨分别沿a方向和b方向做滑动，从而带动所述喷头206在与所述遮雨布202平行的二维空间内做往复运动，进而使所述喷头206喷出的水能够均匀地附着在所述挡雨布202和所述滴雨筛203的不同位置上，从而进一步提升实验区域降雨的均匀性。

为保证所述喷头206可以移动到所述遮雨布下方的任意位置，所述滑动导轨的行程应大于等于所述支架截面宽度的最大值。具体的，沿a方向滑动的导轨行程大于等于所示支架沿a方向的宽度，沿b方向滑动的导轨行程大于等于所示支架沿b方向的宽度。

为避免所述十字滑动轨道滑动到所述支架201区域内，在降水环境中出现生锈的问题，进一步的，所述连接杆208的长度大于等于所述支架201截面宽度的最大值。在本实施例中，所述连接杆208的长度大于等于所示支架沿a方向的宽度即可。为避免模拟降雨过程中所述水管205被反复拖拽受损伤，可将所述水管的一部分固定在所述连接杆上，参见图2，为保证模拟降雨过程所述水管205因长度不够而被拉伸出现从与所述供水器分离的问题，所述水管205的长度应大于所述连接杆208的长度。

由于所述连接杆208要频繁处于降水环境中，为避免所述连接杆生锈，所述连接杆208的材料，可进一步为，不锈钢管或热镀锌圆管。

本发明通过压力调节阀门控制供水器内的压强，从而控制模拟降水量，可实现低降雨强的模拟实验；通过驱动设备中滑动导轨的二维运动带动喷头的往复运动，使喷头喷出的水可以最大面积的均匀喷洒在挡雨布上，从而进一步提高模拟降雨的均匀度。其中，当野外模拟实验不受电力系统支持的地方，可以通过人工控制驱动设备带动喷头的往复运动，当模拟试验地点有条件连通电源设备时，可通过在驱动设备上连接控制系统，通过智能控制所述喷头的往复运动，实现自动化模拟降雨实验。

实施例3

以下提供一种本申请所述的便携式人工模拟降雨装置的应用实施例；

如图3所示，本实施例的便携式人工模拟降雨装置中，包括：支架301、挡雨布302、滴雨筛303、供水器304、水管305、喷头306和滑动导轨307，其中；

所述支架301上固定安装有所述挡雨布302和所述滴雨筛303，所述供水器304与所述喷头306连接，所述喷头306，的出水面正对所述挡雨布302，所述滑动导轨307与所述喷头306相连接。

当要进行模拟降雨实验时，首先选定实验区域，并将所示支架301放置于该选定的实验区域上，并将所述滑动导轨307放置于所述支架301外侧某一为位置，根据所述支架301截面的宽度和长度数据，通过人工或者自动化控制所述滑动导轨307的运动轨迹，使与所述滑动导轨307相连接的所述喷头306可以在所述支架301的整个截面区域内做往复运动。将所述供水器304的所述水箱341装满水，通过所述压力调节阀门343控制所述供水器304内的压力，通过所述水管305使所述喷头306单位时间的喷水量一致。依次启动所述滑动导轨307和所述供水器304，使所述喷头306喷出的水均匀的洒落在所述挡雨布302上，在所述挡雨布302上聚集的水在自身重力的作用下，垂直下落，经过所述滴雨筛303的孔，形成与自然雨滴粒径相近的水滴，从而实现雨滴的自然降落；在所述喷头306向所述挡雨布302方向喷水的同时，有一小部分水附着在所述滴雨筛303上，该部分水也在重力的作用下垂直下落，从而实现自然降雨的模拟过程。

通过以上各个实施例可知，本发明的便携式人工模拟降雨装置，存在的有益效果是：

(1)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，在支架的顶部依次设置挡雨布和滴雨筛，并将喷头的出水面正对挡雨布方向，使喷头喷出的水洒落在挡雨布上，使其在自身重力作用下垂直下落，经过滴雨筛形成与自然雨滴粒径相近的水滴，从而实现自然降雨的模拟过程。

(2)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，通过压力调节阀门控制供水器内的压力，进而控制与供水器相连接的喷头的单位时间喷水量，从而可实现低降雨强的模拟实验，通过少量水即可完成单次模拟降水实验，避免了水资源的浪费，使野外实验不再受水源地限制。

(3)本发明所述的便携式人工模拟降雨装置，通过驱动设备驱动喷头在模拟试验区内做匀速的往复运动，从而使喷头喷出的水可以最大面积均匀的喷洒在挡雨布上，从而进一步提高模拟降雨的均匀度，使得模拟降雨实验的数据准确性更高。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。