一种室外人工模拟降雨防风装置及其安装使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟降雨防风装置，尤其是一种室外人工模拟降雨防风装置及其安装使用方法，属于水文、农学及环境科学技术领域。
【背景技术】
[0002]人工模拟降雨实验是研究自然降雨对土壤入渗、坡面产流、水文过程、土壤侵蚀等机理过程的理想手段。人工模拟降雨机经过至今70多年的研制历史，可有效模拟出自然降雨的雨滴特征，还可根据实验需要，模拟不同雨型和雨强的降雨，有利于研究人员从多方面来研究降雨的各种特性(如雨量、雨强、雨滴大小和分配，降雨动能等)对土壤侵蚀的影响，也有利于研究不同的植被、坡度、土壤类型、土地利用及水土保持措施等因素对水土流失的影响。人工模拟降雨实验不受时间和空间的限制，可以重现天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在短时期内重复试验，缩短试验周期，因此在以上所述的研究领域应用非常广泛。根据研究表明，在水土流失规律研究试验中，绝大多数的试验资料和数据，都是运用人工模拟降雨的方法，在试验小区上获得的。这些资料为坡耕地和其它坡面，预测预报土壤流失以及制定和配置水土保持措施提供了科学依据。随着人工模拟降雨装置的研制和性能的完善，它将更快、更多地为研究人员的试验研究工作提供更精确、更可靠的资料。
[0003]室外人工模拟降雨存在风力或其他干扰问题，一般模拟降雨机的降雨覆盖范围内为有效实验中心，实验观测与数据采集都在一定范围内。具体而言，当前各种型号的室外人工模拟降雨机一般为方柱形装置，该装置有一定的高度(一般为I?5m)和覆盖范围(一般为I?10m2)，柱角顶端安装不同型号的降雨喷头，可有效模拟出不同雨型的降雨过程和自然降雨的雨滴特征，底部覆盖区域(一般为矩形)为有效实验区，该实验区通常采用沙袋或其他防水墙进行围栏，以便围成实验观测区和集水区。在实验过程中由于模拟降雨机的覆盖范围有限，并且具有一定的高度，若受风力或其他因素影响，模拟的雨滴很容易被吹跑或与实际雨滴产生偏差，实验区内的模拟水文过程与自然降雨产生较大较大偏差，影响观测和数据采集，实验结果因此不可靠。
[0004]为了保证实验的有效性，布设牢靠的防风装置是必不可少的。在传统的室外人工降雨实验过程中，考虑到人工模拟降雨机并无配套的防风装置，实验人员一般会选择在无风气候下进行实验，然而实验进度会受到显著影响，效率降低。而且根据实验要求，降雨机一般搭建在具有一定坡度的地形上，坡度不仅会造成水土流失，也是形成产、汇流的必要条件。受条件限制，斜坡上一般难以搭建牢靠的独立防风装置，因此为了弥补风力影响，实验人员多采用简易遮挡方法或在降雨机上贴机完全覆盖。简易遮挡方式通常为顺风向的单面遮挡(完全覆盖时不仅需要花费较多人力和时间铺设及回收防风布，在一定程度上影响了实验效率，而且不利于实验人员对实验的观测和数据采集)，比较简便易行，比较常见的是根据风向拉防风布或其他防风物品，通过人力或者绳索固定，这种方式所需物力、人力较少，适用不同的降雨设备以及地形条件，在风力或者其他干扰因素较小的情况下，可起到一定作用。贴机完全覆盖方式是直接利用模拟降雨机的支撑框架，在模拟降雨机外围直接“贝占身”覆盖防风布，这种方式效果良好，可隔绝不同方向的风力，利用模拟降雨机的结构可承受一定风力，且可排除地形条件的干扰，根据降雨机的布设来搭建，所需的物力人力较少，是目前比较常见的防风方式，然而降雨机需要承担来自挡风面的风力，风力较大时，机身难免摇晃，不仅对实验产生一定的影响，而且会对降雨机的机身带来较大压力，进而导致降雨机磨损松动，产生器材损坏及安全隐患。这两种常见遮挡方式，因防风布或其他遮挡物品对人力或者其他稳固结构体依赖比较大，自身不具备稳定结构，风力较大或遇到其它复杂气候时遮挡效果及应变性较差，因此存在诸多不可靠因素，难以应付多变的气候条件和其他干扰因素，从而难以满足实验所需求的环境条件。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的缺点，提出一种稳定实用且能够适用于不同地形条件的室外人工模拟降雨防风装置，同时给出了安装使用方法。
[0006]为了达到以上目的，本发明的室外人工模拟降雨防风装置，包括覆盖防风罩的支撑框架和设置在支撑框架上的集水管总成，支撑框架由四根垂向延伸的立柱、连接立柱两端的横梁和纵梁构成，立柱、横梁、纵梁形成中空六面体;立柱由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩竖直管构成，横梁和纵梁分别由至少两根相邻端嵌套的可锁定伸缩水平管构成；水平管与立柱通过可锁定铰接结构连接。
[0007]本发明的防风装置，可在室外独立搭建，形成一个稳定密闭的实验空间，保证人工模拟降雨实验不受外界因素干扰，确保实验的科学性和有效性。另外，该防风装置可根据不同降雨机高度及地形坡度进行调整。
[0008]优选地，防风罩包括包裹在支撑框架四周的防风布以及用于控制防风布收卷的控制系统，控制系统设置在位于支撑框架顶部的支架上;控制系统包括键输入单元，与键输入单元连接的传感器单元以及与传感器单元的输出端连接的控制单元，键输入单元包括充当用户输入装置的至少三个键按钮，键按钮用于输入与释放、回收防风布或暂停释放/回收防风布的步骤相关的键值;控制单元的控制输出端与电机连接，电机与收卷防风布的滚动轴连接。
[0009]这样，通过远程操作键输入单元上的键按钮，控制防风布自行铺设及回收，简易环保。采用防风布封闭式覆盖支撑框架，形成的封闭空间能将降雨机完全封闭，起到良好的防风效果。
[0010]优选地，水平管包括长管，长管的外端设有可锁定铰接结构;可锁定铰接结构为以一定夹角连接长管的短管，短管与长管之间所成的夹角可调，并且短管嵌入位于立柱端部的卡紧槽中，使得立柱与横梁、纵梁卡固连接。这样，通过管柱之间的嵌入摩擦力和自身压力，增加支撑框架的稳定性。
[0011 ]进一步优选地，长管与短管连接的一端设有第一通孔，短管与长管连接的一端设有第二通孔，与第一、第二通孔配合设置调节螺栓，调节螺栓的端部对应连接固定螺帽；当长管与短管之间的夹角调节到需要角度时，通过调节螺栓及固定螺母固定长管与短管的位置，使得二者之间产生一角度变动，以便适应不同坡度条件。
[0012]横梁、纵梁与立柱衔接处的夹角角度灵活可调，能适应不同状况的地形，在不同坡度的地形上搭建稳定的支撑框架。角度调整完成后，拧紧固定螺帽即可保证结构稳固，这样固定螺帽和嵌套摩擦力可承受来自斜坡的不稳定性。
[0013]优选地，相互嵌套的两根竖直管，其中嵌入型管为第一竖直管，被嵌入型管为第二竖直管，第一竖直管的尾部为嵌入型内管，内管的外管径小于第二竖直管的内管径，内管上设有一组呈等间距布置的第一螺孔，第二竖直管的头部对应设有若干第二螺孔，第一螺孔的数目大于第二螺孔，与第二螺孔配合设有第一双头螺丝，第一双头螺丝又穿过第一螺孔固定两根竖直管，两根竖直管相互嵌套组成立柱，由于可以通过将第二竖直管上的第一双头螺丝插入不同的第一螺孔，从而调节立柱长度。
[0014]优选地，相互嵌套的两根水平管，其中嵌入型管为第一水平管，被嵌入型管为第二水平管，第一水平管的尾部为嵌入型内管，内管的外管径小于第二水平管柱的内管径，内管上设有一组呈等间距布置的第三螺孔，第二水平管的头部对应设有若干第四螺孔，第三螺孔的数目大于第四螺孔，与第四螺孔配合设有第二双头螺丝，第二双头螺丝又穿过第三螺孔固定两根水平管，两根水平管相互嵌套组成横梁或纵梁，由于可以通过将第二水平管上的第二双头螺丝插入第一水平管上不同的第三螺孔，从而调节横梁或纵梁长度。
[0015]立柱、横梁及纵梁采用可调式组装结构，不仅拆卸、组装简便，携带方便，同时在组装过程中能根据实际情况，通过调整管柱(竖直管或水平管)的嵌入深度，进而调整立柱、横梁和纵梁的长度，最终达到调整防风装置的体积大小的目的，以适应不同型号的降雨机。另外，简便的搭建方式以及柱状的稳定结构，不仅能避免风力影响，而且可将其它外界干扰因素隔开，保证室外人工模拟降雨实验的准确性，为其它相关研究夯实基础。
[0016]优选地，支撑框架的底面沿其长度、宽度方向均布设有若干集水管。集水管构成挡水墙，取代沙袋或其它挡水物起到集水作用，不仅节省了人力和物力，还避免沙袋中的污染物对水样造成二次污染，保证采集的水样真实有效，便于水样采集。
[0017]优选地，支架由沿支撑框架顶面的长度、宽度方向分别布设的两根方柱型管材组成，呈井字形布置；防风布上沿竖直方向开有用于供人员进出的门，门上安装有拉链；防风布的上下边缘均制有一组孔，孔配合钢圈或尼龙扎带将防风布的边缘与支撑框架固定连接。钢圈及尼龙扎带可用于固定防风布及支撑框架。