一種室外人工模擬降雨防風裝置及其安裝使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模擬降雨防風裝置，尤其是一種室外人工模擬降雨防風裝置及其安裝使用方法，屬于水文、農學及環境科學技術領域。
【背景技術】
[0002]人工模擬降雨實驗是研究自然降雨對土壤入滲、坡面產流、水文過程、土壤侵蝕等機理過程的理想手段。人工模擬降雨機經過至今70多年的研制歷史，可有效模擬出自然降雨的雨滴特征，還可根據實驗需要，模擬不同雨型和雨強的降雨，有利于研究人員從多方面來研究降雨的各種特性(如雨量、雨強、雨滴大小和分配，降雨動能等)對土壤侵蝕的影響，也有利于研究不同的植被、坡度、土壤類型、土地利用及水土保持措施等因素對水土流失的影響。人工模擬降雨實驗不受時間和空間的限制，可以重現天然降雨，既能節約大量的人力和物力，又能在短時期內重復試驗，縮短試驗周期，因此在以上所述的研究領域應用非常廣泛。根據研究表明，在水土流失規律研究試驗中，絕大多數的試驗資料和數據，都是運用人工模擬降雨的方法，在試驗小區上獲得的。這些資料為坡耕地和其它坡面，預測預報土壤流失以及制定和配置水土保持措施提供了科學依據。隨著人工模擬降雨裝置的研制和性能的完善，它將更快、更多地為研究人員的試驗研究工作提供更精確、更可靠的資料。
[0003]室外人工模擬降雨存在風力或其他干擾問題，一般模擬降雨機的降雨覆蓋范圍內為有效實驗中心，實驗觀測與數據采集都在一定范圍內。具體而言，當前各種型號的室外人工模擬降雨機一般為方柱形裝置，該裝置有一定的高度(一般為I?5m)和覆蓋范圍(一般為I?10m2)，柱角頂端安裝不同型號的降雨噴頭，可有效模擬出不同雨型的降雨過程和自然降雨的雨滴特征，底部覆蓋區域(一般為矩形)為有效實驗區，該實驗區通常采用沙袋或其他防水墻進行圍欄，以便圍成實驗觀測區和集水區。在實驗過程中由于模擬降雨機的覆蓋范圍有限，并且具有一定的高度，若受風力或其他因素影響，模擬的雨滴很容易被吹跑或與實際雨滴產生偏差，實驗區內的模擬水文過程與自然降雨產生較大較大偏差，影響觀測和數據采集，實驗結果因此不可靠。
[0004]為了保證實驗的有效性，布設牢靠的防風裝置是必不可少的。在傳統的室外人工降雨實驗過程中，考慮到人工模擬降雨機并無配套的防風裝置，實驗人員一般會選擇在無風氣候下進行實驗，然而實驗進度會受到顯著影響，效率降低。而且根據實驗要求，降雨機一般搭建在具有一定坡度的地形上，坡度不僅會造成水土流失，也是形成產、匯流的必要條件。受條件限制，斜坡上一般難以搭建牢靠的獨立防風裝置，因此為了彌補風力影響，實驗人員多采用簡易遮擋方法或在降雨機上貼機完全覆蓋。簡易遮擋方式通常為順風向的單面遮擋(完全覆蓋時不僅需要花費較多人力和時間鋪設及回收防風布，在一定程度上影響了實驗效率，而且不利于實驗人員對實驗的觀測和數據采集)，比較簡便易行，比較常見的是根據風向拉防風布或其他防風物品，通過人力或者繩索固定，這種方式所需物力、人力較少，適用不同的降雨設備以及地形條件，在風力或者其他干擾因素較小的情況下，可起到一定作用。貼機完全覆蓋方式是直接利用模擬降雨機的支撐框架，在模擬降雨機外圍直接“貝占身”覆蓋防風布，這種方式效果良好，可隔絕不同方向的風力，利用模擬降雨機的結構可承受一定風力，且可排除地形條件的干擾，根據降雨機的布設來搭建，所需的物力人力較少，是目前比較常見的防風方式，然而降雨機需要承擔來自擋風面的風力，風力較大時，機身難免搖晃，不僅對實驗產生一定的影響，而且會對降雨機的機身帶來較大壓力，進而導致降雨機磨損松動，產生器材損壞及安全隱患。這兩種常見遮擋方式，因防風布或其他遮擋物品對人力或者其他穩固結構體依賴比較大，自身不具備穩定結構，風力較大或遇到其它復雜氣候時遮擋效果及應變性較差，因此存在諸多不可靠因素，難以應付多變的氣候條件和其他干擾因素，從而難以滿足實驗所需求的環境條件。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于:針對上述現有技術存在的缺點，提出一種穩定實用且能夠適用于不同地形條件的室外人工模擬降雨防風裝置，同時給出了安裝使用方法。
[0006]為了達到以上目的，本發明的室外人工模擬降雨防風裝置，包括覆蓋防風罩的支撐框架和設置在支撐框架上的集水管總成，支撐框架由四根垂向延伸的立柱、連接立柱兩端的橫梁和縱梁構成，立柱、橫梁、縱梁形成中空六面體;立柱由至少兩根相鄰端嵌套的可鎖定伸縮豎直管構成，橫梁和縱梁分別由至少兩根相鄰端嵌套的可鎖定伸縮水平管構成；水平管與立柱通過可鎖定鉸接結構連接。
[0007]本發明的防風裝置，可在室外獨立搭建，形成一個穩定密閉的實驗空間，保證人工模擬降雨實驗不受外界因素干擾，確保實驗的科學性和有效性。另外，該防風裝置可根據不同降雨機高度及地形坡度進行調整。
[0008]優選地，防風罩包括包裹在支撐框架四周的防風布以及用于控制防風布收卷的控制系統，控制系統設置在位于支撐框架頂部的支架上;控制系統包括鍵輸入單元，與鍵輸入單元連接的傳感器單元以及與傳感器單元的輸出端連接的控制單元，鍵輸入單元包括充當用戶輸入裝置的至少三個鍵按鈕，鍵按鈕用于輸入與釋放、回收防風布或暫停釋放/回收防風布的步驟相關的鍵值;控制單元的控制輸出端與電機連接，電機與收卷防風布的滾動軸連接。
[0009]這樣，通過遠程操作鍵輸入單元上的鍵按鈕，控制防風布自行鋪設及回收，簡易環保。采用防風布封閉式覆蓋支撐框架，形成的封閉空間能將降雨機完全封閉，起到良好的防風效果。
[0010]優選地，水平管包括長管，長管的外端設有可鎖定鉸接結構;可鎖定鉸接結構為以一定夾角連接長管的短管，短管與長管之間所成的夾角可調，并且短管嵌入位于立柱端部的卡緊槽中，使得立柱與橫梁、縱梁卡固連接。這樣，通過管柱之間的嵌入摩擦力和自身壓力，增加支撐框架的穩定性。
[0011 ]進一步優選地，長管與短管連接的一端設有第一通孔，短管與長管連接的一端設有第二通孔，與第一、第二通孔配合設置調節螺栓，調節螺栓的端部對應連接固定螺帽；當長管與短管之間的夾角調節到需要角度時，通過調節螺栓及固定螺母固定長管與短管的位置，使得二者之間產生一角度變動，以便適應不同坡度條件。
[0012]橫梁、縱梁與立柱銜接處的夾角角度靈活可調，能適應不同狀況的地形，在不同坡度的地形上搭建穩定的支撐框架。角度調整完成后，擰緊固定螺帽即可保證結構穩固，這樣固定螺帽和嵌套摩擦力可承受來自斜坡的不穩定性。
[0013]優選地，相互嵌套的兩根豎直管，其中嵌入型管為第一豎直管，被嵌入型管為第二豎直管，第一豎直管的尾部為嵌入型內管，內管的外管徑小于第二豎直管的內管徑，內管上設有一組呈等間距布置的第一螺孔，第二豎直管的頭部對應設有若干第二螺孔，第一螺孔的數目大于第二螺孔，與第二螺孔配合設有第一雙頭螺絲，第一雙頭螺絲又穿過第一螺孔固定兩根豎直管，兩根豎直管相互嵌套組成立柱，由于可以通過將第二豎直管上的第一雙頭螺絲插入不同的第一螺孔，從而調節立柱長度。
[0014]優選地，相互嵌套的兩根水平管，其中嵌入型管為第一水平管，被嵌入型管為第二水平管，第一水平管的尾部為嵌入型內管，內管的外管徑小于第二水平管柱的內管徑，內管上設有一組呈等間距布置的第三螺孔，第二水平管的頭部對應設有若干第四螺孔，第三螺孔的數目大于第四螺孔，與第四螺孔配合設有第二雙頭螺絲，第二雙頭螺絲又穿過第三螺孔固定兩根水平管，兩根水平管相互嵌套組成橫梁或縱梁，由于可以通過將第二水平管上的第二雙頭螺絲插入第一水平管上不同的第三螺孔，從而調節橫梁或縱梁長度。
[0015]立柱、橫梁及縱梁采用可調式組裝結構，不僅拆卸、組裝簡便，攜帶方便，同時在組裝過程中能根據實際情況，通過調整管柱(豎直管或水平管)的嵌入深度，進而調整立柱、橫梁和縱梁的長度，最終達到調整防風裝置的體積大小的目的，以適應不同型號的降雨機。另外，簡便的搭建方式以及柱狀的穩定結構，不僅能避免風力影響，而且可將其它外界干擾因素隔開，保證室外人工模擬降雨實驗的準確性，為其它相關研究夯實基礎。
[0016]優選地，支撐框架的底面沿其長度、寬度方向均布設有若干集水管。集水管構成擋水墻，取代沙袋或其它擋水物起到集水作用，不僅節省了人力和物力，還避免沙袋中的污染物對水樣造成二次污染，保證采集的水樣真實有效，便于水樣采集。
[0017]優選地，支架由沿支撐框架頂面的長度、寬度方向分別布設的兩根方柱型管材組成，呈井字形布置；防風布上沿豎直方向開有用于供人員進出的門，門上安裝有拉鏈；防風布的上下邊緣均制有一組孔，孔配合鋼圈或尼龍扎帶將防風布的邊緣與支撐框架固定連接。鋼圈及尼龍扎帶可用于固定防風布及支撐框架。