人工模拟降雨试验数据分析论文.doc

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1、人工模拟降雨试验数据分析论文1人工模拟降雨试验方法1．1径流小区布局野外人工模拟降雨试验要在前期土壤水分不饱和的状态下进行，因此每次模拟降雨试验只能在同一径流小区进行一次降雨过程。为获取更多的野外模拟降雨产汇流及水土流失对比数据，计划在每个项目区的典型坡度———5°～8°、8°～15°、15°～25°分别建设坡地径流小区。径流小区的布设与等高线垂直，根据相关规范和实际条件，径流小区投影面积一般为60m2，即20m(顺坡投影长度)×3m(宽与等高线平行)。云县石佛山坡耕地水土流失综合治理试点工程水土保持监测项目于2

2、010年12月初完成8°、12°、15°三块坡地小区的建设，2011年6月下旬第一次模拟降雨试验后，为方便对比分析，根据工程进展情况在12°坡地小区旁增设一块梯地小区。1．2人工模拟降雨系统5学海无涯此次人工模拟降雨试验采用西安理工大学研制的人工模拟降雨试验系统(图1)。它基于工控组态软件，应用现有的人工模拟降雨试验装置，将试验过程的常用设备和工控软件结合在一起，增加了自动控制环节，通过对控制系统进行改造，解决了手动调节雨强不方便的问题，实现了对不同时段、不同雨强、不同分布的人工模拟降雨系统的手动和自动双控制，采

3、用监控组态系统更好地满足了人工模拟降雨试验的需求。该人工模拟降雨系统可建于自然坡面上，高6m，降雨试验区长20m、宽3m，有效降雨面积60m2。降雨系统布设在降雨装置支架上，喷头选用与天然降雨雨滴谱最为接近的X型下喷式喷头，由4组不同喷嘴孔径组合而成。为兼顾模拟降雨的均匀性与搭建支架的经济性和安全性，将系统在野外难以架设的固定式方钢支架改为钢管脚手架。顶宽超出径流小区宽度方向两边各0．3m，顶端横杆按照水管和喷头分布架设，压力控制装置设4个出水管，每管对应同一喷嘴孔径的喷头，共设置4组24个不同喷嘴孔径喷头，支架

4、内部无任何遮挡。压力控制装置可自动、手动控制出水管的全开、全关或部分开启。本系统可模拟降雨强度变化范围4～200mm/h，降雨雨强最小分辨值1．3mm/h，降雨强度控制精度0．66mm/h，降雨均匀度＞0．95。系统采用先进的闭环自动控制理论和技术，是一种应用交流变频调速器控制的人工模拟降雨自动控制设备，以降雨过程的最终实际降雨参数控制和驱动系统的各个降雨部件，克服了从水源到喷头之间诸多环节对降雨的随机影响。实验室测试结果表明，该设备的主要性能指标优于国内外其他人工模拟降雨系统，是进行土壤产汇流和侵蚀规律研究的重

5、要试验设备。1．3人工模拟降雨雨强石佛山小流域位于云南省临沧市云县幸福镇幸福村水土保持监测项目区。模拟降雨设计频率及雨强参照幸福雨量站。该站距项目区直线距离2km，1983年建站，有1983—2010年共28年的完整降雨资料，降雨资料质量可靠，能满足设计暴雨频率分析要求。通过幸福雨量站1h短历时暴雨频率计算，石佛山小流域100年一遇1h降雨量为84．8mm，50年一遇1h降雨量为77．0mm，30年一遇1h降雨量为72．1mm。人工模拟降雨采用100年一遇1h降雨过程。2人工模拟降雨监测结果2．1JDZ02型自记

6、雨量器记录结果人工模拟降雨试验于2011年1月开始，至2012年9月结束，跨2年历时40天，试验时间分别为枯水期两次(第一次、第三次)、主汛期两次(第二次、第四次)。在不同坡度的径流小区分别进行15场次的人工模拟降雨试验。2．2普通雨量器监测结果径流小区人工模拟降雨面降雨量采用普通雨量器监测，用算术平均法计算平均面降雨量。用普通雨量器观测的15场次人工模拟降雨面降雨量计算结果见表3。2．3人工模拟降雨产流产沙量监测人工模拟降雨雨强采用100年一遇1h降雨雨强。在模拟降雨试验前采用移动墒情监测仪和称重法在各小区距地

7、表10、20、30cm土层剖面处取土样分别测定前期土壤含水率，并取平均值。产流产沙量的监测是在有径流产生时，每5min取1个水样，采用加权平均法计算平均含沙量，并用容积法记录产流量。监测结果。5学海无涯3试验结果分析3．1人工模拟降雨试验降雨监测结果分析云南省人工模拟降雨试验是全国第一次大规模使用人工模拟降雨系统在野外研究土壤产汇流和侵蚀规律的试验。实验室内的环境与野外环境差距较大，在野外试验虽然是按100年一遇的标准进行人工降雨，但是由于受风速、风向影响较大，加之降雨雨滴与实际还有一定差距，所以部分降雨随风飘落

8、到小区之外，落到小区地面的降雨标准也因此降低。考虑到上述情况，试验都选在无风或轻微风和微风的环境下进行。将径流小区内安装的JDZ02型自记雨量器记录的降雨雨强与设计降雨雨强进行相关性分析，相关系数都在0．6以上，说明人工模拟降雨过程与设计降雨过程之间存在强相关。根据统计学原理，使用Brown－Forsythe检验法检验设计降雨过程与12场次JDZ02型自记雨量器记录降雨过