一種智能人工降雨模擬裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能人工降雨模擬裝置。該裝置包括循環(huán)供水系統(tǒng)、智能控制器、計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)、分布式噴灑降雨器、移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架和防風(fēng)結(jié)構(gòu)組成。其中，分布式噴灑降雨器由上下兩層不同直徑的噴管，以及與噴嘴直徑相應(yīng)的噴頭組合而成。所述防風(fēng)結(jié)構(gòu)置于降雨器下方，可固定于試驗(yàn)架內(nèi)側(cè)，其由式I所述聚合物制備所得：所述高分子聚合物的Mw為5.115×104，分子量分布指數(shù)為1.761。
【專利說明】一種智能人工降雨模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(xiàng)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)】
[0002]降雨作為誘發(fā)邊坡災(zāi)害的一個(gè)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(yán)重危害，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)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(qiáng)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。
[0003]現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)是研究降雨誘發(fā)滑坡的重要方法。通過試驗(yàn)不僅可以直觀看到邊坡的破壞情況，而且可以準(zhǔn)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(jìn)行現(xiàn)場人工模擬降雨試驗(yàn)來研究雨水入滲與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系。詹良通等(2003)進(jìn)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(yàn)進(jìn)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(jìn)行人工降雨時(shí)邊坡滑動(dòng)，并進(jìn)而導(dǎo)致形成泥石流。王繼華(2006)通過室內(nèi)降雨入滲試驗(yàn)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
[0004]降雨試驗(yàn)研究了土石混合體邊坡的破壞。
[0005]上述這些人工降雨試驗(yàn)研`究在一定程度上大大推進(jìn)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:
[0006](I)雨強(qiáng)范圍小，同一套裝置通常不能普遍模擬小雨、中雨、大雨、強(qiáng)降雨。
[0007](2)可控性差，試驗(yàn)裝置一般只能模擬某一強(qiáng)度降雨，而不能分區(qū)模擬不同雨強(qiáng)的降雨。
[0008](3)現(xiàn)有試驗(yàn)裝置通?？稍O(shè)定某一雨強(qiáng)模擬降雨，不能根據(jù)某一降雨歷時(shí)自動(dòng)準(zhǔn)確模擬實(shí)際降雨。
[0009](4)現(xiàn)有試驗(yàn)裝置通常不能根據(jù)某一降雨歷時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測下一時(shí)間段的降雨情況。
[0010](5)現(xiàn)有試驗(yàn)裝置多為固定試驗(yàn)架，不能根據(jù)試驗(yàn)需要隨意移動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]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(shí)際降雨歷時(shí)模擬降雨過程和預(yù)測未來降雨的智能人工降雨系統(tǒng)。
[0012]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(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)、分布式噴灑降雨器、移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架和防風(fēng)結(jié)構(gòu)。
[0013]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。
[0014]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(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，可以實(shí)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?zhàn)饔谜{(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度。
[0015]所述的計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)與智能控制器相連，主要用于運(yùn)行智能控制器。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)不但可以降雨模擬歷時(shí)，還可以根據(jù)降雨歷史預(yù)測降雨強(qiáng)度。
[0016]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(qiáng)的降雨效果。每個(gè)噴頭都有獨(dú)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(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)，可以方便的對每個(gè)噴嘴噴水量和噴水強(qiáng)度進(jìn)行精確控制，用于模擬降雨量和降雨強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架的頂部。
[0017]所述的移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架是由四個(gè)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(yàn)架，滑輪帶有制動(dòng)裝置，試驗(yàn)過程中可固定。
[0018]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(yàn)架內(nèi)側(cè)。
[0019]本裝置操作簡單，實(shí)用方便，適用性強(qiáng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0020]附圖內(nèi)容
[0021]圖1為降雨模擬裝置示意圖，其中1-循環(huán)供水系統(tǒng)、2-智能控制器、3-計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)、4-分布式噴灑降雨器、5-移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架、6-防風(fēng)結(jié)構(gòu)、101-供水箱、102-水泵、103-水壓力調(diào)節(jié)器、104-上水管、105-連接管、106-過濾器、107-集水箱、501-鋼管、502-鋼柱、503-滑輪、504-卡環(huán)；
[0022]圖2為分布式噴灑降雨器局部示意圖，其中401-噴管、402-噴頭、403-電磁閥、404-噴管、405-噴頭。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和使用
[0024]如圖1所示，本發(fā)明包括:循環(huán)供水系統(tǒng)1、智能控制器2、計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)3、分布式噴灑降雨器4、移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架5和防風(fēng)結(jié)構(gòu)6。循環(huán)供水系統(tǒng)I由供水箱101、水泵102、水壓力調(diào)節(jié)器103、上水管104、集水箱107、連接管105和過濾器106組成。集水箱107通過連接管105和過濾器106相連，然后再通過連接管105與供水箱101連接，形成水循環(huán)通道。其中，集水箱107主要是將模擬降雨進(jìn)行匯集，過濾器106用于凈化匯集的模擬降雨，并通過連接管道105輸送到供水箱101中重復(fù)利用。水泵102和水壓力調(diào)節(jié)器103與智能控制器2和分布式噴灑降雨器4連接，為分布式噴灑降雨器4供水。水泵102可將集水箱107中的水提升到高處，水壓力調(diào)節(jié)器103用于控制上水管104中水的壓力。
[0025]智能控制器2 —端與分布式噴灑降雨器4中的電磁閥403 (如圖2)和水壓力調(diào)節(jié)器103相連，另一端與計(jì)算機(jī)3相連，通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)3，可輸入降雨歷時(shí)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)控制器2對水壓力調(diào)節(jié)器103和分布式噴灑降雨器4進(jìn)行智能控制。此外，智能控制器2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?zhàn)饔谜{(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，從而達(dá)到智能降雨的效果。計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)3與智能控制器2相連，主要用于運(yùn)行智能控制器
2。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)3不但可以降雨模擬歷時(shí)，還可以通過馬爾可夫鏈模型(內(nèi)置模塊)，根據(jù)降雨歷史預(yù)測降雨強(qiáng)度。
[0026]如圖1和2所示，分布式噴灑降雨器4由上下兩層不同直徑噴管401和404及噴嘴直徑的噴頭402和405組合而成，可模擬不同雨強(qiáng)的降雨效果。每個(gè)噴頭都有獨(dú)立的流量控制電磁閥403控制，電磁閥403與智能控制器2相連，通過智能控制器2，可控制每個(gè)噴頭的噴水量，從而大大提高了本發(fā)明裝置的模擬降雨范圍。分布式噴灑降雨器4置于移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架5的頂部。移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架5是由四個(gè)可調(diào)節(jié)長度的鋼質(zhì)立柱501、502和滑輪503、卡環(huán)504組成的。其中，鋼質(zhì)立柱分兩段，鋼柱502和鋼管501，鋼柱502可通過自動(dòng)控制開關(guān)伸入鋼管中，從而實(shí)現(xiàn)鋼質(zhì)立柱的可伸縮性?；?03可使試驗(yàn)架方便移動(dòng)，卡環(huán)504可使滑輪固定于地面上。防風(fēng)結(jié)構(gòu)6為一式I聚合物制成的上下開口的箱體，置于分布式噴灑降雨器4的下方，可固定于試驗(yàn)架5內(nèi)側(cè)。防風(fēng)結(jié)構(gòu)6主要用于野外模擬降雨試驗(yàn)時(shí)防止風(fēng)對降雨效果的影響。
[0027]本發(fā)明使用時(shí)，采用如下步驟:
[0028]I確定試驗(yàn)場地，放置移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架5:將立柱501和502高度調(diào)到合適的位置；
`[0029]2安置分布式噴灑降雨器4:在噴管401和404上安裝噴頭402和405，以及電磁閥403，將分布式噴灑降雨器4置于移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架5頂部；
[0030]3安裝循環(huán)供水系統(tǒng)1:將供水箱101、水泵102、水壓力調(diào)節(jié)器103、上水管104相連接，上水管分成兩個(gè)水管，分別連接到分布式噴灑降雨器4的上下兩層不同直徑噴管401和404。將集水箱107通過連接管105和過濾器106相連，然后再通過連接管105與供水箱101連接，形成水循環(huán)通道；
[0031]4將水泵102和水壓力調(diào)節(jié)器103與智能控制器2連接；
[0032]5將分布式噴灑降雨器4的上下兩層噴管上安置的控制噴頭流量的電磁閥線路與智能控制器2連接；
[0033]6將智能控制器連接到計(jì)算機(jī)3 ；
[0034]7通過計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)，可輸入降雨歷時(shí)，通過智能控制器，控制電磁閥及各噴頭噴水量，模擬不同降雨強(qiáng)度。
[0035]實(shí)施例2:式I聚合物的制備
[0036]步驟一:以三甲基硅乙炔為原料，在_78°C氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，通過丁基鋰與4，4' -二溴苯甲酮，按等物質(zhì)的量反應(yīng)生成含羥基的末端炔鍵化合物；具體操作為:250ml三口瓶中加入17mmol TMSA，加入30ml無水四氫呋喃，冷卻至-78°C，緩慢滴加丁 2.4M 丁基鋰溶液15.6mmol,保溫30min。加入4,4' -二溴苯甲酮14.2mmol。12小時(shí)后加入去離子水和四丁基氟化胺14.2mmol。用二氯甲烷萃取有機(jī)層，旋干后用二氯甲烷:石油醚=3: I過柱，得淡黃色固體化合物。
[0037]步驟二:步驟一所得產(chǎn)物在摩爾分?jǐn)?shù)比為5%的吡啶對甲苯磺酸鹽催化下，通過三倍當(dāng)量的脫水劑原酸三甲酯作用，與環(huán)己醇進(jìn)行脫水合環(huán)反應(yīng)；具體操作為:反應(yīng)管中加入步驟一的化合物7.2mmol,環(huán)己醇8.6mmol,吡唳對甲苯磺酸鹽0.36mmol,氮?dú)夥諊?br> 加入原酸三甲酯21.6mmol，然后加入I，2-二氯乙烷25ml，85°C攪拌12小時(shí)。用石油醚過
柱得白色固體產(chǎn)物
【權(quán)利要求】
1.一種智能人工降雨模擬裝置，其特征在于包括分布式噴灑降雨器，所述降雨器由上下兩層不同直徑的噴管，以及與噴嘴直徑相應(yīng)的噴頭組合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于還包括循環(huán)供水系統(tǒng)、智能控制器、計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)、移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架和防風(fēng)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于所述循環(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，其中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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于:所述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(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)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；其中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?zhàn)饔米詣?dòng)調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)與智能控制器相連，主要用于運(yùn)行智能控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于:分布式噴灑降雨器置于移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架的頂部，所述移動(dòng)式可伸縮試驗(yàn)架是由四個(gè)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(yàn)架。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人工降雨模擬裝置，其特征在于:防風(fēng)結(jié)構(gòu)為一有機(jī)材料制成的上下開口的箱體，所述有機(jī)材料是由式I聚合物制備所得，
8.式I所示的聚合物在建筑工程方面的用途。
【文檔編號】A01G15/00GK103477926SQ201310449394
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】劉曉麗, 王恩志, 劉中港, 高巖堂, 鐘建文 申請人:清華大學(xué)