[0033] 以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例,都属于本发明的保护范围。
[0034] 实施例1
[0035] 如图1至图6所示,本发明所述的泥石流试验用人工降雨模拟系统,包括人工降雨装置、降雨监测装置、控制装置及远程服务器,人工降雨装置用于实现人工降雨,降雨监测装置用于监测降雨量及土层的变化,控制装置用于控制人工降雨装置和降雨监测装置工作,控制装置经无线与远程服务器通信。
[0036] 人工降雨装置包括电机1、水箱、水泵2、降雨支架11及降雨喷头12,水箱包括总水箱4和若干个分水箱8,在本实施例中,分水箱8有四个,总水箱4经水泵2连接电机,总水箱4还经输水管道3分别与各个分水箱8相连,降雨支架11和降雨喷头12也有四个,各个降雨喷头12分别设置于降雨支架11上,各个分水箱8分别经输水管道3与降雨喷头12相连,总水箱4及各个分水箱8的出水口处的输水管道3均设置有压力控制阀7,总水箱4和分水箱8上均设置有压力表5和排气阀6,通过调节压力控制阀7的开度,能够调整总水箱4和各个分水箱8的水压,从而调节降雨量,压力表5用于检测总水箱4及各个分水箱8内的压力值,排气阀6用于调节总水箱4和分水箱8内的压力,避免水箱内压力波动过大而对试验造成影响,压力表与控制装置的输入端相连,控制装置的输出端分别与压力控制阀7和排气阀6相连。
[0037] 降雨支架包括底座11-1、升降油缸11-2、支板11-3、第一调节油缸11-5及第二调节油缸11-4,支板11-3经升降油缸11-2与底座11-1相连,由升降油缸11-2的伸缩带动支板11-3升降,第一调节油缸11-5的下端与支板11-3铰接,另一端连接降雨喷头12,第一调节油缸
11-5的中部与第二调节油缸11-4的一端铰接,第二调节油缸11-4的另一端与支板11-3铰接,通过第一调节油缸11-5和升降油缸11-2的伸缩能够改变降雨喷头12的高度,通过第二调节油缸11-4的伸缩能够改变降雨喷头12与水平面之间的倾斜角度。升降油缸11-2、第一调节油缸11-5及第二调节油缸11-4分别与控制装置相连,升降油缸11-2、第一调节油缸11-
5及第二调节油缸11-4均为现有油缸,其结构及工作原理不再赘述。此外,降雨喷头12与第一调节油缸11-5之间为可拆卸连接,在使用时可以更换不同规格的降雨喷头12,从而模拟从小雨到暴雨的不同类型的雨强。
[0038] 降雨监测装置包括雨量计10、定杆、测量杆、含水率传感器、位移传感器及摄像机14,定杆插入降雨区域外的土层中,定杆上部设置有拉伸传感器,测量杆插入降雨区域内的土层中,测量杆的顶部经钢丝连接拉伸传感器,含水率传感器及位移传感器均埋设于降雨范围内的土层中,摄像机14经摄像机支架13设置于降雨范围外,雨量计10设置于降雨喷头
12的下方,雨量计10、拉伸传感器、含水率传感器、位移传感器及摄像机14的输出端均与控制装置相连。
[0039] 控制装置包括信号处理单元及单片机,信号处理单元的输入端分别与雨量计10、摄像机14、拉伸传感器、含水率传感器、位移传感器及压力表5的输出端相连,信号处理单元的输出端与单片机相连,单片机的输出端分别与压力控制阀7和排气阀6相连。
[0040] 在本实施例中,电机1采用采用3kw汽油发电机,水泵2采用70米扬程变频恒压水泵,降雨支架11的总高度为3.5米,输水管道3采用高压橡胶水管,压力控制阀7采用电磁阀,压力控制阀7与输水管道3的连接处用密封胶带处理,防止漏水。
[0041] 所述压力控制阀7包括球阀体701、球阀芯712和微型发电机,球阀体701的两端分别设置有左端盖702和右端盖703,左端盖702和球阀芯712之间设置有过滤网705,微型发电机的微型涡轮704卡接在过滤网705与左端盖702之间的球阀体701内壁上,微型发电机的电流输出端电性连接有蓄电池709;球阀芯712上连接有传动杆711,传动杆711与微调电机710的输出轴通过齿轮啮合连接;球阀体701内设置有压力传感器708,压力传感器708与控制器706电性连接,控制器706与微调电机710电性连接,控制器706、微调电机710均与蓄电池709电性连接;左端盖702与过滤网705之间的球阀体701下端设置有排污装置(排污管)707。
[0042] 本发明中的压力控制阀8的球阀体的左端盖与进水端相连,水流通过带动微型涡轮进行发电,并储存在蓄电池中,蓄电池为微调电机和控制器提供电力;通过比较输入的降雨数据和阀体内的水流压力,控制器控通过微调电机控制压力控制阀的开合大小;水流的杂物通过过滤网进行过滤,积累到一定时间后通过排污装置排出。
[0043] 一种利用泥石流试验用人工降雨模拟系统进行人工降雨模拟的方法,依次包括以下步骤:
[0044] (1)在野外选择合适坡面作为试验地点,利用罗盘测量坡面的坡度,并测定坡面土体的土体的密度、前期含水量及颗粒组成特征;
[0045] 测定坡面土体的土体的密度、前期含水量及颗粒组成特征,能够根据坡面土体的特征选择降雨量,同时便于分析不同土质下的泥石流发生情况。
[0046] (2)划定试验区域,布置降雨支架11,并调整降雨喷头12方向,保证降雨均匀;
[0047] (3)在降雨区域内布置雨量计10、测量杆、含水率传感器及位移传感器,在降雨区域外布置定杆、拉伸传感器及摄像机14;
[0048] (4)打开人工降雨装置、降雨监测装置及控制装置,开始试验;
[0049] (5)分别记录实际降雨量、土壤含水率、土壤的位移量及拉伸传感器的拉伸量,并将检测到的数据发送至控制装置,控制装置根据采集到的数据,结合摄像机14拍摄的画面,判断是否发生泥石流,由单片机记录泥石流发生过程中的坡面径流、坡体内部径流、土体蠕滑变形情况及形成泥石流的时间;
[0050] (6)调节压力控制阀7的开度,从而调节降雨喷头12的喷雨量,模拟不同的降雨情况;
[0051] 若区域存在暴雨集中或长时间大风降雨天气,可以通过调节分水箱8内的压力进行控制,也可以将各降雨喷头12的降雨区进行重叠,模拟暴风雨模式下的降雨过程。
[0052] (7)重复步骤(5)及步骤(6),记录在不同降雨情况下泥石流的发生过程,并建立不同降雨情况下泥石流发生过程中的坡面径流、坡体内部径流、土体蠕滑变形情况及形成泥石流的时间。
[0053] 本发明结构简单,操作方便,能够模拟不同的降雨类型,并且能够在不同的降雨类型下检测泥石流发生过程中的坡面径流、坡体内部径流、土体蠕滑变形情况及形成泥石流的时间,检测结果快速准确,为泥石流预测预报提供依据。