論天然降雨與人工降雨特性研究分析

賀洪軍　賀鑫　何洋　張憲冬　劉顯清

摘 要：在天然降雨的觀測基礎(chǔ)上，對人工降雨特性，降雨強(qiáng)度、降雨分布均勻性、降雨雨滴大小及分布、雨滴終點速度進(jìn)行記錄和分析，能夠提高降雨觀測數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。觀測人工降雨對于不同形態(tài)地貌地表環(huán)境的影響，得出控制人工降雨的細(xì)節(jié)參數(shù)。本文從天然降雨與人工降雨的特性進(jìn)行分析，提出幾點有利于優(yōu)化人工降雨控制措施的可行性建議。

關(guān)鍵詞：天然降雨；人工降雨；特性分析

一、人工降雨實驗裝置選擇和降雨器控制

為了得到準(zhǔn)確的實驗結(jié)果，實驗人員應(yīng)該對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的分析和整理。其中，實驗人員要對現(xiàn)場坡體含水率進(jìn)行測定，并且要認(rèn)真記錄不同降雨強(qiáng)度下水分蒸發(fā)量，并且要在人工降雨實施前進(jìn)行試噴，做好管路與測試儀器的調(diào)試工作。

人工降雨的裝置一般由通管組裝而成。其裝置的結(jié)構(gòu)分為總體部分和支管部分兩大類，其中，降雨降至的支管有多條樓主管密集綁扎，管體的三通管、兩通管、支管間距一般控制在兩米左右。噴頭采用細(xì)密多孔的結(jié)構(gòu)，試驗區(qū)的樓主管由控制閥連接蓄水池。在人工降雨的實驗活動中，蓄水池采用長五米高四米寬半米的立體儲水結(jié)構(gòu)制成，為了體現(xiàn)對人工降雨實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，采用水壓表和水表檢測系統(tǒng)中的水流量、水壓力大小。

為了體現(xiàn)模擬降雨系統(tǒng)變量，可以通過調(diào)節(jié)水泵作業(yè)狀態(tài)的方式，得到豐富的實驗數(shù)據(jù)。人工降雨活動中控制參數(shù)的不同，得到的特性分析結(jié)果也不同。在控制參數(shù)的分析中，降雨器提供的供水壓力一般在0-100kpa。降雨器的噴頭擺動頻率為14.53次/min，人工降雨實驗中其降雨強(qiáng)度為5.05mm/min。此時的降雨均勻系數(shù)為98.10%，降雨動能為272.85Jm2mm。降雨器的噴頭擺動頻率為12.43次/min，人工降雨實驗中其降雨強(qiáng)度為3.75mm/min。此時的降雨均勻系數(shù)為96.50%，降雨動能為261.39Jm2mm。

二、野外自然狀態(tài)降雨動能分析

自然狀態(tài)下降雨雨滴動能不同，半陽坡天然草地坡中位的地形中，其坡度為15°，土壤的密度為1.44g/cm3，土壤的孔隙度為51.6%。天然草地的地被物一般為草類、野菊等植被，其地表平均覆蓋度為75%左右。

人工草地的坡度為15°，土壤的密度為1.15g/cm3，一般實驗條件下的黃土孔隙度為46.6%。

試驗區(qū)域黃土的天然密度為1.44g/cm3，塑限為17.7Wr/%，其液限標(biāo)準(zhǔn)為28.3Wr/%。黃土的塑性指數(shù)為10.6Ii，其壓縮系數(shù)為0.82 a1-1/MP，濕限指數(shù)為0.079，垂直滲透系數(shù)為2.55×105k/（m-s），其水平向滲透系數(shù)為1.72×105（m-s），粘粒含量（小于0.005mm狀態(tài)下）為17.9%。

天然狀態(tài)下土的基本物理指標(biāo)是固定的，土層的天然密度為1.64g/cm3，天然的含水量大約為28%，土層的干密度為1.28 g/cm3，比重為2.778左右，孔隙比為1.17.土層的最大干密度為1.733 g/cm3，最優(yōu)含水量為18%。

在人工降雨實驗的過程中，實驗人員需要進(jìn)行各項數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，并且根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分欄記錄。在野外降雨測試過程中，實驗人員需要根據(jù)坡面裂縫的不同，進(jìn)行深度位移數(shù)據(jù)的記錄。根據(jù)孔隙水壓力大小的不用，和測試過程中降雨強(qiáng)度的變化，進(jìn)行降雨過程中地表徑流數(shù)據(jù)的綜合評估。

三、降雨強(qiáng)度不同的雨譜特性分析

在人工降雨特性分析的活動中，技術(shù)人員需要認(rèn)真對比不同強(qiáng)度下的降雨數(shù)據(jù)變化，并且初步得到降雨實驗的結(jié)果。

試驗區(qū)域古土壤的天然密度為1.64g/cm3，塑限為18.3Wr/%，其液限標(biāo)準(zhǔn)為31.1Wr/%。古土壤的塑性指數(shù)為12.8Ii，其壓縮系數(shù)為0.62 a1-1/MP，濕限指數(shù)為0.043，垂直滲透系數(shù)為5.36×105k/（m-s），其水平向滲透系數(shù)為2.12×105（m-s），粘粒含量（小于0.005mm狀態(tài)下）為29.6%。不同降雨強(qiáng)度的雨譜特性存在著較大的差距，降雨強(qiáng)度為10mm/h時，它的中數(shù)直徑為1.1359d50/mm，降雨的平均直徑為0.8463d/mm，降雨的最大直徑為1.8229dmax/mm。在開展人工降雨實驗的過程中，實驗人員應(yīng)該對實驗環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真勘察，檢測實驗環(huán)境中有無出現(xiàn)影響實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的其他因素。在野外實驗環(huán)境中，可以在刷坡區(qū)域隔離出面積合適的試驗區(qū)域。并且要設(shè)置儲水池、積水渠和集水槽，并且將蓄水池灌滿水。我們分析累積體積比例Y與雨滴直徑d的關(guān)系，在將雨10mm/h中，方程式為Y=0.2803d（2.9448）R2=0.9538。根據(jù)不同降雨強(qiáng)度情況下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和分析，編制出降雨強(qiáng)度分析表格。不同降雨強(qiáng)度的雨譜特性存在著較大的差距，降雨強(qiáng)度為30mm/h時，它的中數(shù)直徑為1.3165d50/mm，降雨的平均直徑為0.9334d/mm，降雨的最大直徑為1.9643dmax/mm。我們分析累積體積比例Y與雨滴直徑d的關(guān)系，在將雨10mm/h中，方程式為Y=0.3323d（2.2234）R2=0.9379。

四、結(jié)語

在天然降雨的觀測基礎(chǔ)上，對人工降雨特性進(jìn)行分析。在降雨實驗開始之前，實驗人員應(yīng)該確定好試驗場地，對地表土性條件進(jìn)行測試并且根據(jù)試驗場地水文、地質(zhì)情況，制定科學(xué)合理的降雨實驗方案。確定監(jiān)測目標(biāo)及監(jiān)測對象，根據(jù)實地觀察的情況，進(jìn)行監(jiān)測儀器的選擇與購置。在標(biāo)定監(jiān)測儀器之后，實驗人員需要對監(jiān)測點的布設(shè)進(jìn)行合理安排，并且認(rèn)真做好鉆孔及監(jiān)測儀器的埋設(shè)工作。

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作者簡介：賀洪軍（1964-），遼寧蓋州人，助理工程師。