一种智能人工降雨模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能人工降雨模拟装置。该装置包括循环供水系统、智能控制器、计算机及软件系统、分布式喷洒降雨器、移动式可伸缩试验架和防风结构组成。其中，分布式喷洒降雨器由上下两层不同直径的喷管，以及与喷嘴直径相应的喷头组合而成。所述防风结构置于降雨器下方，可固定于试验架内侧，其由式I所述聚合物制备所得：所述高分子聚合物的Mw为5.115×104，分子量分布指数为1.761。
【专利说明】一种智能人工降雨模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能人工降雨模拟装置，特别涉及一种研究滑坡、泥石流等地质灾害的便携式降雨模拟装置。本专利得到国家973项目“大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制”的基金资助。
【背景技术】
[0002]降雨作为诱发边坡灾害的一个重要因素，一直以来受到国内外学者的关注。降雨所引起的滑坡、泥石流等地质灾害已使得很多地区和城市受到了严重危害，造成了大量的人员伤亡和财产损失，对经济建设和社会稳定构成了极大影响。如2010年8月7日甘肃省舟曲县由于强降雨，引发的特大山洪地质灾害，泥石流所流经区域被夷为平地，造成了失踪1148人、死亡337人的重大人员伤亡情况。
[0003]现场试验和室内物理模拟试验是研究降雨诱发滑坡的重要方法。通过试验不仅可以直观看到边坡的破坏情况，而且可以准确地采集降雨入渗过程中坡内力学参数的变化及渗流变化情况。邓卫东等(2003)通过进行现场人工模拟降雨试验来研究雨水入渗与边坡稳定性的关系。詹良通等(2003)进行了降雨入渗条件下非饱和土边坡原位监测，并得出降雨入渗造成土体中水平应力显著增加，使得水平应力与竖向应力比接近理论极限状态下的应力比。陈剑等(2005)通过现场试验进行了三峡库区滑坡发生概率与降水条件的关系的研究。陈晓清等(2006)通过在现场进行人工降雨时边坡滑动，并进而导致形成泥石流。王继华(2006)通过室内降雨入渗试验研究了坡体物理力学参数的变化。杨越(2012)通过室内模拟
[0004]降雨试验研究了土石混合体边坡的破坏。
[0005]上述这些人工降雨试验研`究在一定程度上大大推进了人工降雨模拟装置的发展，但目前此类装置均还存在一定程度的局限和缺陷:
[0006](I)雨强范围小，同一套装置通常不能普遍模拟小雨、中雨、大雨、强降雨。
[0007](2)可控性差，试验装置一般只能模拟某一强度降雨，而不能分区模拟不同雨强的降雨。
[0008](3)现有试验装置通常可设定某一雨强模拟降雨，不能根据某一降雨历时自动准确模拟实际降雨。
[0009](4)现有试验装置通常不能根据某一降雨历时数据预测下一时间段的降雨情况。
[0010](5)现有试验装置多为固定试验架，不能根据试验需要随意移动。
【发明内容】
[0011]针对上述存在的问题，本发明公开了一种智能人工降雨模拟装置，该装置的目的在于提供一种室内、现场两用、便携、可根据某一实际降雨历时模拟降雨过程和预测未来降雨的智能人工降雨系统。
[0012]本发明提供的一种智能人工降雨模拟装置包括:循环供水系统、智能控制器、计算机及软件系统、分布式喷洒降雨器、移动式可伸缩试验架和防风结构。
[0013]所述的循环供水系统由供水箱、水泵、水压力调节器、集水箱、连接管和过滤器组成。集水箱通过连接管和过滤器相连，然后再通过连接管与供水箱连接，形成水循环通道，水泵和水压力调节器与智能控制器和分布式喷洒降雨器连接，为分布式喷洒降雨器供水。
[0014]所述的智能控制器一端与分布式喷洒降雨器电磁阀和水压力调节器相连，另一端与计算机相连，通过计算机软件系统，可以实现控制器对水压力调节器和分布式喷洒降雨器智能控制，此外，智能控制器还与受雨装置中的雨量传感器相连，可通过雨量传感器的反馈作用调节降雨强度。
[0015]所述的计算机及软件系统与智能控制器相连，主要用于运行智能控制器。计算机软件系统不但可以降雨模拟历时，还可以根据降雨历史预测降雨强度。
[0016]所述的分布式喷洒降雨器由上下两层不同喷嘴直径的喷头组合而成，可模拟不同雨强的降雨效果。每个喷头都有独立的电磁阀控制开关，并通过电缆与智能控制器连接。通过计算机及软件系统，可以方便的对每个喷嘴喷水量和喷水强度进行精确控制，用于模拟降雨量和降雨强度。分布式喷洒降雨器上层喷管直径60mm，喷嘴直径200mm，可模拟降雨强度范围0.5~5.6mm / min。下层喷管直径30mm，喷嘴直径80mm，可模拟降雨强度范围
0.02~1.6mm / min。通过分布式喷洒降雨器上下两层不同直径的喷管及喷嘴组合，大大加强了降雨器的模拟范围，基本上可以适用于模拟所有自然降雨工况。分布式喷洒降雨器置于移动式可伸缩试验架的顶部。
[0017]所述的移动式可伸缩试验架是由四个可调节长度的钢质立柱组成的、底部具有滑轮的试验架，滑轮带有制动装置，试验过程中可固定。
[0018]所述的防风结构为一式I聚合物制成的上下开口的箱体，置于降雨器下方，可固定于试验架内侧。
[0019]本装置操作简单，实用方便，适用性强，具有较高的实用价值。
[0020]附图内容
[0021]图1为降雨模拟装置示意图，其中1-循环供水系统、2-智能控制器、3-计算机及软件系统、4-分布式喷洒降雨器、5-移动式可伸缩试验架、6-防风结构、101-供水箱、102-水泵、103-水压力调节器、104-上水管、105-连接管、106-过滤器、107-集水箱、501-钢管、502-钢柱、503-滑轮、504-卡环；
[0022]图2为分布式喷洒降雨器局部示意图，其中401-喷管、402-喷头、403-电磁阀、404-喷管、405-喷头。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:试验装置的结构和使用
[0024]如图1所示，本发明包括:循环供水系统1、智能控制器2、计算机及软件系统3、分布式喷洒降雨器4、移动式可伸缩试验架5和防风结构6。循环供水系统I由供水箱101、水泵102、水压力调节器103、上水管104、集水箱107、连接管105和过滤器106组成。集水箱107通过连接管105和过滤器106相连，然后再通过连接管105与供水箱101连接，形成水循环通道。其中，集水箱107主要是将模拟降雨进行汇集，过滤器106用于净化汇集的模拟降雨，并通过连接管道105输送到供水箱101中重复利用。水泵102和水压力调节器103与智能控制器2和分布式喷洒降雨器4连接，为分布式喷洒降雨器4供水。水泵102可将集水箱107中的水提升到高处，水压力调节器103用于控制上水管104中水的压力。
[0025]智能控制器2 —端与分布式喷洒降雨器4中的电磁阀403 (如图2)和水压力调节器103相连，另一端与计算机3相连，通过计算机软件系统3，可输入降雨历时数据，可以实现控制器2对水压力调节器103和分布式喷洒降雨器4进行智能控制。此外，智能控制器2还与受雨装置中的雨量传感器相连，可通过雨量传感器的反馈作用调节降雨强度，从而达到智能降雨的效果。计算机及软件系统3与智能控制器2相连，主要用于运行智能控制器
2。计算机软件系统3不但可以降雨模拟历时，还可以通过马尔可夫链模型(内置模块)，根据降雨历史预测降雨强度。
[0026]如图1和2所示，分布式喷洒降雨器4由上下两层不同直径喷管401和404及喷嘴直径的喷头402和405组合而成，可模拟不同雨强的降雨效果。每个喷头都有独立的流量控制电磁阀403控制，电磁阀403与智能控制器2相连，通过智能控制器2，可控制每个喷头的喷水量，从而大大提高了本发明装置的模拟降雨范围。分布式喷洒降雨器4置于移动式可伸缩试验架5的顶部。移动式可伸缩试验架5是由四个可调节长度的钢质立柱501、502和滑轮503、卡环504组成的。其中，钢质立柱分两段，钢柱502和钢管501，钢柱502可通过自动控制开关伸入钢管中，从而实现钢质立柱的可伸缩性。滑轮503可使试验架方便移动，卡环504可使滑轮固定于地面上。防风结构6为一式I聚合物制成的上下开口的箱体，置于分布式喷洒降雨器4的下方，可固定于试验架5内侧。防风结构6主要用于野外模拟降雨试验时防止风对降雨效果的影响。
[0027]本发明使用时，采用如下步骤:
[0028]I确定试验场地，放置移动式可伸缩试验架5:将立柱501和502高度调到合适的位置；
`[0029]2安置分布式喷洒降雨器4:在喷管401和404上安装喷头402和405，以及电磁阀403，将分布式喷洒降雨器4置于移动式可伸缩试验架5顶部；
[0030]3安装循环供水系统1:将供水箱101、水泵102、水压力调节器103、上水管104相连接，上水管分成两个水管，分别连接到分布式喷洒降雨器4的上下两层不同直径喷管401和404。将集水箱107通过连接管105和过滤器106相连，然后再通过连接管105与供水箱101连接，形成水循环通道；
[0031]4将水泵102和水压力调节器103与智能控制器2连接；
[0032]5将分布式喷洒降雨器4的上下两层喷管上安置的控制喷头流量的电磁阀线路与智能控制器2连接；
[0033]6将智能控制器连接到计算机3 ；
[0034]7通过计算机及软件系统，可输入降雨历时，通过智能控制器，控制电磁阀及各喷头喷水量，模拟不同降雨强度。
[0035]实施例2:式I聚合物的制备
[0036]步骤一:以三甲基硅乙炔为原料，在_78°C氮气保护条件下，通过丁基锂与4，4' -二溴苯甲酮，按等物质的量反应生成含羟基的末端炔键化合物；具体操作为:250ml三口瓶中加入17mmol TMSA，加入30ml无水四氢呋喃，冷却至-78°C，缓慢滴加丁 2.4M 丁基锂溶液15.6mmol,保温30min。加入4,4' -二溴苯甲酮14.2mmol。12小时后加入去离子水和四丁基氟化胺14.2mmol。用二氯甲烷萃取有机层，旋干后用二氯甲烷:石油醚=3: I过柱，得淡黄色固体化合物。
[0037]步骤二:步骤一所得产物在摩尔分数比为5%的吡啶对甲苯磺酸盐催化下，通过三倍当量的脱水剂原酸三甲酯作用，与环己醇进行脱水合环反应；具体操作为:反应管中加入步骤一的化合物7.2mmol,环己醇8.6mmol,吡唳对甲苯磺酸盐0.36mmol,氮气氛围下
加入原酸三甲酯21.6mmol，然后加入I，2-二氯乙烷25ml，85°C搅拌12小时。用石油醚过
柱得白色固体产物
【权利要求】
1.一种智能人工降雨模拟装置，其特征在于包括分布式喷洒降雨器，所述降雨器由上下两层不同直径的喷管，以及与喷嘴直径相应的喷头组合而成。
2.根据权利要求1所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于还包括循环供水系统、智能控制器、计算机及软件系统、移动式可伸缩试验架和防风结构。
3.根据权利要求2所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于所述循环供水系统由供水箱、水泵、水压力调节器、集水箱、连接管和过滤器组成，其中集水箱通过连接管和过滤器相连，然后再通过连接管与供水箱连接，形成水循环通道；水泵和水压力调节器与智能控制器和分布式喷洒降雨器连接，为分布式喷洒降雨器供水。
4.根据权利要求2所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于:所述智能控制器一端与分布式喷洒降雨器电磁阀和水压力调节器相连，另一端与计算机相连，通过计算机软件系统，实现控制器对水压力调节器和分布式喷洒降雨器智能控制；其中智能控制器还与受雨装置中的雨量传感器相连，可通过雨量传感器的反馈作用自动调节降雨强度。
5.根据权利要求2所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于所述计算机及软件系统与智能控制器相连，主要用于运行智能控制器。
6.根据权利要求1所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于:分布式喷洒降雨器置于移动式可伸缩试验架的顶部，所述移动式可伸缩试验架是由四个可调节长度的钢质立柱组成的、底部具有滑轮的试验架。
7.根据权利要求2所述的智能人工降雨模拟装置，其特征在于:防风结构为一有机材料制成的上下开口的箱体，所述有机材料是由式I聚合物制备所得，
8.式I所示的聚合物在建筑工程方面的用途。
【文档编号】A01G15/00GK103477926SQ201310449394
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘晓丽, 王恩志, 刘中港, 高岩堂, 钟建文 申请人:清华大学