Симулятор дождя - Rainfall simulator

Симулятор дождя, показывающий влияние растительного покрова на эрозию

А симулятор дождя используется в почвоведение и гидрология изучить, как почва реагирует на осадки. Естественные осадки трудно использовать в экспериментирование потому что невозможно достоверно воспроизвести время и интенсивность дождя. Использование смоделированных дождевых осадков значительно ускоряет изучение эрозия, поверхностный сток, и выщелачивание.

Простейшие симуляторы осадков созданы для качественной демонстрации того, что происходит с почвой во время дождя. Эти симуляторы полезны для объяснения того, как удобрение может стекать, а не подавать питательные вещества к посевы.

История

Эволюция симулятора дождя началась в конце 1800-х годов, когда немецкий ученый Эвальд Волльни начал формально изучать эрозию. Поскольку изучение эрозии продолжалось и в начале 1910-х годов, были разработаны экспериментальные полевые участки для сбора стока от естественных дождевых осадков. Естественные осадки начали заменяться моделированными осадками в 1930-х годах, когда пионеры исследований эрозии ужесточили контроль над своими экспериментами, создав первые симуляторы осадков.[1] ‌[2] Эти ранние симуляторы дождя представляли собой обычные бидоны или трубы с отверстиями. Эти отверстия были заменены в 1960-х соплами с полным конусом. Эти сопла были тщательно подобраны для точного приближения (1) размера капли дождевой воды, (2) скорости капли, когда она ударяется о землю, и (3) однородности капель на графике для обеспечения точного моделирования осадки. Симуляторы 1960-х годов могли имитировать только одну интенсивность дождя; однако к 1980-м годам соленоидные клапаны могли регулировать поток воды, чтобы динамически изменять интенсивность моделируемых осадков, почти так же, как интенсивность дождя изменяется естественным образом во время шторма.[3] По мере развития технологии моделирования осадков в начале 1990-х годов, имитаторы осадков использовались в Соединенных Штатах как часть Проект прогнозирования водной эрозии обновить универсальное уравнение потерь почвы.[4]

Соображения по дизайну

Цель

Современные тренажеры для исследований обычно разрабатываются для решения той задачи, для которой они предназначены. Эти задачи могут варьироваться от простых демонстраций для фермеров до передовых научных исследований эрозия, поверхностный сток, и осадок размер. Другие научные темы исследования могут включать оценку управления обработкой почвы, эффектов уплотнения почвы, образования корки и инфильтрации в сельскохозяйственных почвах. ‌[5]

Всплеск капли дождя, который может вызвать эрозию

В исследованиях эрозии, если нет урожая навес присутствует над почвой, распределение размеров и предельная скорость капли дождя необходимо точно смоделировать, поскольку эти факторы влияют на всплеск эрозии.[6]

Требования

Основными компонентами симулятора дождя являются генератор капель, система подачи воды и, возможно, лобовое стекло.[7]

Система подачи воды

Система подачи воды может быть без давления или под давлением. Безнапорные системы обычно состоят из резервуара для воды, подвешенного над полевым участком. Гравитация перемещает воду к участку. В напорных системах для подачи воды на участок используется насос.

Генераторы капель

Генераторы капель преобразуют поток воды в смоделированные капли дождя. Существуют два типа генераторов капель. Первый тип связан с системами подачи без давления с гравитационной подачей, такими как перфорированная труба, свисающие нити или массив иглы для шприцев образующие капли. Второй тип связан с под давлением система подачи соединена с форсункой. Высота генератора капель важна во многих научных симуляторах для обеспечения того, чтобы капли воды достигли предельной скорости в нисходящем направлении. Типичная высота - три метра (десять футов). Генераторы капель под давлением, используемые в научной работе, часто имеют полный конус. форсунки что отличается от большинства оросительных форсунок. Форсунки с полным конусом специально разработаны для распыления очень равномерное распределение. Форсунки с полным конусом могут быть квадратными или круглыми. Квадратные насадки лучше подходят для прямоугольных участков, а круглые - для круглых.

Лобовые стекла

Лобовые стекла не позволяют ветру уносить капли воды с участка. Ветровое стекло может быть легким брезентом, обычным для портативных имитаторов дождя, используемых для экспериментов более короткой продолжительности, или это может быть большая конструкция в случае постоянного имитатора, используемого в долгосрочных исследованиях. Существует компромисс между более тяжелыми ветровыми стеклами, которые обычно могут выдерживать более сильный ветер, и более легкими ветровыми стеклами, которые легче транспортировать.

Тип кадра

Симулятор дождя можно отличить по типу используемой рамы.

А симулятор дождя имеет прямоугольную рамку.

А Симулятор лестницы Norton отличается большой треугольной рамкой.

А имитатор вращающейся стрелы это постоянный симулятор, похожий на центральное круговое орошение система.

An имитатор колеблющегося сопла представляет собой тренажер с разбрызгивателем, который качается, чтобы покрыть раздачу большого участка.

Прочие соображения

  • Симуляторы с фиксированной интенсивностью дешевле производить; тем не мение, тренажеры переменной интенсивности может точно имитировать изменение интенсивности естественного дождя, типичного для большинства штормы. Потоки с переменной скоростью генерируются путем быстрого включения и выключения соленоидный клапан или путем нагнетания воздуха в трубопроводы.[8]
  • Полевые тренажеры полезны для экспериментов, которые моделируют то, что происходит в полевых условиях, когда лабораторные тренажеры предлагают более жесткий контроль экспериментов.
    Симулятор Осадки Лаборатории

Рекомендации

  1. ^ Лафлен, Джон М .; Фланаган, Деннис С. (2013). "Развитие прогнозирования и моделирования почвенной эрозии в США". Международные исследования в области охраны почв и воды. 1 (2): 1–11.
  2. ^ Ганцер, Кларк Дж .; Андерсон, Стивен Х .; Майлз, Рэндалл Дж. (2018). «Столетие первых эрозионных участков». Журнал охраны почв и воды. 73 (3): 57A-59 – A.
  3. ^ Хамфри, Дж; Дэниел, Т; Эдвардс, D; Шарпли, А (2003). «Влияние симулятора осадков и масштаба графика на наземный поток и перенос фосфора». Журнал качества окружающей среды. 32 (6): 2172–2179.
  4. ^ Шарпли, Эндрю; Клейнман, Питер (2003). «Влияние симулятора осадков и масштаба графика на наземный поток и перенос фосфора». Журнал качества окружающей среды. 32 (6): 2172–2179.
  5. ^ Буланж, Жюльен; Малхат, Фараг; Яикаев, Пиянуч; Нанко, Кадзуки; Ватанабэ, Хирозуми (2019). «Портативный имитатор осадков для исследования осадков-стока в масштабе участка, а также переноса отложений и загрязняющих веществ». Международный журнал исследований отложений. 34 (1): 38–47.
  6. ^ Meyer, L.D .; Хармон, У. К. (1979). «Имитатор многоинтенсивных дождевых осадков для исследования эрозии на уклонах рядов». Сделки ASAE. 22 (1): 101–103.
  7. ^ Abudi, I .; Carmi, G .; Берлинер, П. (2012). «Имитатор осадков для исследования стока с полей». Журнал гидрологии. 454-455 (6): 76–81.
  8. ^ Shelton, C.H .; von Bernuth, R.D .; Раджбхандари, С.П. (1985). «Имитатор дождя для непрерывного применения». Сделки ASAE. 28 (4): 1115–1119.