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上，對人工降雨特性，降雨強度、降雨分布均勻性、降雨雨滴大小及分布、雨滴終點速度進行記錄和分析，能夠提高降雨觀測數據分析的準確性。觀測人工降雨對于不同形態地貌地表環境的影響，得出控制人工降雨的細節參數。本文從天然降雨與人工降雨的特性進行分析，提出幾點有利于優化人工降雨控制措施的可行性建議。

關鍵詞：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

為了得到準確的實驗結果，實驗人員應該對測試數據進行認真的分析和整理。其中，實驗人員要對現場坡體含水率進行測定，并且要認真記錄不同降雨強度下水分蒸發量，并且要在人工降雨實施前進行試噴，做好管路與測試儀器的調試工作。

人工降雨的裝置一般由通管組裝而成。其裝置的結構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。噴頭采用細密多孔的結構，試驗區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構制成，為了體現對人工降雨實驗基礎數據采集的準確性，采用水壓表和水表檢測系統中的水流量、水壓力大小。

為了體現模擬降雨系統變量，可以通過調節水泵作業狀態的方式，得到豐富的實驗數據。人工降雨活動中控制參數的不同，得到的特性分析結果也不同。在控制參數的分析中，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度為5.05mm/min。此時的降雨均勻系數為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度為3.75mm/min。此時的降雨均勻系數為96.50%，降雨動能為261.39Jm2mm。

二、野外自然狀態降雨動能分析

自然狀態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%。

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

天然狀態下土的基本物理指標是固定的，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，最優含水量為18%。

在人工降雨實驗的過程中，實驗人員需要進行各項數據監測工作，并且根據監測的數據進行分欄記錄。在野外降雨測試過程中，實驗人員需要根據坡面裂縫的不同，進行深度位移數據的記錄。根據孔隙水壓力大小的不用，和測試過程中降雨強度的變化，進行降雨過程中地表徑流數據的綜合評估。

三、降雨強度不同的雨譜特性分析

在人工降雨特性分析的活動中，技術人員需要認真對比不同強度下的降雨數據變化，并且初步得到降雨實驗的結果。

試驗區域古土壤的天然密度為1.64g/cm3，塑限為18.3Wr/%，其液限標準為31.1Wr/%。古土壤的塑性指數為12.8Ii，其壓縮系數為0.62 a1-1/MP，濕限指數為0.043，垂直滲透系數為5.36×105k/（m-s），其水平向滲透系數為2.12×105（m-s），粘粒含量（小于0.005mm狀態下）為29.6%。不同降雨強度的雨譜特性存在著較大的差距，降雨強度為10mm/h時，它的中數直徑為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，實驗人員應該對實驗環境進行認真勘察，檢測實驗環境中有無出現影響實驗數據準確性的其他因素。在野外實驗環境中，可以在刷坡區域隔離出面積合適的試驗區域。并且要設置儲水池、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的關系，在將雨10mm/h中，方程式為Y=0.2803d（2.9448）R2=0.9538。根據不同降雨強度情況下的數據信息進行采集和分析，編制出降雨強度分析表格。不同降雨強度的雨譜特性存在著較大的差距，降雨強度為30mm/h時，它的中數直徑為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的關系，在將雨10mm/h中，方程式為Y=0.3323d（2.2234）R2=0.9379。

四、結語

在天然降雨的觀測基礎上，對人工降雨特性進行分析。在降雨實驗開始之前，實驗人員應該確定好試驗場地，對地表土性條件進行測試并且根據試驗場地水文、地質情況，制定科學合理的降雨實驗方案。確定監測目標及監測對象，根據實地觀察的情況，進行監測儀器的選擇與購置。在標定監測儀器之后，實驗人員需要對監測點的布設進行合理安排，并且認真做好鉆孔及監測儀器的埋設工作。

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作者簡介：賀洪軍（1964-），遼寧蓋州人，助理工程師。