论天然降雨与人工降雨特性研究分析

贺洪军　贺鑫　何洋　张宪冬　刘显清

摘 要：在天然降雨的观测基础上，对人工降雨特性，降雨强度、降雨分布均匀性、降雨雨滴大小及分布、雨滴终点速度进行记录和分析，能够提高降雨观测数据分析的准确性。观测人工降雨对于不同形态地貌地表环境的影响，得出控制人工降雨的细节参数。本文从天然降雨与人工降雨的特性进行分析，提出几点有利于优化人工降雨控制措施的可行性建议。

关键词：天然降雨；人工降雨；特性分析

一、人工降雨实验装置选择和降雨器控制

为了得到准确的实验结果，实验人员应该对测试数据进行认真的分析和整理。其中，实验人员要对现场坡体含水率进行测定，并且要认真记录不同降雨强度下水分蒸发量，并且要在人工降雨实施前进行试喷，做好管路与测试仪器的调试工作。

人工降雨的装置一般由通管组装而成。其装置的结构分为总体部分和支管部分两大类，其中，降雨降至的支管有多条楼主管密集绑扎，管体的三通管、两通管、支管间距一般控制在两米左右。喷头采用细密多孔的结构，试验区的楼主管由控制阀连接蓄水池。在人工降雨的实验活动中，蓄水池采用长五米高四米宽半米的立体储水结构制成，为了体现对人工降雨实验基础数据采集的准确性，采用水压表和水表检测系统中的水流量、水压力大小。

为了体现模拟降雨系统变量，可以通过调节水泵作业状态的方式，得到丰富的实验数据。人工降雨活动中控制参数的不同，得到的特性分析结果也不同。在控制参数的分析中，降雨器提供的供水压力一般在0-100kpa。降雨器的喷头摆动频率为14.53次/min，人工降雨实验中其降雨强度为5.05mm/min。此时的降雨均匀系数为98.10%，降雨动能为272.85Jm2mm。降雨器的喷头摆动频率为12.43次/min，人工降雨实验中其降雨强度为3.75mm/min。此时的降雨均匀系数为96.50%，降雨动能为261.39Jm2mm。

二、野外自然状态降雨动能分析

自然状态下降雨雨滴动能不同，半阳坡天然草地坡中位的地形中，其坡度为15°，土壤的密度为1.44g/cm3，土壤的孔隙度为51.6%。天然草地的地被物一般为草类、野菊等植被，其地表平均覆盖度为75%左右。

人工草地的坡度为15°，土壤的密度为1.15g/cm3，一般实验条件下的黄土孔隙度为46.6%。

试验区域黄土的天然密度为1.44g/cm3，塑限为17.7Wr/%，其液限标准为28.3Wr/%。黄土的塑性指数为10.6Ii，其压缩系数为0.82 a1-1/MP，湿限指数为0.079，垂直渗透系数为2.55×105k/（m-s），其水平向渗透系数为1.72×105（m-s），粘粒含量（小于0.005mm状态下）为17.9%。

天然状态下土的基本物理指标是固定的，土层的天然密度为1.64g/cm3，天然的含水量大约为28%，土层的干密度为1.28 g/cm3，比重为2.778左右，孔隙比为1.17.土层的最大干密度为1.733 g/cm3，最优含水量为18%。

在人工降雨实验的过程中，实验人员需要进行各项数据监测工作，并且根据监测的数据进行分栏记录。在野外降雨测试过程中，实验人员需要根据坡面裂缝的不同，进行深度位移数据的记录。根据孔隙水压力大小的不用，和测试过程中降雨强度的变化，进行降雨过程中地表径流数据的综合评估。

三、降雨强度不同的雨谱特性分析

在人工降雨特性分析的活动中，技术人员需要认真对比不同强度下的降雨数据变化，并且初步得到降雨实验的结果。

试验区域古土壤的天然密度为1.64g/cm3，塑限为18.3Wr/%，其液限标准为31.1Wr/%。古土壤的塑性指数为12.8Ii，其压缩系数为0.62 a1-1/MP，湿限指数为0.043，垂直渗透系数为5.36×105k/（m-s），其水平向渗透系数为2.12×105（m-s），粘粒含量（小于0.005mm状态下）为29.6%。不同降雨强度的雨谱特性存在着较大的差距，降雨强度为10mm/h时，它的中数直径为1.1359d50/mm，降雨的平均直径为0.8463d/mm，降雨的最大直径为1.8229dmax/mm。在开展人工降雨实验的过程中，实验人员应该对实验环境进行认真勘察，检测实验环境中有无出现影响实验数据准确性的其他因素。在野外实验环境中，可以在刷坡区域隔离出面积合适的试验区域。并且要设置储水池、积水渠和集水槽，并且将蓄水池灌满水。我们分析累积体积比例Y与雨滴直径d的关系，在将雨10mm/h中，方程式为Y=0.2803d（2.9448）R2=0.9538。根据不同降雨强度情况下的数据信息进行采集和分析，编制出降雨强度分析表格。不同降雨强度的雨谱特性存在着较大的差距，降雨强度为30mm/h时，它的中数直径为1.3165d50/mm，降雨的平均直径为0.9334d/mm，降雨的最大直徑为1.9643dmax/mm。我们分析累积体积比例Y与雨滴直径d的关系，在将雨10mm/h中，方程式为Y=0.3323d（2.2234）R2=0.9379。

四、结语

在天然降雨的观测基础上，对人工降雨特性进行分析。在降雨实验开始之前，实验人员应该确定好试验场地，对地表土性条件进行测试并且根据试验场地水文、地质情况，制定科学合理的降雨实验方案。确定监测目标及监测对象，根据实地观察的情况，进行监测仪器的选择与购置。在标定监测仪器之后，实验人员需要对监测点的布设进行合理安排，并且认真做好钻孔及监测仪器的埋设工作。

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作者简介：贺洪军（1964-），辽宁盖州人，助理工程师。