一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法和测定装置，测定装置主体为一长方形铁皮箱，高70cm，长125cm，厚12cm，箱体左右两侧开口，其中一侧安装有八个并列设置的小风扇，用以在箱体内提供水平方向的均匀恒定水平气流，箱体上方近风扇侧开一长方形口，长10cm，宽10cm，用以接收雨滴进入，箱体底部铺设有一平板，平板上顺次设置有12个紧密排列的长宽为10cm的金属盒，用以收集不同位置的雨滴，测定不同位置的雨量。

A Method and Device for Rapid Measurement of Raindrop Size Distribution

The invention provides a measuring method and a measuring device for fast measuring the size distribution of raindrops. The main body of the measuring device is a rectangular tin box with a height of 70 cm, a length of 125 cm, a thickness of 12 cm, and openings on both sides of the box body. Eight small fans are arranged side by side to provide uniform and constant horizontal air flow in the horizontal direction in the box body, and a long square is opened near the fan side above the box body. The shape mouth, 10 cm long and 10 cm wide, is used to receive raindrops. A flat plate is laid at the bottom of the box body. There are 12 closely arranged metal boxes with 10 cm long and wide in succession on the flat plate, which are used to collect raindrops at different locations and measure rainfall at different locations.

【技术实现步骤摘要】
一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法及其装置
本专利技术涉及水土保持监测
，特别是涉及一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法及其装置。
技术介绍
雨滴大小分布与土壤侵蚀过程及农田作物管理等密切相关。其中，雨滴直径测定方法较多，常用的方法有：色斑法、罗盘仪法、面粉球法、高速摄影法、雨滴动能测定仪等，但面粉球法误差较大，使用不方便；色斑法、罗盘仪法操作繁琐，测量周期较长，费时费工；高速摄影法、雨滴动能测定仪使用方便，但造价较高，在实际应用中收到一定限制。因而亟待出现一种经济实用的雨滴大小分布的快速测定方法及其装置。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于该快速测定雨滴大小分布的装置。本专利技术的技术方案如下：一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定不同风力作用下不同粒径雨滴的偏移距离情况，具体步骤包括(a)采用滤纸法，将涂有曙红的滤纸布置于装置底部；(b)将测定装置固定于待测区域，调整好角度，待风扇旋转稳定后，开盖计时；(c)一定时间后，关闭进雨口盖；(d)观察滤纸上的雨滴分布，以雨滴较多且无明显重叠情况所对应的时间为合适的开盖时间；(e)找寻到适合的时间后，再次进行测定，对测得的滤纸数据进行分析，将滤纸在长度方向上以小口处为开始每10cm分为一个区间，统计每个区间的雨滴直径情况；(f)找出不同风力下各个区间的代表性雨滴直径d；(2)计算雨滴动能，将底部的滤纸换为若干分隔的铝盒，按照步骤(1)进行，然后量取每个铝盒中的水量，结合滤纸法测得的每个区间的代表性雨滴直径，，即可按照公式P＝V/S、I＝P/T计算降雨量P和雨强I，其中V：铝盒内收集水的总体积，S：装置上端小口的面积，T：开口时间；由d计算单个雨滴的体积，用每个铝盒内水量的总体积除以单个雨滴体积，则可知每格有多少滴这样的水滴，则据此画出雨谱，并按照公式Vy＝0.496＊10((28.32+6.542lg0.1d－(lg0.1d)2)1/2)－3.665)(d＜0.19cm)，其中d为雨滴直径。进一步的技术方案包括，由公式t＝H/Vy，F＝6πrηv，a＝F/m，计算出理论偏移距离L理论＝(1/2)at2，验证实际距离和理论距离两者之间的关系。一种用于如上所述的测定装置，其特征在于：所述测定装置主体为一长方形铁皮箱，高70cm，长125cm，厚12cm，箱体左右两侧开口，其中一侧安装有八个并列设置的小风扇，用以在箱体内提供水平方向的均匀恒定水平气流，箱体上方近风扇侧开一长方形口，长10cm，宽10cm，用以接收雨滴进入，箱体底部铺设有一平板，平板上顺次设置有12个紧密排列的长宽为10cm的金属盒，用以收集不同位置的雨滴，测定不同位置的雨量。进一步的技术方案包括，所述箱体上方近风扇处所开的长方形口还设置有活动盖体。进一步的技术方案包括，所述箱体底部平板上还包括单独设置的涂有曙红的滤纸。本专利技术的技术效果在于：本专利技术通过利用水平方向上的气流给予下落至装置中的雨滴一恒定稳定水平驱动作用，并由此将不同直径大小、不同降落速度的雨滴分离开来。在降雨过程中，我们认为雨滴的速度由其自身降落时的竖向速度和水平气流提供的水平运动速度组成，并且在恒定水平气流的影响下，雨滴获得一定的水平速度，而不同大小雨滴降落速度不同，速度的叠加，形成不同的下落轨迹，进而使不同大小雨滴在底板不同位置得到良好分选，测得不同底板位置收集的水量，即可计算出该直径范围雨滴的数量，进而确定出一场降雨过程中不同大小雨滴的数量，即为该场降雨雨滴的大小分布。本专利技术能够以简单的操作，测得雨滴动能及一次降雨中雨滴大小分布情况，克服了传统测量工具经验公式繁琐、结果精度差的弊端，采用本专利技术的测量方法和装置获得的雨滴动能数据更为准确，可以为土壤侵蚀理论研究提供更为可靠的数据来源。附图说明图1所示为本专利技术的测定装置的结构示意图。图2所示为测定原理示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示为本专利技术的雨滴大小分布的测定装置的结构示意图。本专利技术的用于快速测量雨滴大小分布的测定装置包括长方形的铁皮箱体，箱体的长宽高优选尺寸为125cm、12cm、70cm。箱体一侧层叠设置有若干小风扇2，另一侧开口，小风扇可以在箱体内形成恒定水平气流。本实施例中小风扇优选为8个。箱体的底部依次相连的设置有若干10cm＊10cm的铝盒1，用以承接收集箱体内吹落到不同位置的雨滴。本实施例中铝盒数优选为12个。箱体的上方近风扇侧设置有10cm＊10cm的方形口，用以导入雨滴。具体测量和计算方法：(1)确定不同风力作用下不同粒径雨滴的偏移距离情况总结不同风力情况下各小区内雨滴直径情况，找出有代表性的区间雨滴直径。A.采用滤纸法，将涂有曙红的滤纸布置于箱体底部。B.将测量装置固定于待测区域，调整好角度，待风扇旋转稳定后，开盖计时。C.一定时间后(30s，60s，90s)，关闭进雨口盖。D.观察滤纸上的雨滴分布，以雨滴较多且无明显重叠情况所对应的时间为合适的开盖时间。(不同雨强条件下的最适时间可能不同)。E.找寻到适合的时间后，再次进行测定，对测得的滤纸数据进行分析，将滤纸在长度方向上每10cm分为一个区间，统计每个区间的雨滴直径情况。F.多次试验，统计每个区间的雨滴直径情况，总结出该区间的代表性雨滴直径大小。G.找出不同风力下各个区间的代表性雨滴直径。(2)相关公式可行性分析因为雨滴速度比计算的物体沉降速度小。出现这种情况的原因，如H.康克(Kohnke)和A.贝塔拉(Bertrand)所指出的，是雨滴形状变化所致，即纺锤形.所以我们需验证按球形计算的结果具有一定的可靠性A.以各区间中线到开口的距离代表该区间雨滴的实际偏移距离。B.由滤纸数据得出该风力条件下每个区间的代表直径d，由公式Vy＝0.496＊10((28.32+6.542lg0.1d－(lg0.1d)2)1/2)－3.665)t＝H/VyF＝6πrηva＝F/m计算得出理论偏移距离L理论＝(1/2)at2。C.验证实际距离和理论距离两者之间的关系(3)换滤纸为铝盒，根据公式，计算雨滴动能A.将底部的滤纸换为铝盒，仪器固定于降雨区域，调整好角度，开始降雨，待雨强稳定后，开盖计时B.一定时间后(一般30min)，停止降雨，取出仪器C.量取每个铝盒中的水量，结合滤纸法测得的每个区间的代表性雨滴直径d，已知每个铝盒中的水量体积，即可计算降雨量P和雨强IP＝V/SI＝P/TP：降雨量V：小格内收集水的总体积S：装置上端开口的面积I：雨强T：开口时间知道每个小格的代表性直径d，然后即可画出雨谱(由d计算单个雨滴的体积，用每个铝盒内水量的总体积除以单个雨滴体积，则可知每格有多少滴这样的水滴，则可以画出雨谱)和计算动能EVy＝0.496＊10((28.32+6.542lg0.1d－(lg0.1d)2)1/2)－3.665)(d＜0.19cm)E＝1/2mv2m＝ρV雨滴以下为杨凌区10月份一次降雨，利用本专利技术的方法和装置测得的雨滴大小分布结果如下表所示：由上表相关数据可以计算雨滴分布率、雨滴动能：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定不同风力作用下不同粒径雨滴的偏移距离情况，具体步骤包括(a)采用滤纸法，将涂有曙红的滤纸布置于装置底部；(b)将测定装置固定于待测定区域，调整好角度，待装置风扇稳定后，开盖计时；(c)一定时间后，关闭进雨口盖；(d)观察滤纸上的雨滴分布，以雨滴较多且无明显重叠情况所对应的时间为合适的开盖时间；(e)找寻到适合的时间后，再次进行测定，对测得的滤纸数据进行分析，将滤纸在长度方向上以小口处为开始每10cm分为一个区间，统计每个区间的雨滴直径情况；(f)找出不同风力下各个区间的代表性雨滴直径d；(2)计算雨滴动能，将底部的滤纸换为若干分隔的方形铝盒，按照步骤(1)进行，然后量取每个铝盒中的水量，结合滤纸法测得的每个区间的代表性雨滴直径，即可按照公式P＝V/S、I＝P/T计算降雨量P和雨强I，其中V：各个铝盒内收集水的总体积，S：装置上端小口的面积，T：开口时间；(3)由d计算单个雨滴的体积，用每个铝盒内水量的总体积除以单个雨滴体积，则可知每格有多少滴这样的水滴，则据此画出雨谱。

【技术特征摘要】
1.一种用于快速测定雨滴大小分布的测定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定不同风力作用下不同粒径雨滴的偏移距离情况，具体步骤包括(a)采用滤纸法，将涂有曙红的滤纸布置于装置底部；(b)将测定装置固定于待测定区域，调整好角度，待装置风扇稳定后，开盖计时；(c)一定时间后，关闭进雨口盖；(d)观察滤纸上的雨滴分布，以雨滴较多且无明显重叠情况所对应的时间为合适的开盖时间；(e)找寻到适合的时间后，再次进行测定，对测得的滤纸数据进行分析，将滤纸在长度方向上以小口处为开始每10cm分为一个区间，统计每个区间的雨滴直径情况；(f)找出不同风力下各个区间的代表性雨滴直径d；(2)计算雨滴动能，将底部的滤纸换为若干分隔的方形铝盒，按照步骤(1)进行，然后量取每个铝盒中的水量，结合滤纸法测得的每个区间的代表性雨滴直径，即可按照公式P＝V/S、I＝P/T计算降雨量P和雨强I，其中V：各个铝盒内收集水的总体积，S：装置上端小口的面积，T：开口时间；(3)由d计算单个雨滴的体积，用每个铝盒内水...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟秦倩，王健，赵晨欣，王洁，吴鸿宇，吕汶亭，赵煜权，蒋蒙，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61