模拟人工降雨中的雨滴测定方法研究

1  前言

降雨侵蚀是坡面侵蚀的动力，雨滴击溅破坏土壤结构，分散土体成土粒，造成土壤表层孔隙减少或者堵塞，形成“板结”引起土壤渗透性下降，利于地表径流形成和流动，同时雨滴打击增强地表薄层径流的紊动强度，导致了侵蚀和输沙能力增大等。因此降雨雨滴的观测，是研究天然降雨和人工模拟降雨特征及设计人工降雨装置的一项重要工作。

2  测定方法研究

反映降雨雨滴谱特性参数，主要有雨滴直径大小、组成分布、降落速度和动能。雨滴直径的大小，决定了降落雨滴的质量和速度的大小，从而决定了雨滴所具有动能的大小。国外文献中常见的测定方法有方格法、快速摄影法、浸入法、面粉球法、滤纸色斑法、雷达观测法和光学雨量计法等。雷达观测法和光学雨量计法可实时、大面积地观测包括雨滴粒径及其分布在内的降雨基本特性，一般只应用于天然降雨的观测。

（1）摄影法是适用于在实验室内观测模拟降雨的一种较为常用的方法，观测中，先用摄影机拍摄出正在下落中的雨滴的相片，然后在显微镜下量测出该雨滴的粒径。也有人通过压力传感器测量出雨滴的动能，然后反算出该雨滴的粒径。

（2）浸入法是用盛有油料的容器接盛雨滴，通过测量油中水珠直径来确定雨滴的大小。由于油与水不融合，且油比水轻，因此落入油中的雨滴因表面张力的作用而变成球形水珠，这样就可直接测量出该雨滴的直径。浸入法适用于测量粒径较小的雾滴或雨滴。

（3）面粉球法是将雨滴收集在盛有面粉的容器中。当下降雨滴与面粉接触后，每个雨滴就产生一个小小的湿面球。将容器连同雨滴形成的湿面球，一起置于烘箱内烘干，它们就凝固成一个个硬面球，然后将面球从容器中拿出来称重，测出每个雨滴的大小。

（4）色斑法又称作滤纸法，是历史悠久、应用最广泛的一种雨滴粒径测量方法。该法基于“水滴在同一材料上形成的色斑大小与水滴的粒径大小成正比”的假定，预先率定好水滴粒径与色斑粒径之间的关系，然后通过量测雨滴在相同材料上形成的色斑大小推知相应的雨滴粒径。利用色斑法测雨滴直径，首先选取合适的滤纸及涂料，因为这两者对测量精度影响很大。国内研究者一般选用天津登峰化学化学试剂厂生产的曙红水溶性染料和滑石粉的混合粉末（其重量比按1：10配合）及杭州新华造纸厂生产的Φ15cm定性中速滤纸。使用前将混合粉末薄薄地均匀涂在滤纸上，在干燥情况下这种混合粉末不显色。当雨滴落在滤纸上时，即留下永久性的近似圆形色斑。

3  适宜性讨论

摄影法能方便准确的测出降雨的雨滴大小与分布情况，但高速摄影仪造价太高，一般人工模拟降雨试验很难使用；浸入法适合于测定较小的雾滴，对大雨滴不适用；面粉团法所需的测量仪器成本低廉，测量成果较可靠，它适用于高强度的降雨，但每次测量中都须让面粉球在取样器中自然风干一天，然后放在烘箱内105°条件下烘48小时，再高精度电子天平逐级称量的过程，在野外使用很不方便，且不适用于测量粒径太小的雨滴；色斑法适合于各种人工降雨试验与野外天然降雨研究，此法可以观测到粒径极小的雾滴，国内多采用此方法间接推算雨滴直径来了解各种降雨中的雨滴特性，该法由于操作简单，成本低廉而在国内外应用最为广泛。