CN102401825A - 一种集成式坡面径流模拟与监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于水文模拟技术领域的一种集成式坡面径流模拟与监测装置。该装置由三个组成部分组成：可拆装式多道多级变坡钢槽，用于承载模拟流域下垫面的土样和植被；产流采集与监测系统，用于实现自动计量和记录产流；一体化下垫面监测系统，用于自动监测产流动态过程中下垫面参数的变化并将数据传输到操作控制台。本发明的系统结构紧凑，集成下垫面模拟、监测以及小区产流的采集和记录，易于安装，设备操作简单，易于维护，运行安全可靠。

Description

一种集成式坡面径流模拟与监测装置

技术领域

本发明属于水文模拟技术领域，具体涉及一种集成式坡面径流模拟与监测装置。

背景技术

近百年来，受人类活动和气候变化的影响，洪旱灾害更为频繁，水资源短缺问题日益严峻，水资源管理已经成为全球性的迫切问题。水文模型可预测径流量，被认为是水资源管理最有效的工具之一。产汇流过程是水文模拟的核心，与坡面产流有关的下垫面参数是水文模型必不可少且最为关键的输入。由于下垫面特性的高度异质性，其坡面径流机制复杂，其产汇流区模型的参数也各异，分布式水文模型中下垫面参数的复杂性很高。传统上主要依赖于野外实测和依照水文气象资料率定的方法获取下垫面水文参数。然而，野外试验在有限地点测定的参数难以反映其在整个流域的空间分布规律，且现场试验需要花费很大的人力和物力；而依据流域出口断面水文资料来率定为数众多的子流域或子区域的参数，其结果也存在很大不确定性。为弥补两种传统方法的缺陷，国内外均进行了产流过程室内模拟的尝试，但已有的研究仍主要停留于对小区产流的采集和计量方法的研究，无法反映全面坡面产流的复杂性；且由于缺乏对下垫面整体的模拟和监测，无法解决获取分布式水文模型下垫面水文参数的问题。因此，如何低成本、有效、准确的获取多种不同下垫面的产汇流参数，是当前产汇流机制以及水文模型研究面临的一大问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成式坡面径流模拟与监测装置。

一种集成式坡面径流模拟与监测装置，该装置由三个组成部分组成：可拆装式多道多级变坡钢槽，产流采集与监测系统和一体化下垫面监测系统；可拆装式多道多级变坡钢槽包括底座1、支架2、土样进料口3、土样槽4、传送带输送机5、液压变坡钢槽6、液压油缸7、钢槽隔板8、传送带控制台9、操作控制台10；钢槽隔板8置于液压变坡钢槽6内，隔板两端底部有可拆卸安装的滚轮，可依据坡面径流试验的需要把液压变坡钢槽6分隔成两道或两道以上，各级液压变坡钢槽6分别由对应的液压油缸7及其支架2与底座1连接，支架2垂直于底座1放置，土样进料口3依次与土样槽4、传送带输送机5、和传送带控制台9相连；产流采集与监测系统包括集水槽13、总集水槽14、水位仪15、导流管16和排水孔17；集水槽13通过导流管16与总集水槽14相连，总集水槽14与排水孔17相连，水位仪15置于集水槽13内；一体化下垫面监测系统包括探头架18、监测设备和数据存储设备；探头架18置于液压变坡钢槽6中的土样内，探头架18上放置监测设备，监测设备的探头连接数据存储设备，数据存储设备与操作控制台10相连接。

土样槽3由土料斗本体11和闸门提升机12组成。

液压变坡钢槽6变坡幅度为0°～45°。

所述监测设备为土壤蒸渗仪、植物蒸腾测定仪、温度测量仪、土壤入渗仪、土壤含水率测定仪、雨量计、地表坡面径流测量仪中的一种或一种以上。

本发明的有益效果：1、集成下垫面模拟、监测以及小区产流的采集和记录，系统结构紧凑，能反映坡面产流过程的复杂性。2、能配合不同产流机制研究的需要，灵活拆卸和安装各部件，以满足下垫面宽度、坡度以及土质和植被类型的模拟需要。3、可实现下垫面模拟土样和植被自动进样，省时省力。4、可实现小区产流流量及其他多个下垫面参数的全过程测量与记录。5、易于安装，设备操作简单，易于维护，运行安全可靠。6、全自动操作，无需专人看管。

附图说明

图1为集成式坡面径流模拟与监测装置示意图；

图2为集成式坡面径流模拟与监测装置侧视图；

图3为集成式坡面径流模拟与监测装置俯视图；

图中，1-底座、2-支架、3-土样槽、4-土样进料口、5-传送带输送机、6-液压变坡钢槽、7-液压油缸、8-钢槽隔板、9-传送带控制台、10-操作控制台、11-土料斗本体、12-闸门提升机、13-集水槽、14-总集水槽、15-水位仪、16-导流管、17-排水孔、18-探头架、19-液压变坡钢槽控制台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种集成式坡面径流模拟与监测装置(如图1-3所示)，该装置由三个组成部分组成：可拆装式多道多级变坡钢槽，产流采集与监测系统和一体化下垫面监测系统；可拆装式多道多级变坡钢槽包括底座1、支架2、土样槽3、土样进料口4、传送带输送机5、液压变坡钢槽6、液压油缸7、钢槽隔板8、传送带控制台9、操作控制台10；钢槽隔板8置于液压变坡钢槽6内，隔板两端底部有可拆卸安装的滚轮，可依据坡面径流试验的需要把液压变坡钢槽6分隔成两道或两道以上，各级钢槽分别由对应的液压油缸7及支架2与底座1连接，支架2垂直于底座1放置，土样进料口3依次与土样槽4、传送带输送机5、和传送带控制台9相连；产流采集与监测系统包括集水槽13、总集水槽14、水位仪15、导流管16和排水孔17；集水槽13通过导流管16与总集水槽14相连，总集水槽14与排水孔17相连，水位仪15置于集水槽13内；一体化下垫面监测系统包括探头架18、监测设备和数据存储设备；探头架18置于液压变坡钢槽6中的土样内，探头架18上放置监测设备，监测设备的探头连接数据存储设备，数据存储设备与操作控制台10相连接；土样槽3由土料斗本体11和闸门提升机12组成。

液压变坡钢槽6由结构件、液压油缸、控制元部件及辅助装置组成。结构件包括底座和连接杆等，其主要功能是承受和传递钢槽的载荷；液压油缸实现钢槽的变坡收放，由液压变坡钢槽控制台19实现变坡幅度的控制。本液压变坡钢槽分两节，可自由组合以模拟不同的坡度，变坡幅度为0°～45°。坡面径流模拟试验准备阶段，土样在重力和闸门提升机的共同作用下落至传送带输送机5上，传送带输送机5由传送带控制台9控制。传送带输送机由橡胶输送带、中部构架、托辊、驱动装置和张紧装置组成，并作防水处理，在坡面径流试验准备阶段可辅助将土样填装到液压变坡钢槽6里。传送带输送机5动力消耗低、输送机能灵活。坡面径流试验土样量重且量大，将其均匀地填装到变坡钢槽原本需要很大的人力物力，传送带输送机5的辅助可以极大程度的节约人力。可拆装式多道多级变坡钢槽由操作控制台10进行调控，控制土样进料的速率、传送带的输送速率以及各节钢槽的坡度变幅。

集水槽13的水可通过有排流闸阀控制的导流管16排入总集水槽14最终通过排水孔17排出。该产流采集系统结构简单，可同时监测任意时刻多种下垫面不同深度的径流过程，且能实现自动计量和记录产流，与传统产流采集方法相比，操作更简单，监测更高效。

坡面监测装置及参数测量设备包括探头架18、监测设备和数据存储设备。探头架置于变坡钢槽的土样中，可依据试验需要灵活拆卸和安装。探头架放置土壤蒸渗仪、植物蒸腾测定仪、温度测量仪、土壤入渗仪、土壤含水率测定仪、雨量计及地表坡面径流测量仪，全自动监测产流动态过程中下垫面参数的变化。探头实时监测的数据传输到操作控制台10的存储主控机中集中保存。存储主控机可本地存储大量数据，也可在现场通过数据接口下载数据；或在有远程请求时通过向管理中心传输数据。与现有事件记录仪或数据采集器相比，该监测系统可同时使用多种、多个的监测设备，灵活性高，自动化程度高，运行管理方便。

为克服坡面径流模拟试验中降雨量波动过大所引起的小区产流排水的困难，集成式坡面径流模拟系统允许用户特别选择具有反馈控制功能的调节器，将雨量信号直接引入控制器，控制器按照降雨量值按比例控制集水槽排水阀，在大降雨量波动条件下进行反馈调节，实现整个系统在设定降雨强度浓度范围内的准确控制。

Claims (4)

1.一种集成式坡面径流模拟与监测装置，其特征在于，钢槽隔板(8)置于液压变坡钢槽(6)内，钢槽隔板(8)两端底部有可拆卸安装的滚轮，可依据坡面径流试验的需要把液压变坡钢槽(6)分隔成两道或两道以上，各级液压变坡钢槽(6)分别由对应的液压油缸(7)及其支架(2)与底座(1)连接，土样进料口(3)依次与土样槽(4)和传送带输送机(5)相连，传送带输送机(5)和传送带控制台(9)相连；集水槽(13)通过导流管(16)与总集水槽(14)相连，总集水槽(14)与排水孔(17)相连，水位仪(15)置于集水槽(13)内；探头架(18)置于液压变坡钢槽(6)中的土样内，探头架(18)上放置监测设备，监测设备的探头连接数据存储设备，数据存储设备与操作控制台(10)相连接。

2.根据权利要求1所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置，其特征在于，土样槽(3)由土料斗本体(11)和闸门提升机(12)组成。

3.根据权利要求1所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置，其特征在于，液压变坡钢槽(6)依次与液压油缸(7)和液压变坡钢槽控制台(19)连接，变坡幅度为0°～45°。

4.根据权利要求1所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置，其特征在于，所述监测设备为土壤蒸渗仪、植物蒸腾测定仪、温度测量仪、土壤入渗仪、土壤含水率测定仪、雨量计、地表坡面径流测量仪中的一种或一种以上。

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