CN103645300A - 一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法，其中方法包括：对收集的壤中流测量单位面积径流深值、氮磷浓度数据；将测量的单位面积径流深值进行归一化处理，并将单位面积径流深值换算成壤中流迁移通量；根据设定的计算条件参数初值、壤中流的单位面积径流深值和氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理。本发明从根本上解决了现有方法自动测量功能少、不能实现壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，能够实时快速准确获得测量结果，既适用于室内测量，也适用于野外测量，且不受地形限制，具有广泛的推广和应用价值。

Description

一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及农业面源污染治理中土壤壤中流氮磷样的收集、提取和测量的系统和方法。

背景技术

紫色土是我国南方重要耕作土壤之一，广泛分布于长江以南四川、重庆等15省(区)，总面积约20万km²。由于紫色土母岩物理风化快而抗蚀性弱，且该区域雨量丰富并相对集中，加之人类活动强度大、复种指数高，导致坡耕地水土流失极为严重。近年来为了片面追求作物高产，该区域磷肥投入大，高强度水土流失和低效率氮磷肥利用不仅降低了土地生产能力，同时坡地水土流失携带的氮磷已成为水体面源污染的主要来源。紫色土土层浅薄(30-90cm)，下伏透水性较弱的基岩，降雨入渗很快到达母岩难于继续下渗，土壤水分经常处于蓄满饱和状态，在坡地势能的作用下形成壤中流。现场实测结果表明，紫色土坡耕地壤中流流量远高于地表径流，占全年总径流量的73％，壤中流对氮元素流失的份额为80％，壤中流对磷元素流失的份额为8％。因此，研究紫色土坡耕地壤中流氮磷迁移特征及通量，对农田面源污染治理有重要的作用。

由于受野外现场环境的特殊性和复杂性限制，壤中流氮磷迁移特征观测一直是目前的难点。广泛应用于坡面、渠道及河道的测量装置，受到灵敏度和精确度的限制而难以应用于壤中流监测。例如，已有的壤中流收集发明“薄层坡地壤中流测定系统(ZL200710064.68.6)”，是借鉴坡面径流集水池法提出的，一般用砖石、混凝土或者铁皮建造，利用径流池或径流桶进行径流观测，同时采集样品测定氮磷浓度，包括径流收集、径流量取两个必要装置。在实际应用过程中，砖石材料的渗漏现象和铁皮材料的变形等问题会对测量精度产生一定影响。而且，这种方法不能在降雨过程中获得壤中流沿程的过程数据；如果要监测不同坡长和土层深度的壤中流，得建设多个观测小区，导致建造费用的增加。并且观测小区在建造过程中需要移去母岩层以上的土壤，以及重新回填，由此会破坏土壤原状结构，且费时费力。由于降雨强度和降雨历时存在着随机性，故集水池的容量设计不可能考虑到所有的降雨情况，因而设计的集水池往往会在暴雨情况下产生溢流，由此导致观测数据缺失。

因此，需要对现有的土壤壤中流监测方法加以改进，克服现有方法自动测量功能少、不能实现壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，具有运输移动便利、节省人力以及连续获得壤中流动态数据等优势，既适用于室内测试，也适用于野外测试，且不受地形限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法，能够实时精确获得土壤壤中流氮磷迁移通量的动态数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统，包括壤中流通量测量装置、氮磷浓度采集装置、数据处理装置以及太阳能板供电装置，其中：

壤中流通量测量装置，用于通过收集管收集壤中流，经三通管流入过滤网进入承接漏斗，由承接漏斗经翻斗式测量装置测量代表壤中流单位面积径流深值的翻斗翻转次数后落入储流罐中；并将实时测得的翻斗翻转次数输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置，用于通过负压装置产生的负压提取储流器中的壤中流到采集器中，并对采集器中的壤中流分析出氮磷浓度数据输出给数据处理装置；

数据处理装置，用于将输入的翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，并根据壤中流单位面积径流深值和壤中流氮磷浓度计算出壤中流氮磷迁移通量；

太阳能板供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为壤中流通量测量装置和数据处理装置提供电源。

优选地，壤中流通量测量装置包括依次装配在柱形金属外壳中的三通管、过滤网、承接漏斗以及翻斗式测量装置，还包括装配在金属外壳上侧与并三通管相接的收集管；其中，

收集管和承接漏斗通过三通管以丁字型连接方式连通，该收集管埋在土壤里不同深度的坡面中，与土面接触的入口做成斜面；三通管的接口处用无纺布缠绕作为过滤层，以隔离土壤颗粒进入收集管；承接漏斗接纳收集管汇集的壤中流，通过承接漏斗的滴嘴使壤中流形成线状被注入翻斗式测量装置。

优选地，

翻斗式测量装置包括引水漏斗、盛水器支架和分别安装在该盛水器支架上的带有引流管的盛水器、翻斗支架、干簧管支架和一信号输出端；其中，引水漏斗放在翻斗支架上，翻斗通过固定销固定在翻斗支架上，干簧管支架上装有两个干簧管；其中，翻斗支架上的翻斗是用中间隔板分成两个等容积的三角斗室，形成翻斗式机械双稳态秤重机构，通过翻斗的来回翻转使得一个三角斗室处于接流状态，另一个三角斗室处于等待状态；翻斗每翻转一次，翻斗侧壁上安装的两个磁钢之一便扫过一个干簧管产生一个脉冲信号，作为翻斗翻转次数由信号输出端输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置的储流器包括储流罐、插入储流罐中的提流管和通气管，采集器包括采集储流罐中提取的壤中流的采集瓶和分析采集的壤中流的氮磷浓度的分析器；由该分析器将得到的壤中流的氮磷浓度数据输出给数据处理装置；

数据处理装置将翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，通过确定的函数关系将壤中流单位面积径流深值换算为壤中流迁移通量，并根据壤中流迁移通量和壤中流的氮磷浓度数据计算出壤中流氮磷迁移通量，同时在显示屏上显示出当前壤中流氮磷迁移通量值。

优选地，数据处理装置包括依次连接的采集控制模块、计算模块以及存储模块，其中：

采集控制模块，用于分时间段通过多路信号输入单元采集多路代表翻斗翻转次数的脉冲信号和氮磷浓度数据，将采集的多路的脉冲信号n转换为可参与计算的多路各时间段的壤中流单位面积径流深值h，并将氮磷浓度数据和壤中流单位面积径流深值保存在存储模块中；

计算模块，用于设定条件参数初值，根据设定的条件参数初值和各时间段的壤中流单位面积径流深数据h循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q，再根据该壤中流迁移通量数据Q和氮磷浓度数据分别计算出壤中流氮、磷迁移通量，然后计算结果保存在存储模块中；

存储模块，用于通过条件参数存储单元保存计算模块在不同雨强和降雨历时条件下设定的条件参数初值，通过采集数据存储单元保存采集控制模块处理的多路各时间段的壤中流单位面积径流深值，通过结果数据存储单元保存计算模块计算的壤中流不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据和壤中流氮磷迁移通量数据。

优选地，数据采集处理装置还包括显示模块，用于显示各时间段的测量时间、多路各时间段的壤中流单位面积径流深值，氮磷浓度数据、不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据以及壤中流氮、磷的迁移通量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壤中流氮磷迁移通量的测量方法，包括：

对收集的壤中流测量单位面积径流深值、氮磷浓度数据；

将测量的单位面积径流深值进行归一化处理，并将单位面积径流深值换算成壤中流迁移通量；

根据设定的计算条件参数初值、壤中流的单位面积径流深值和氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理。

优选地，对收集的壤中流测量单位面积径流深值，具体包括：

通过壤中流驱动翻斗式测量装置的翻斗翻转，以干簧管产生的一个脉冲信号表示翻斗翻转次数来表达壤中流的单位面积径流深值。

优选地，将测量的单位面积径流深值进行归一化处理，具体包括：

由数据处理装置将所述翻斗翻转次数还原成壤中流单位面积径流深值，然后进行归一化处理。

优选地，根据设定的计算条件参数初值、壤中流的单位面积径流深值和所述氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理，具体包括：

根据设定的条件参数初值和各时间段的壤中流单位面积径流深值h按确定的函数关系循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q；

根据壤中流迁移通量数据Q和氮磷浓度数据按确定的函数关系分别计算出壤中流氮、磷的迁移通量，并进行循环计算处理，以使得计算值与实测值的误差最小。

优选地，该方法还包括存储并显示计算结果，具体包括：

存储和显示各时间段的测量时间、多路各时间段壤中流的单位面积径流深值、所述氮磷浓度数据、不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据以及壤中流氮、磷的迁移通量。

本发明从根本上解决了现有方法自动测量功能少、不能实现壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，能够实时快速准确获得测量结果，具有运输移动便利、节省人力以及连续获得壤中流动态数据等优势，节省了人力和物力，既适用于室内测量，也适用于野外测量，且不受地形限制。本发明对于农田产排污系数计算、农田面源污染负荷估算、水文过程、水体污染防控等方面的研究领域，具有广泛的推广和应用价值。

附图说明

图1为本发明的壤中流氮磷迁移通量的测量系统实施例的结构框图；

图2为图1中所示的数据采集处理装置实施例的结构框图；

图3为图1中所示的壤中流测量装置实施例的安装示意图；

图4为图3所示的壤中流测量装置实施例中翻斗式测量装置实施例的结构示意图；

图5为本发明的壤中流氮磷迁移通量的测量方法实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

如图1所示，是本发明的壤中流氮磷迁移通量测量装置实施例的结构，包括壤中流通量测量装置、氮磷浓度采集装置、数据处理装置以及太阳能板供电装置，其中：

壤中流通量测量装置，用于通过收集管收集壤中流，经三通管流入过滤网进入承接漏斗，由承接漏斗经翻斗式测量装置(虚框内)测量代表壤中流单位面积径流深值的翻斗翻转次数后落入储流罐中；实时测得的翻斗翻转次数输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置，用于通过负压装置产生的负压提取储流器中的壤中流到采集器中，并对采集器中的壤中流分析出氮磷浓度输出给数据处理装置；

数据处理装置，用于将输入的翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，并根据壤中流单位面积径流深值和壤中流氮磷浓度计算出壤中流氮磷迁移通量；

太阳能板供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为壤中流通量测量装置和数据处理装置提供电源。

在上述系统实施例中，壤中流通量测量装置实施例的结构如图3所示，包括依次装配在柱形金属外壳中的三通管、过滤网、承接漏斗以及翻斗式测量装置，还包括装配在金属外壳上侧与并三通管相接的收集管；其中，收集管和承接漏斗通过三通管以丁字型连接方式连通，使得壤中流通量测量装置具有良好的密封性和维护性；该收集管埋在土壤里不同深度的坡面中，与土面接触的入口做成斜面，以收集不同坡位的壤中流，既有利于管打进土面，也尽可能降低对土层的扰动；三通管的接口处用无纺布缠绕作为过滤层，以隔离土壤颗粒进入收集管；承接漏斗接纳收集管汇集的壤中流，通过承接漏斗的滴嘴使壤中流形成线状准确地注入翻斗式测量装置。

在上述系统实施例中，翻斗式测量装置的结构如图4所示，包括引水漏斗、盛水器支架和分别安装在该盛水器支架上的带有引流管的盛水器、翻斗支架、干簧管支架和一信号输出端；其中，引水漏斗放在翻斗支架上，翻斗通过固定销固定在翻斗支架上，干簧管支架上装有两个干簧管；其中，翻斗支架上的翻斗是用中间隔板分成两个等容积的三角斗室，形成翻斗式机械双稳态秤重机构，通过翻斗的来回翻转使得一个三角斗室处于接流状态，另一个三角斗室处于等待状态；翻斗每翻转一次，翻斗侧壁上安装的两个磁钢之一便扫过一个干簧管产生一个脉冲信号，作为翻斗翻转次数由信号输出端输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置的储流器包括储流罐、插入储流罐中的提流管和通气管，采集器包括采集储流罐中提取的壤中流的采集瓶和分析的壤中流的氮磷浓度的分析器；由分析器将得到的壤中流的氮磷浓度的数据输出给数据处理装置；

数据处理装置将翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，通过确定的函数关系将壤中流单位面积径流深值换算为壤中流迁移通量，并根据壤中流迁移通量和壤中流的氮磷浓度的数据计算出壤中流氮磷迁移通量，同时在显示屏上显示出当前壤中流氮磷迁移通量。

在上述系统实施例中，引水漏斗的滴嘴狭小，使得降雨过程中的壤中流以低速被接入翻斗，当三角斗室接入壤中流使翻斗容积达到预定值时，会在重力作用下翻倒，处于等待状态，而另一个三角斗室则处于接流状态；磁钢随翻斗翻动扫过干簧管，其磁场使得干簧管开关触点闭合发出一脉冲信号，它代表设定单位面积壤中流一个径流深单位值。这样，翻斗式测量装置通过壤中流驱动翻斗翻转，从而通过翻斗翻转次数表达了壤中流单位面积径流深(mm)；而数据处理装置将翻斗翻转次数还原成壤中流单位面积径流深，又通过换算将其转化为单位容积(ml)(即翻斗容积)，即壤中流迁移通量。

在此，干簧管固定在磁敏架(图中未示)上，干簧管输出端脚由引线引出，固定在拉线架(图中未示)上。两干簧管侧面分别与翻斗后侧两端的磁钢位置相对应；当翻斗三角斗室翻转至水平位置时，磁钢接近干簧管，其磁场激励干簧管中两簧片触点构成的开关闭合，发出一个脉冲信号。至此，完成将一个单位的壤中流单位面积径流深(0.1mm)的转换和信号输出。

通过力学和水力学分析及试验验证，证明翻斗容积和壤中流单位面积径流深之间具有函数关系，并通过标定试验确定函数中的参数。翻斗的左、右两三角斗室总是轮流处于接流、等待的状态。每一个磁钢与对应的干簧管调整在合适的距离(4～6mm)上，磁钢随翻斗翻转至水平位置时从干簧管旁扫过，其磁场激励干簧管中两簧片触点构成的开关闭合，发出一个脉冲信号。每产生一个脉冲信号便代表设定单位面积径流深单位值。

在此，建议收集管直径Φ为200mm，翻斗体积设计为0.01×314.16=3.14ml，则翻斗单室每次蓄满会翻转使得干簧管发出1次脉冲信号，代表测量了单位面积径流深为0.1mm的壤中流。也可以根据实际情况调整收集管管径，根据水力参数标定翻斗体积与单位面积径流深的函数关系。

在上述系统实施例中，收集管是PRC(聚丙烯无规共聚物，PolypropyleneRandom Copolymer)套管；金属外壳譬如为铝合金外罩或不锈钢外罩，对其内的装置设施起保护作用。

测量壤中流单位面积径流深值与翻斗容积的函数关系的确定：在传统的流体力学应用中，流量公式都是以流体的径流深度为自变量，即一般都是通过对流体的径流深的量测实现流量测量的。根据流体力学推导，对于特定测流段，流体的迁移通量与其断面呈线性关系。

如果将开始收集壤中流的时间分为m个时间段，即有t₁，t₂，t₃...，t_m时刻，则其中t_n(n≤m)时刻对应的不同雨强和降雨历时条件下壤中流迁移通量Q与单位面积径流深h的关系为：

$Q_{t_n}=A\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}},t_1<t_n<t_m---\left(1\right)$

$h_{t_n}={\&Integral;}_{t_1}^{t_n}\frac{Q_{t_n}}{A}{d}_{t_n},t_1<t_n<t_m---\left(2\right)$

式中：Q_tn为t_n时刻壤中流迁移通量(mg/m²)；A为过流断面(m²)；壤中流为土壤饱和流，过流断面A为收集管的截面，A=πr²，其中r为收集管的半径(mm)。

同时段提取壤中流的流样，测定壤中流中总氮或总磷的质量浓度，则t_n(n≤m)时刻对应的不同雨强和降雨历时条件下壤中流氮磷迁移通量由公式(3)和公式(4)估算：

$Q_{t_n}{|}_{\mathrm{TN}}={\&Integral;}_{t_1}^{t_n}(c{\left(\mathrm{TN}\right)}_{t_n}\&times;h_{t_n})d_{t_n}---\left(3\right)$

$Q_{t_n}{|}_{\mathrm{TP}}={\&Integral;}_{t_1}^{t_n}(c{\left(\mathrm{TP}\right)}_{t_n}\&times;h_{t_n})d_{t_n}---\left(4\right)$

式中：Q_tm为t_n时刻壤中流迁移通量(mg/m²)；c_tn为t_n时刻壤中流中总氮或总磷的质量浓度(mg/L)；h_tn为t_n时刻壤中流单位面积径流深(mm)；年内壤中流总氮或总磷累积迁移负荷均为年内相应历次降雨壤中流总氮或总磷迁移通量的累加。

对于物理结构、材料、尺寸既定的壤中流测量装置，因为收集管相对较短且沿水流方向过流断面可近似为恒定，因此迁移通量可以转化为含有单一变量壤中流单位面积径流深h的函数关系。数据处理装置根据翻斗翻转次数与径流深之间的下列函数关系实时计算某降雨历时的径流深和壤中流迁移通量：

$Q_{t_n}={\&Integral;}_{t_1}^{t_n}{h}_{t_n}{d}_{t_n}={\&Integral;}_{t_1}^{t_n}{n}_{t_n}{d}_{t_n}---\left(5\right)$

式中：h_tn为t_n时刻壤中流单位面积径流深(mm)；n是翻斗翻转次数。

在具体测量过程中，壤中流首先流经安装有过滤网的承接漏斗，随后进入引水漏斗，引水漏斗滴嘴相对较细，使得壤中流过滤后的水流以相对较低的速度滴入翻斗，由翻斗式测量装置将以单位面积径流深转化为相应单位容积(翻斗容积)。翻斗式测量装置用干簧管开关量的形式采集壤中流信息量——单位面积径流深值。通过力学和水力学分析及试验验证，证明翻斗体积和壤中流单位面积径流深之间具有函数关系，并通过标定试验确定函数中的参数。干簧管每产生一个脉冲信号便代表设定单位面积径流深，通过确定的函数关系可以将观测到的翻斗次数数据换算为壤中流单位面积径流深值，从而实现壤中流过程的实时检测。

本发明在每次降雨产流过程中测定壤中流迁移通量，利用机械测量元件把壤中流连续不断的流量分割成单个已知的容积单元，根据翻斗三角斗室逐次重复地充满和排放该容积单元流体的次数来测量流体体积总量。该方法的最大优点是可以获取壤中流流量检测的实时过程并可实现自动检测。

为了配套本发明的壤中流氮磷迁移通量检测装置实施例的应用，本发明开发了数据处理装置中的检测管理和数据处理软件，数据处理软件作用是采集、记录、处理、存储处理和计算的数据，以0.1mm为一个壤中流单位面积径流深值的基本单位；检测管理软件实现自动观测和数据远程传输及管理。

在上述系统实施例中，数据处理装置的实施例结构如图2所示，包括依次连接的采集控制模块、计算模块以及存储模块，其中：

采集控制模块，用于分时间段通过多路信号输入单元采集多路代表翻斗翻转次数的脉冲信号和氮磷浓度数据，将采集的多路脉冲信号n转换为可参与计算的多路各时间段的壤中流单位面积径流深数据h，并将采集的氮磷浓度数据和转换的壤中流单位面积径流深数据保存在存储模块中；

计算模块，用于设定条件参数初值，根据设定的条件参数初值和各时间段的壤中流单位面积径流深数据h按前述公式(2)循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q，再根据壤中流迁移通量数据Q和氮磷浓度数据按公式(3)、(4)分别计算出壤中流氮、磷迁移通量，然后计算结果保存在存储模块中；

存储模块，用于通过条件参数存储单元保存计算模块在不同雨强和降雨历时条件下设定的条件参数初值，通过采集数据存储单元保存采集控制模块处理的多路各时间段的壤中流单位面积径流深数据，通过结果数据存储单元保存计算模块计算的壤中流不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据和壤中流氮磷迁移通量数据。

在上述系统实施例中，数据采集处理装置还包括显示模块，用于显示各时间段的测量时间、多路各时间段的壤中流单位面积径流深数据，以及不同降雨情况下各时间段的壤中流计算结果数据。

太阳能板供电装置包括电池、太阳能板和控制器；其中控制器用来监测翻斗式测量装置中翻斗动作和负压提流过程，对翻斗感量进行误差修正后输出高精度的不同雨强和降雨历时条件下壤中流监测结果，其输入为翻斗转动时干簧管簧片触点的通断信号、提流开始信号和提流结束信号，输出信号为继电器通断信号。

本发明针对上述系统实施例，相应地还提供了壤中流氮磷迁移通量的测量方法实施例，其流程如图5所示，包括如下步骤：

110：对收集的壤中流测量单位面积径流深值、氮磷浓度数据；

翻斗式测量装置通过壤中流驱动翻斗翻转，以干簧管产生的一个脉冲信号表示翻斗翻转次数来表达了壤中流单位面积径流深值(mm)。

当然，本发明除了利用上述翻斗式测量壤中流单位面积径流深值外，还可以利用径流池或径流桶进行测量。

120：将测量的单位面积径流深值进行归一化处理；

数据处理装置将翻斗翻转次数还原成壤中流单位面积径流深，然后进行归一化处理。

130：设定计算条件参数初值；

140：根据设定的计算条件参数初值、壤中流单位面积径流深值和壤中流的氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理；

根据设定的条件参数初值和各时间段的壤中流单位面积径流深值h按前述公式(2)循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q；再根据壤中流迁移通量数据Q和氮磷浓度数据按公式(3)、(4)分别计算出壤中流氮、磷迁移通量，并进行循环计算处理，以使得计算值与实测值的误差最小。

150：存储并显示计算结果。

本发明从根本上解决了现有方法自动测量功能少、不能实现壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，能够实时快速准确获得测量结果，具有运输移动便利、节省人力以及连续获得壤中流动态数据等优势，节省了人力和物力，既适用于室内测量，也适用于野外测量，且不受地形限制。本发明对于农田产排污系数计算、土壤污染负荷估算、水文过程、作物水分利用、灌溉管理、水体污染防控等方面的研究领域，具有广泛的推广和应用价值。

Claims (10)

1.一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统，包括壤中流通量测量装置、氮磷浓度采集装置、数据处理装置以及太阳能板供电装置，其特征在于：

壤中流通量测量装置，用于通过收集管收集壤中流，经三通管流入过滤网进入承接漏斗，由承接漏斗经翻斗式测量装置测量代表壤中流单位面积径流深值的翻斗翻转次数后落入储流罐中；并将实时测得的翻斗翻转次数输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置，用于通过负压装置产生的负压提取储流器中的壤中流到采集器中，并对采集器中的壤中流分析出氮磷浓度数据输出给数据处理装置；

数据处理装置，用于将输入的翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，并根据壤中流单位面积径流深值和壤中流氮磷浓度计算出壤中流氮磷迁移通量；

太阳能板供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为壤中流通量测量装置和数据处理装置提供电源。

2.按照权利里要求1所述的系统，其特征在于，所述壤中流通量测量装置包括依次装配在柱形金属外壳中的三通管、过滤网、承接漏斗以及翻斗式测量装置，还包括装配在金属外壳上侧与并三通管相接的收集管；其中，

收集管和承接漏斗通过三通管以丁字型连接方式连通，所述收集管埋在土壤里不同深度的坡面中，与土面接触的入口做成斜面；所述三通管的接口处用无纺布缠绕作为过滤层，以隔离土壤颗粒进入所述收集管；承接漏斗接纳所述收集管汇集的壤中流，通过承接漏斗的滴嘴使壤中流形成线状被注入所述翻斗式测量装置。

3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述翻斗式测量装置包括引水漏斗、盛水器支架和分别安装在该盛水器支架上的带有引流管的盛水器、翻斗支架、干簧管支架和一信号输出端；其中，引水漏斗放在翻斗支架上，翻斗通过固定销固定在翻斗支架上，干簧管支架上装有两个干簧管；其中，翻斗支架上的翻斗是用中间隔板分成两个等容积的三角斗室，形成翻斗式机械双稳态秤重机构，通过翻斗的来回翻转使得一个三角斗室处于接流状态，另一个三角斗室处于等待状态；翻斗每翻转一次，翻斗侧壁上安装的两个磁钢之一便扫过一个干簧管产生一个脉冲信号，作为所述翻斗翻转次数由信号输出端输出给所述数据处理装置；

所述氮磷浓度分析装置的所述储流器包括储流罐、插入储流罐中的提流管和通气管，所述采集器包括采集储流罐中提取的壤中流的采集瓶和分析采集的壤中流的氮磷浓度的分析器；由该分析器将得到的壤中流的所述氮磷浓度数据输出给所述数据处理装置；

所述数据处理装置将所述翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，通过确定的函数关系将所述壤中流单位面积径流深值换算为壤中流迁移通量，并根据壤中流迁移通量和壤中流的所述氮磷浓度数据计算出壤中流氮磷迁移通量，同时在显示屏上显示出当前壤中流氮磷迁移通量值。

4.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，数据处理装置包括依次连接的采集控制模块、计算模块以及存储模块，其中：

采集控制模块，用于分时间段通过多路信号输入单元采集多路代表所述翻斗翻转次数的脉冲信号和所述氮磷浓度数据，将采集的多路的所述脉冲信号n转换为可参与计算的多路各时间段的所述壤中流单位面积径流深值h，并将所述氮磷浓度数据和所述壤中流单位面积径流深值保存在存储模块中；

计算模块，用于设定条件参数初值，根据设定的条件参数初值和各时间段的所述壤中流单位面积径流深数据h循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q，再根据该壤中流迁移通量数据Q和所述氮磷浓度数据分别计算出壤中流氮、磷迁移通量，然后计算结果保存在存储模块中；

存储模块，用于通过条件参数存储单元保存计算模块在不同雨强和降雨历时条件下设定的条件参数初值，通过采集数据存储单元保存采集控制模块处理的多路各时间段的所述壤中流单位面积径流深值，通过结果数据存储单元保存计算模块计算的壤中流不同雨强和降雨历时条件下的所述壤中流迁移通量数据和所述壤中流氮磷迁移通量数据。

5.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集处理装置还包括显示模块，用于显示各时间段的测量时间、多路各时间段的所述壤中流单位面积径流深值，所述氮磷浓度数据、不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据以及壤中流氮、磷的迁移通量。

6.一种壤中流氮磷迁移通量的测量方法，其特征在于，包括：

对收集的壤中流测量单位面积径流深值、氮磷浓度数据；

将测量的所述单位面积径流深值进行归一化处理，并将所述单位面积径流深值换算成壤中流迁移通量；

根据设定的计算条件参数初值、壤中流的所述单位面积径流深值和所述氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，对收集的壤中流测量单位面积径流深值，具体包括：

通过壤中流驱动翻斗式测量装置的翻斗翻转，以干簧管产生的一个脉冲信号表示翻斗翻转次数来表达所述壤中流的所述单位面积径流深值。

8.按照权利里要求7所述的方法，其特征在于，所述将测量的所述单位面积径流深值进行归一化处理，具体包括：

由数据处理装置将所述翻斗翻转次数还原成壤中流单位面积径流深值，然后进行归一化处理。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据设定的计算条件参数初值、壤中流的所述单位面积径流深值和所述氮磷浓度数据计算壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理，具体包括：

根据设定的条件参数初值和各时间段的所述壤中流单位面积径流深值h按确定的函数关系循环计算出不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据Q；

根据所述壤中流迁移通量数据Q和所述氮磷浓度数据按确定的函数关系分别计算出壤中流氮、磷的迁移通量，并进行循环计算处理，以使得计算值与实测值的误差最小。

10.按照权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，还包括存储并显示计算结果，具体包括：

存储和显示各时间段的测量时间、多路各时间段壤中流的所述单位面积径流深值、所述氮磷浓度数据、不同雨强和降雨历时条件下的壤中流迁移通量数据以及壤中流氮、磷的迁移通量。

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