CN104634613B - 一种轮式径流泥沙采样器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种轮式径流泥沙采样器，包括箱体、设置在所述箱体内部且沿水平轴线旋转的水流驱动轮、设置在所述水流驱动轮上的取样槽和设置在所述箱体内部的汇流箱；所述箱体的上部设有进水管，所述进水管的出水口位于所述水流驱动轮的上方；所述水流驱动轮上设有沿周向均匀设置的若干个叶片；所述汇流箱的侧面上开设有圆形开口，所述取样槽的出水口插入所述圆形开口位于所述汇流箱内；所述汇流箱的底部设置有通向所述箱体外的导水管。本发明通过采样槽的转动实现了对水流的分段取样，从而使采集到的浑水样均匀，能够使分段采集到的浑水样的含沙量与整个产流过程全部的浑水的含沙量一致。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤侵蚀径流泥沙分流采样器。更具体地，涉及一种轮式径流泥沙采样器。
背景技术
径流小区是定量监测水土流失量的一种测量设施，广泛应用于世界各地。径流小区土壤侵蚀与径流量的传统方法监测，一般用分水箱和集流桶(池)收集径流。通过人工测量池/桶水深计算产流量，通过人工采集浑水样测定含沙量(单位体积的干沙重量，g/L)，最后通过产流总量和含沙量计算泥沙总量和侵蚀模数。
采集浑水样的代表性以及含沙量的准确测量是确定泥沙总量以及侵蚀模数计算精度的关键。传统含沙量测量是通过人工搅拌分水箱或集流桶(池)，并取浑水样，然后进行室内烘干秤重计算含沙量或者采用比重法计算含沙量。这种方法需要大量人力并且测量误差大，其主要原因是：(1)分水箱或集流桶本身体积较大，很难搅匀浑水样；(2)泥沙颗粒沉降速度很快，例如，2mm的砂粒沉降1m只需要0.3秒的时间，使桶内浑水含沙量很难处于均匀分布状态，导致搅拌法采集浑水样的含沙量误差较大。为了解决这个问题，美国土壤保持局发明了Conshocton式浑水采样器，这种采样器采集约1％的浑水量，大大减少人力，但是该采样器不适合较大流量而且所测含沙量比实际偏大。另外含沙量自动化监测的其它仪器设备，例如美国的ISCO径流泥沙采样器适合较大径流场和流域，德国的UTM采样器则价格高昂，难以确定采样时间。除此之外，另外采用称量法、红外线法、激光法、射线法，超声波法和电容法等间接法测量含沙量的仪器，含沙量测定范围存在局限性且工作不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轮式径流泥沙采样器，该采样器结构简单并可对径流自动分流取样，取代了传统的分水箱法，且采集浑水样所测含沙量与实际含沙量接近，结果准确。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种轮式径流泥沙采样器，包括箱体、设置在所述箱体内部且沿水平轴线旋转的水流驱动轮、设置在所述水流驱动轮上的取样槽和设置在所述箱体内部的汇流箱；所述箱体的上部设有进水管，所述进水管的出水口位于所述水流驱动轮的上方；所述水流驱动轮上设有沿周向均匀设置的若干个叶片；所述汇流箱的侧面上开设有圆形开口，所述取样槽的出水口插入所述圆形开口位于所述汇流箱内；所述汇流箱的底部设置有通向所述箱体外的导水管。当含有泥沙的水样通过进水管流到水流驱动轮上时，在水流的冲击力和重力作用下带动水流驱动轮转动，水流驱动轮带动采样槽一同转动，当采样槽转到水流下方时，采集水样并将采集到水样导入汇流箱中，最终通过导水管将水样引流到箱体的外部。这样通过采样槽的转动实现了对水流的分段取样，从而使采集到的浑水样均匀，能够使分段采集到的浑水样的含沙量与整个产流过程全部的浑水的含沙量一致。
优选地，所述取样槽的底部朝向所述汇流箱方向倾斜。
优选地，所述水流驱动轮主要由轮面、叶片、叶片附着空心轴和轮轴组成，所述轮面为两个，分别固定设置在所述叶片附着空心轴的两端，且所述轮面的直径大于所述叶片附着空心轴的直径，所述叶片与所述叶片附着空心轴的外圆周面和两个轮面固定连接，所述叶片倾斜设置。
优选地，所述汇流箱的底部向一角倾斜。
优选地，所述水流驱动轮上还设有使其保持动平衡的配重块。
优选地，所述叶片倾斜地设置在水流驱动轮上。
优选地，所述汇流箱的底面的横截面呈V字型，并且向一端倾斜，所述汇流箱的底面最低处设有出水管。
优选地，所述箱体的底部还设有安装支脚。
优选地，所述箱体、水流驱动轮、取样槽和汇流箱均为不锈钢板制成。
本发明的有益效果如下：
本发明的采样器能够通过自动分段采集径流小区产流浑水样，采集到的浑水样均匀，能够使分段采集到的浑水样的含沙量与整个产流过程全部的浑水的含沙量一致，从而能够准确计算径流小区土壤流失模数。解决了传统分水箱法需要的人工量大，测量误差大的问题，尤其解决了在传统分水箱法二次采样时采集的浑水样因缺乏代表性而造成测量含沙量大大偏低的问题。本装置造价低廉，靠径流本身驱动，无需额外提供动力及电力，对于节省人力物力和提高径流小区观测精度具有重要意义，可在全国各水土保持监测站点推广。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的结构示意图。
图2示出本发明的剖视图。
图3示出本发明的汇流箱的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1、图2和图3所示，一种轮式径流泥沙采样器包括箱体1和设置在箱体1内部的水流驱动轮2、采样槽3和汇流箱4，水流驱动轮2包括轮面21、叶片22、叶片附着空心轴23和轮轴24，轮面21为两片圆形不锈钢板，在其中心开设有用于套接轮轴24的圆孔，叶片附着空心轴23为不锈钢圆管，两片轮面21分别与叶片附着空心轴23的两端面焊接固定，轮轴24通过轴承插接在轮面21的中心，其两端分别与箱体1焊接固定，水流驱动轮2能够围绕轮轴24旋转。轮面21的直径大于叶片附着空心轴23的直径，叶片22分别与两片轮面21和叶片附着空心轴23的外圆周面焊接，叶片22与叶片附着空心轴23的夹角为30度。本实施例中共设有8片叶片22，叶片22间隔均匀设置。采样槽3横向焊接在叶片附着空心轴23的外圆周面上，靠近汇流箱4一侧的轮面21上开设有与采样槽3的横截面相匹配的孔，采样槽3的一端伸出轮面21，采样槽3的底面朝向汇流箱4的方向倾斜。汇流箱4靠近水流驱动轮2的端面上开设有圆形开口，该圆形开口的直径略大于采样槽3旋转的轨迹的直径，采样槽3的一端伸入圆形开口内，使得水流驱动轮2能够自由旋转而不会与汇流箱4发生干涉。汇流箱4的底部在横向和纵向方向皆倾斜10度，使箱底向一角倾斜，并在该角设有通向箱体1外部的导水管41。
箱体1的顶部设有进水管11，其出口位于水流驱动轮2的上方，当含有泥沙的水样通过进水管11流到水流驱动轮2上时，在水流的冲击力和重力作用下带动水流驱动轮2转动，水流驱动轮2带动采样槽3一同转动，当采样槽3转到水流下方时，采集水样并将采集到水样导入汇流箱4中，最终通过导水管41将水样引流到箱体1的外部。这样通过采样槽3的转动实现了对浑水流的分段取样，从而使采集到的水样均匀，能够使分段采集到的浑水样的含沙量与整个产流过程全部的浑水的含沙量一致。水流驱动轮2上还设有能调节其动平衡的配重块，使得水流驱动轮2转动平稳。
箱体1的底面的截面为V字型，并向一侧倾斜，其低点位置处设置有出水管12。没有被采样槽3所取样的水流流入到箱体1内，并通过出水管12流出箱体1。箱体1的底部还设有能够调节高度的支脚。箱体1、水流驱动轮2、采样槽3和汇流箱4均为不锈钢材料，能够防止发生锈蚀的现象，延长该采样器的使用寿命。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种轮式径流泥沙采样器，其特征在于：包括箱体、设置在所述箱体内部且沿水平轴线旋转的水流驱动轮、设置在所述水流驱动轮上的取样槽和设置在所述箱体内部的汇流箱；所述箱体的上部设有进水管，所述进水管的出水口位于所述水流驱动轮的上方；所述水流驱动轮上设有沿周向均匀设置的若干个叶片；所述汇流箱的侧面上开设有圆形开口，所述取样槽的出水口插入所述圆形开口位于所述汇流箱内；所述汇流箱的底部设置有通向所述箱体外的导水管。
2.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述取样槽的底部朝向所述汇流箱方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述水流驱动轮主要由轮面、叶片、叶片附着空心轴和轮轴组成，所述轮面为两个，分别固定设置在所述叶片附着空心轴的两端，且所述轮面的直径大于所述叶片附着空心轴的直径，所述叶片与所述叶片附着空心轴的外圆周面和两个轮面固定连接，所述叶片倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述汇流箱的底部向一角倾斜。
5.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述水流驱动轮上还设有使其保持动平衡的配重块。
6.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述叶片倾斜地设置在水流驱动轮上。
7.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述箱体的底面的横截面呈V字型，并且向一端倾斜，所述箱体的底面最低处设有出水管。
8.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述箱体的底部还设有安装支脚。
9.根据权利要求1所述的轮式径流泥沙采样器，其特征在于：所述箱体、水流驱动轮、取样槽和汇流箱均为不锈钢制成。
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