CN104864919A - 农田面源污染地表径流量监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种农田面源污染地表径流量监测装置及方法，该装置包括：水量传感器，安装在各个地表径流监测小区的径流收集管的出口处，径流收集管与地表径流监测小区的径流收集池连通，用于获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块；无线测控模块，用于接收水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块；远程接收模块，用于接收无线测控模块发送的地表径流量数据。上述装置能实现地表径流的自动监测及径流监测数据的远程传输，监测结果更精确。

Description

农田面源污染地表径流量监测装置及方法

技术领域

本发明涉及农田面源污染监测技术领域，尤其涉及一种农田面源污染地表径流量监测装置及方法。

背景技术

目前，农田养分流失进入环境已经造成了地表水富营养化、地下水硝酸盐超标、农田生产能力降低、生态环境质量下降等众多问题。保护水体水质安全，减少农田污染物向水体的迁移势在必行，而只有通过农田面源污染监测，明确其不同条件下的发生过程及发展特征，才能制定针对性的面源污染防控策略。目前，农田面源污染地表径流监测一般采用的装置与方法主要有径流场、径流小区、径流池。其中径流池方法应用较广，优点在于监测面积比径流场小，适于各种地形的农田，可设置多个平行小区，有平行监测，监测结果准确度高等。这些地表径流只是通过固定尺寸的径流收集池，依据刻度定期计量径流池收集量，从而人工判断农田面源污染径流量，容易产生收集池本身容量计量误差、人工读数误差以及监测不及时等问题带来的地表径流水量监测误差。

因此，研究一种精确、实时、动态监测农田面源污染地表径流装置及方法，实现监测数据的远程传输，对于农田面源污染监测以及农田面源污染综合防控具有广阔的发展前景。

鉴于此，如何克服现有的农田面源污染地表径流水量无法实时监测、监测结果误差大等不足成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种农田面源污染地表径流量监测装置及方法，能够实现地表径流的实时、自动监测及径流监测数据的远程传输，监测结果更精确。

第一方面，本发明提供一种农田面源污染地表径流量监测装置，包括：

水量传感器，安装在各个地表径流监测小区的径流收集管的出口处，所述径流收集管与所述地表径流监测小区的径流收集池连通，用于获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块；

无线测控模块，用于接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块；

远程接收模块，用于接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据。

可选地，所述无线测控模块，还用于将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

可选地，所述远程接收模块，还用于将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总。

可选地，所述无线测控模块为通用无线分组业务GPRS测控模块。

可选地，所述装置还包括：

供电模块，与所述水量传感器、所述无线测控模块分别连接，用于为所述水量传感器和所述无线测控模块提供电源。

可选地，所述供电模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括：太阳能板和蓄电池；

所述蓄电池，用于为所述水量传感器和所述无线测控模块提供电源。

第二方面，本发明提供一种使用上述装置的农田面源污染地表径流量监测方法，包括：

水量传感器获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块；

无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块；

远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据。

可选地，在所述无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据之后，还包括：

无线测控模块将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

可选地，在所述远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据之后，还包括：

远程接收模块将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总。

由上述技术方案可知，本发明的农田面源污染地表径流量监测装置及方法，能够实现地表径流的实时、自动监测及径流监测数据的远程传输，监测结果更精确。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的农田面源污染地表径流量监测装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的使用图1所示装置的农田面源污染地表径流量监测方法的流程示意图；

附图标记：

1、地表径流监测小区；2、径流收集池；3、水量传感器；4、电源连接线与数据通讯线；5、供电模块；6、无线测控模块；7、远程接收模块；8、径流收集管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明一实施例提供的农田面源污染地表径流量监测装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的农田面源污染地表径流量监测装置，包括：水量传感器3、无线测控模块6和远程接收模块7；

水量传感器3，安装在各个地表径流监测小区1的径流收集管8的出口处，所述径流收集管8与所述地表径流监测小区1的径流收集池2连通，用于获取各个地表径流监测小区1的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块6；

无线测控模块6，用于接收所述水量传感器3发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块7；

远程接收模块7，用于接收所述无线测控模块6发送的地表径流量数据。

在具体应用中，本实施例的所述水量传感器3的管径大小与监测精度可由地表径流监测小区1农田的径流收集管大小、预设径流监测精度、环境温度范围以及径流水质等因素确定的，可由径流监测小区1的数量确定所述水量传感器3的数量，所述水量传感器3的数量与径流监测小区1的数量相同，每一水量传感器3对应一个地表径流监测小区1。

可理解的是，筛选安装完所述水量传感器3后，可根据所述水量传感器3的数量筛选无线测控模块6的接口数量，通过无线测控模块6将各个水量传感器3进行组网，实现各个地表径流监测小区1地表径流量数据的信息通信。

举例来说，本实施例的无线测控模块6可以优选为通用无线分组业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)测控模块。

在具体应用中，本实施例的所述无线测控模块6，还可以用于将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

在具体应用中，本实施例的所述远程接收模块7，还可以用于将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总，为农田面源污染负荷监测提供技术支撑。

在具体应用中，本实施例的所述装置还包括：

供电模块5，与所述水量传感器3、所述无线测控模块6分别连接，用于为所述水量传感器3和所述无线测控模块6提供电源。

举例来说，本实施例的所述供电模块5可以优选为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括：太阳能板和蓄电池；所述蓄电池，用于为所述水量传感器3和所述无线测控模块6提供电源。可以先根据所述水量传感器3的数量、所述无线测控模块6以及当地日照情况来计算用电总量，然后确定太阳能供电模块的太阳能板大小与蓄电池容量。

本实施例的农田面源污染地表径流量监测装置，通过安装在各个地表径流监测小区的径流收集管(径流收集管与地表径流监测小区的径流收集池连通)的出口处的水量传感器，实时获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块，然后通过无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块，远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据，实现了地表径流的实时、自动监测及径流监测数据的远程传输，其监测结果更精确。本发明实施例针对地表径流发生随机、监测数据误差大、监测小区数量多、野外供电困难等难题，无需任何外接电源,能够精确监测农田面源污染地表径流量，能够协同监测几十个地表径流小区径流量，具有自动采集、自动汇总、自动传输和自动统计监测数据功能，实现了地表径流量的无人值守，提高了地表径流量的监测精度。

举例来说，以湖北省武汉市潜江农田面源污染地表径流国控监测点为本发明实施例的监测点，该监测点位于潜江市浩口镇柳洲村6组，采用农田面源污染径流池法，2006年建成，由湖北省农科院负责实施。设6个处理，4次重复，24个监测小区。监测目的在于摸清南方湿润平原区大田栽培种植条件下，农田地表径流面源污染排放特征及减排途径。周年轮作模式为：水稻-小麦。

在湖北潜江地表径流国控监测点地表径流量历史监测中，人工观测的径流发生次数呈现较大差异。一是次数在不同年度之间有很大差异，2008、2009、2010年度分别发生径流9、11、11，而2011年仅发生3次。二是不同年份径流次数和径流水量在各月份的分布差异很大，如2008年径流发生在11月、2～5月和7～9月这9个月，2009年发生在1～6月这6个月。人工观测的径流发生水量在不同年份之间有明显差别。2008和2011年度的平均径流水总量较小，分别为262.9和306.7mm，2009和2010年度都在400.0mm左右，分别为424.0、392.7mm；4年产流系数分别19.9％、46.1％、27.6％和34.5％，平均为32.0％。历史监测结果表明地表径流发生具有突发性、短时性和随机性，人工监测难度极大。

针对上述湖北潜江地表径流国控监测点，本发明所述农田面源污染地表径流量监测装置中，所述无线测控模块为GPRS测控模块，所述供电模块为包括太阳能板和蓄电池的太阳能供电模块；可根据地表径流监测小区农田的径流收集管大小、预设径流监测精度、环境温度范围以及径流水质等因素，确定选择50mm管径大小、监测精度为0.1mm的水量传感器，可根据径流监测小区的数量确定购置24个水量传感器，根据水量传感器的数量，筛选容纳24个接口的GPRS测控模块，调试并组网24个水量传感器，实现各个监测小区地表径流水量数据的信息通信；可先根据水量传感器的数量、GPRS测控模块以及当地日照情况来计算用电总量，然后确定太阳能供电模块的太阳能板大小与蓄电池容量，然后布置电源连接线与数据通讯线，可解决农田面源污染地表径流量监测装置的用电问题；在GPRS测控模块实现数据汇总后，设定模块数据自动发送频率为1天，实现定时存储并远程发送各监测小区地表径流水量数据，解决数据远程传输问题；远程接收模块接收所述无线测控模块发送的各个径流监测小区的地表径流量数据，将其进行展示与汇总，为农田面源污染负荷监测提供技术支撑。

本实施例的农田面源污染地表径流量监测装置，能够实现地表径流的实时、自动监测及径流监测数据的远程传输，其监测结果更精确。

图2为本发明另一实施例提供的使用图1所示装置的农田面源污染地表径流量监测方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的农田面源污染地表径流量监测方法如下所述。

201、水量传感器获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块。

202、无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块。

在具体应用中，在本步骤202还可以包括：

无线测控模块将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

203、远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据。

在具体应用中，本步骤203还可以包括：

远程接收模块将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总。

本实施例的农田面源污染地表径流量监测方法，使用图1所示农田面源污染地表径流量监测装置，能够实现地表径流的实时、自动监测及径流监测数据的远程传输，其监测结果更精确。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种农田面源污染地表径流量监测装置，其特征在于，包括：

水量传感器，安装在各个地表径流监测小区的径流收集管的出口处，所述径流收集管与所述地表径流监测小区的径流收集池连通，用于获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块；

无线测控模块，用于接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块；

远程接收模块，用于接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线测控模块，还用于将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述远程接收模块，还用于将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线测控模块为通用无线分组业务GPRS测控模块。

5.根据权利要求1-4中任一所述的装置，其特征在于，还包括：

供电模块，与所述水量传感器、所述无线测控模块分别连接，用于为所述水量传感器和所述无线测控模块提供电源。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述供电模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括：太阳能板和蓄电池；

所述蓄电池，用于为所述水量传感器和所述无线测控模块提供电源。

7.一种使用权利要求1-6中任一所述装置的农田面源污染地表径流量监测方法，其特征在于，包括：

水量传感器获取各个地表径流监测小区的地表径流量数据，并将获取到的地表径流量数据发送至无线测控模块；

无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据，并将接收到的地表径流量数据发送至远程接收模块；

远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述无线测控模块接收所述水量传感器发送的地表径流量数据之后，还包括：

无线测控模块将接收到的地表径流量数据以预设频率定期进行保存。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述远程接收模块接收所述无线测控模块发送的地表径流量数据之后，还包括：

远程接收模块将接收到的地表径流量数据进行展示和/或汇总。