CN105241777B - 一种监测水土流失量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种监测水土流失量的装置及方法，主要包括多个集水器、称重传感器、电磁阀。所述集水器又分为测试集水器与辅助集水器，可以根据测量地块的大小适当布置所述集水器的数量。本发明采用测试集水器与辅助集水器配合使用的方式，当测试集水器的水满溢出后，溢出的水通过溢出口流到辅助集水器内，辅助集水器的水达到一定重量后，切换另外一个测试集水器收集水，同时测量测试集水器与辅助集水器的重量，测试集水器容积，根据泥沙密度与水密度关系，计算出水中的泥沙含量。测量完成后将测试集水器和辅助集水器中的水排空，等待下一次测试集水器水满溢出后进行测量，如此循环。本发明具有高精度、高效率、结构简单、可以全流量连续测量等特点，在水土流失监测领域具有广阔的应用前景。

Description

一种监测水土流失量的装置及方法

技术领域

本发明属于水土流失量测试计量技术，具体是一种监测水土流失量的装置及方法。

背景技术

人类对土地的利用，特别是对水土资源不合理的开发和经营，使土壤的覆盖物遭受破坏，裸露的土壤受水力冲蚀，长时间的水力冲蚀终始岩石裸露，产生较为严重的水土流失。根据建国之后，水利部对全国的水土流失面积情况进行的两次普查。第一次于1983年开始，水利部应用遥感技术对全国的水土流失开展了普查。截止1989年，全国各类水土流失总面积492万平方公里。第二次于1992年的普查结果，水土流失的涉及面积为367万平方公里。水土流失面积之大难免会引起各界相关专家与学者的着力关注。因此，目前有对坡面侵蚀沟监测进行相关方法和仪器能够对土壤侵蚀沟进行定量监测。但是对于某一固定地块的水土流失量的监测上，目前还是将一场降雨的水收集到一个蓄水池中，等雨停后再去通过人工搅拌、取样、蒸馏、称重的方法进行测量，该方法存在测量滞后、人工操作、取样误差大、流程复杂等问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种监测水土流失量的装置及方法，该装置能实时连续测量一定范围内泥沙被雨水侵蚀带走的重量，具有检测精度高、效率高、自动化程度高、地域适应性好等优点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种监测水土流失的装置，包括机架和设置在机架上的集水器、导流槽、称重传感器、电磁阀、集水器支撑架及供水管，集水器为多个，其上分别设有定量口、进水口和出水口，集水器分别通过集水器支撑架与称重传感器连接，通过称重传感器称取电磁阀、测量集水器、集水器支撑架及集水器中的水的重量，供水管分成多条支路，每条支路分别向与其对应的测量集水器供水，在供水支路上分别设有一个控制打开和关闭供水管的电磁阀，在集水器的上方安装有导流管，导流管上开有溢水口，溢水口外安装有导流槽。

所述集水器为测试集水器和辅助集水器，所述测试集水器的容量由溢水口的位置确定。当测量集水器装满后，水从溢水口溢出，通过导流槽流入辅助集水器中。当测试集水器的水位达到所述溢水口时，通过安装在溢水口处的导流槽将溢出的水导流到所述辅助集水器内，并由所述辅助集水器所处的称重传感器继续对流出的水进行称量，当辅助集水器中的水达到一设定值后，关闭入水口上方供水管上的电磁阀。打开另外一个支路的供水电磁阀，让另外一个集水器进行装水，同时，对已经装满水的测量集水器和辅助集水器进行称量，称量完成后，打开底部的电池阀，将水放干净，然后关闭电磁阀，等待下一次测量的到来。

所述集水器的出水口分别设装有控制出水口打开和关闭的电磁阀，

所述进水口与出水口分别设于测试集水器的上部与下部，且外部供水管线与进水口不直接接触，混合水流入所述测试集水器内。

所述集水器可以根据测量地块的大小适当更换所述测试集水器、辅助集水器的体积大小。

一种监测水土流失的方法，其测量方法描述如下：

测试集水器的容积为V，对应相同容积的纯水的重量为M₁，对应相同容积的水、泥沙混合液的质量M₂，水的密度为ρ₁，泥沙密度ρ₂，集水器每接满一次水和泥沙的混合物，其中所含的泥沙重量为M₃，则由公式（1）可以算出集水器中所含泥沙的重量。

M₃=ρ₂*（M₂-M₁）/（ρ₁*（ρ₂-ρ₁）） （1）

集水器每接满一次水和泥沙的混合物，辅助集水器收集到的混合物质量为M₄，其中包含的泥沙重量为M₅，则由M₂与M₃的比值关系，可得：

M₅=M₃*M₄/M₂ （2）

通过公式（1）和（2），可以算出本次测量得到的泥沙的总含量为：

M₆=M₃+M₅ （3）

本次测量得到水重量为：

M₇=M₂+M₄-M₅ （4）

公式（3）中的M₆即为本次测量得到的泥沙的流失量。将每次测量得到的泥沙重量相加后就可以得到每次降雨的水土流失量。将每次测量得到的水的重量累加就可以得到每次降雨的降雨量。

本发明的优点是：本发明实时连续测量一定范围内泥沙被雨水侵蚀带走的重量，具有检测精度高、效率高、自动化程度高、地域适应性好、结构简单、可以全流量连续测量等特点，在水土流失监测领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中：1、机架 2、溢水口 3、导流槽 4、辅助集水器 5、6、7、8、称重传感器 9、10、11、12、13、14、15、电磁阀 16、17、18、测试集水器19、总进水管 20、21、22、支路入水管 23、24、25、26、集水器固定架。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例。

如图1所示，本发明提供一种监测水土流失的装置，主要包括：机架1，溢水口2，导流槽3，辅助集水器4称重传感器5、6、7、8，电磁阀9、10、11、12、13、14、15，集水器16、17、18、总进水管19，支路入水管20、21、22 集水器固定架23、24、25、26。

装置工作过程如下:工作前，先用纯水对正常情况下，各集水器出水口的电磁阀处于关闭状态，电磁阀10处于打开状态，水流从支路水管21进入测量集水器16中，测量集水器16的满后，溢出的水从溢水口2流出，经导流槽3进入辅助集水器4中，通过称重传感器6测得重量超过设定值后，关闭电磁阀10，打开电磁阀9，测量集水器17进入装水状态，同时称量测量集水器16和辅助集水器4中的水的质量，测量完成后，打开电磁阀12、13将测量集水器16和辅助集水器4中的水放掉，然后关闭电磁阀13、14，等待测量集水器17装满水后溢出到辅助集水器4中，待辅助集水器4中的水重量达到设定值后，关闭电磁阀9，打开电磁阀11，测试集水器18进入工作，同时对测量集水器17和辅助集水器4中的水进行计量。计量完成后，打开电磁阀13、14将测量集水器17和辅助集水器4中的水放掉，然后关闭电磁阀13、14，等待进入下一次测量，如此轮流循环，交替工作，从而保证连续实时测量。

这里假设测量集水器16的容积为V=1L，对应相同容积的纯水的重量为M₁=1000克，一次测量完成后对应相同容积的水、泥沙混合液的质量M₂=1003克，水的密度为ρ₁=1000Kg/m³，泥沙密度ρ₂=2.500Kg/m³，测量集水器每接满一次水和泥沙的混合物，其中所含的泥沙重量为M₃，则由公式（1）可以算出集水器中所含泥沙的重量。

M₃=ρ₂*（M₂-M₁）/（ρ₁*（ρ₂-ρ₁））=5g

集水器每接满一次水和泥沙的混合物，辅助集水器收集到的混合物质量为M₄=50，其中包含的泥沙重量为M₅，则由M₂与M₃的比值关系，可得：

M₅=M₃*M₄/M₂=0.249g

通过公式（1）和（2），可以算出本次测量得到的泥沙的总含量为M6：

M₆=M₃+M₅=5.249g

本次测量得到水重量为：

M₇=M₂+M₄-M₅=1047.51g

一次降雨完成后将各次测量得到的雨水重量和泥沙重量相加，即可得到本次降雨泥沙的流失量和降雨量。

综上所述，虽然本发明己以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改动。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种监测水土流失的装置，其特征是：包括机架、集水器、称重传感器、电磁阀、集水器支撑架及供水管，集水器、称重传感器、电磁阀、集水器支撑架及供水管均设置在机架上；

集水器为多个测试集水器和一个辅助集水器，在测试集水器上分别设有定量口、进水口和出水口，测试集水器、辅助集水器分别通过集水器支撑架与称重传感器连接，其中：

测试集水器下方的称重传感器称取测试集水器、测试集水器支撑架、测试集水器出水口电磁阀及测试集水器中的水的重量；

辅助集水器下方的称重传感器称取辅助集水器、辅助集水器支撑架、辅助集水器出水口电磁阀、辅助集水器中的水的重量；

供水管分成多条支路，每条支路供水管分别向与其对应的测试集水器供水，在每条支路供水管上分别设有一个控制打开和关闭支路供水管的电磁阀，在测试集水器的上方安装有导流管，导流管上开有定量口，定量口外安装有导流槽；

所述测试集水器进水口与出水口分别设于测试集水器的上部与下部，且支路供水管线与进水口不直接接触，经导流管流入所述测试集水器内；

所述测试集水器的容量由定量口的位置确定，当测试集水器装满后，水从定量口溢出，通过导流槽流入辅助集水器中。

2.一种监测水土流失量的方法，采用如权利要求1所述的装置，其特征在于，测量方法是：设测试集水器的容积为V，纯水的密度为ρ₁，对应容积的纯水的重量为M₁，对应相同容积的水、泥沙混合液的质量M₂，干泥沙密度ρ₃，将称重传感器所称取的集水器、集水器支撑架及集水器出水口电磁阀的初始重量设置为零点后开始监测；其监测方法包括如下步骤：

（1）工作前，各集水器出水口的电磁阀和其他测试集水器支路供水管的电磁阀处于关闭状态，所选测试集水器支路供水管电磁阀处于打开状态；

（2）水流从所述支路供水管进入所选测试集水器中，测试集水器水满后，溢出的水从定量口流出，经导流槽进入辅助集水器中；当辅助集水器混合液质量到达所述称重传感器设定值时，关闭所述测试集水器支路供水管的电磁阀，同时打开另一测试集水器支路供水管的电磁阀，让混合液流至另一测试集水器，此时测试集水器中混合液质量即为M₂，其中包含泥沙质量为M₃，辅助集水器混合液质量为M₄，其中包含泥沙质量为M₅；

（3）一次测量的泥沙重量和水的重量计算方法如下：

测试集水器接满一次水和泥沙的混合物，混合液的质量为M₂，其中所含的干泥沙重量为M₃，对应体积为V₃，有M₃=ρ₃*V₃，所含水的重量为My，对应体积为Vy，有My=ρ₁*Vy，混合液的质量M₂=M₃+My，则由公式（1）可以算出集水器中所含泥沙的重量：

M₃=ρ₃*（M₂-M₁）/(ρ₃-ρ₁) （1）

由M₂与M₃的比值关系，可得辅助集水器中泥沙质量：

M₅=M₃*M₄/M₂ （2）

通过公式(1)和(2)，可以算出本次测量得到的泥沙的总含量为：

M₆=M₃+M₅ （3）

本次测量得到水的重量为：

M₇=M₂+M₄-M₆ （4）

公式(3)中的M₆即为本次测量得到的泥沙的流失量，将每次测量得到的泥沙重量相加后就可以得到每次降雨的水土流失量，将每次测量得到的水的重量累加就可以得到每次降雨的降雨量；

一次测量完成后，打开这一次测量的测试集水器和辅助集水器出水口的阀门，排空测试集水器和辅助集水器中的混合液，等待进入下一次测量。