CN105509830A - 一种树干径流测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及森林水文领域的一种树干径流测量系统，包括一个数据采集器与多个树干径流采集器连接；其中数据采集器主要由数据处理模块，显示模块，信号采集模块、传感器接口集成、电源、电源控制器和充电接口等组成；而树干径流采集器主要由截流槽、导流管、雨量桶和储流桶等组成；完成对降雨后树干径流的收集与测量；所述截流槽盘绕于被测树干上，末端通过第一导流管与雨量桶连接；雨量桶通过第二导流管与储流桶连接。截流槽是在被测量树干130-150cm高度处打磨一条宽约2cm，长为围绕树干闭合的螺旋条状带。本发明测定树干径流简便、实用，提高了采集和测量的准确度，一套数据采集系统实现对多个树干径流的采集与数据存贮。

Description

一种树干径流测量系统
技术领域
本发明涉及森林水文学、森林生态学领域，具体涉及一种树干径流测量系统。
背景技术
森林是地球上最大的陆地生态系统，是全球生物圈的重要组成部分，在陆地生态系统水循环中发挥着重要的调节作用，主要是通过林冠截留、树干截留、蒸散、土壤入渗和径流的影响调整系统内的水循环。在森林水文的各个分量中，树干径流作用只是一个微小的部分，在定量研究中常常被忽视，但树干径流在森林生态系统中的作用却不容忽视。目前对树干径流的研究主要集中在质和量两个方面，量是指在整个森林生态系统水量平衡中，树干径流所占的比例与作用；质是指树干径流的化学特征(林木表面干沉降物的洗脱以及林冠代换作用等)，多数研究表明。树干径流表现出强烈的酸化和养分富集现象。
目前树干径流的测定方法比较常用的为塑料桶承接法和翻斗式雨量计法，塑料桶承接法就是在导流管末端连接一个固定容积的塑料桶，每次降雨后人工去测定桶内水量来计算树干径流，该方法操作繁琐，误差较大，当雨量过大时，容易溢出桶外，而雨量过小时测定误差较大；翻斗式雨量计法是在导流管末端连接翻斗式自记雨量计，记录每次的树干径流量，该方法较准确，但由于该雨量计属于单独记录，即每台雨量计单独测量一株树木的干径流，成本较高，且不能贮存树干径流水用于水质分析，在实际测量中应用较少。
发明内容
本发明专利旨在提供一种简便、精确的树干径流测量系统。
为实现上述目的，发明采用的技术方案是：
一种树干径流测量系统，包括一个数据采集器与多个树干径流采集器连接；其中树干径流采集器主要由截流槽、导流管、雨量桶与储流桶组成；数据采集器由数据处理模块、显示模块，信号采集模块、传感器接口和电源组成，完成对降雨后树干径流的收集与测量；
所述截流槽盘绕于被测树干上，末端通过第一导流管与雨量桶连接；雨量桶通过第二导流管与储流桶连接。
本发明的优点是：
本发明不仅实现了对树干径流准确、实时的监测，还可以分析树干径流产流的时间动态，收集水质分析的样品，为树干径流的径流量和化学特征分析奠定基础。
附图说明
图1本发明的树干径流测定系统整体结构示意图。
图2本发明的树干径流测定系统单体结构示意图。
图3本发明的数据采集系统控制箱原理图。
图4本发明的数据采集系统控制箱端子接线图。
图5本发明的数据采集系统数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进一步详细说明。
如图1-5所示，一种树干径流测量系统，包括一个数据采集器与多个树干径流采集器连接；
其中树干径流采集器主要由截流槽1、导流管3、雨量桶6与储流桶9组成；完成对降雨后树干径流的收集；
所述截流槽1盘绕于被测树干2上，末端通过第一导流管3与雨量桶6连接；雨量桶6通过第二导流管8与储流桶9连接。
截流槽1是在被测树干2的130-150cm高度处上打磨一条光滑的宽约2cm，长为围绕树干闭合的螺旋条状带，条带上涂抹万能胶，并将直径为2-3cm开口胶质软管的1/3部分紧密粘在涂有万能胶的条带上，将剩下的2/3部分翻卷后，用一寸细钉固定，形成截流槽1。
在所述雨量桶6的上部加装带孔的上盖5，孔的大小与第一导流管3相当，且与第一导流管3密封连接，保证树干径流进入雨量桶6内和防止外面降雨进入雨量筒影响测量精度，并将雨量桶6固定安装在基座11上，在雨量桶6的出水口处加装锥形导水漏斗7，在雨量桶6内设有翻斗式雨量传感器，将经过雨量桶6的树干径流通过第二导流管8导入储流桶9内，收集以备水质测定与分析。
所述第一导流管3为直径Φ＝2cm的波纹软管，其前端与截流槽1相连，在连接处设置阻挡枯枝落叶堵塞导流管的纱网4；另一端引入到雨量桶6。
所述储流桶9为体积大于1000ml的带盖塑料容器，在距顶部3cm处设置Φ＝2cm溢流孔10，以保证多余的树干径流顺利流出。
将雨量桶6内翻斗式雨量传感器；该传感器是将树干径流转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，便于传输、处理、记录和显示；脉冲信号通过连接电缆12传入数据采集器13，在数据采集器13中将脉冲信号转换成树干径流量并存贮数据，完成对树干径流的测量，并将数据采集器13固定安装在基座11上。
数据采集器13由数据处理模块、显示模块，信号采集模块、传感器接口及电源组成，完成对所采集的树干径流的测量；
数据处理模块输入端与信号采集模块连接，信号采集模块通过传感器接口与多个雨量传感器连接，采集雨量传感器的脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号，进行存储；
数据处理模块输出端与显示模块连接，显示雨量信息。
一种树干径流测量系统，具体包括以下步骤；
步骤1、截流槽设置：在被测量的林木内，按树木的径级分布情况选择测定多株树木，在胸高断面130-150cm处设置截流槽1，在树干上打磨一条光滑的宽1.5-2cm，长为围绕树干闭合的螺旋条带，条带上涂万能胶，将直径为2-3cm的开口胶质软管的1/3部分紧密粘在涂有万能胶的条带上，将剩下的2/3部分翻卷后，用一寸细钉固定，形成截流槽1；
步骤2、第一导流管连接：用第一导流管3将截流槽1与雨量桶6相连接，第一导流管3的一端与截流槽1连接，并在连接处布设有纱网，以阻挡枯枝落叶堵塞第一导流管3；第一导流管3的另一端与雨量桶6连接，并在连接处用密封胶密封，以防止雨水等杂物进入；
步骤3、雨量桶6与数据采集器13安装：雨量桶6安装在被测树木的顺坡方向，数据采集器13安装在几株被测树木的中心位置。
步骤4、储流桶10安装与树干径流收集：通过在雨量桶6下方安装的锥形导水漏斗，将经过雨量桶6的树干径流导入储流桶10内，收集以备水质分析。数据采集器数据处理过程：树干径流由导管经过承接器汇入上翻斗，当所积的水容积达到预定值X时，在重力作用下翻转，下翻斗此时处于工作状态，两个翻斗在水重力作用下轮流工作；翻斗每翻转一次，便通过翻斗式雨量传感器输出一个脉冲信号，这样翻斗次数用翻斗式雨量传感器送出脉冲信号计数，即原始值Y；脉冲信号通过电缆传输到数据采集器中，经过模数转换器，将输入的脉冲信号转换为最终输出的实际值，转换器内的转换公式为：Z＝a×Y；其中，Z：输出实际值；a：转换系数；Y：脉冲信号计数。
数据采集系统最终输出数据示例见表1。
表1数据采集系统最终输出数据示例
实施例
在中国科学院清原森林生态系统观测研究站选择3种典型的森林类型：红松人工林、落叶松人工林和次生林，经初步调查后，在每个林分内选择3个径级，每个径级选择2株树木作为被测量树，进行树干径流测定。
测定方法为人工模拟和实际测量。
人工模拟：将上述树干径流测定系统安装后，人工将水从截流槽上方顺树干缓慢倾倒，待树干吸水饱和后，开始定量测定树干径流量，其误差都控制在3％以内(即精确度的平均值达到97.87％以上，表2)，能够满足实际树干径流量的测定要求；
实际测量：应用本测量系统，对红松、落叶松、次生林三种林型树干径流的实际测量，结果表明红松人工林的树干径流率为16.74％；落叶松人工林的树干径流率为7.6％；次生林的树干径流率为3.8％，表2。
表2树干径流自动测定系统监测记录

Claims (8)

1.一种树干径流测量系统，其特征在于：
包括一个数据采集器与多个树干径流采集器连接；
其中树干径流采集器主要由截流槽(1)、导流管(3)、雨量桶(6)和储流桶(9)组成；完成对降雨后树干径流的收集；
所述截流槽(1)盘绕于被测树干(2)上，末端通过第一导流管(3)与雨量桶(6)连接；雨量桶(6)通过第二导流管(8)与储流桶(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
截流槽(1)是在被测树干(2)130-150cm的高度处上打磨一条光滑的宽约2cm，长为围绕树干闭合的螺旋条状带，条带上涂抹万能胶，并将直径为2-3cm开口胶质软管的1/3部分紧密粘在涂有万能胶的条带上，将剩下的2/3部分翻卷后，用一寸细钉固定，形成截流槽(1)。
3.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
在所述雨量桶(6)的上部加装带孔的上盖(5)，孔的大小与第一导流管(3)相当，且与第一导流管(3)密封连接，保证树干径流进入雨量桶(6)内和防止外面降雨进入雨量筒影响测量精度，并将雨量桶(6)固定安装在基座(11)上，在雨量桶(6)的出水口处加装锥形导水漏斗(7)，在雨量桶(6)内设有翻斗式雨量传感器，将经过雨量桶(6)的树干径流通过第二导流管(8)导入储流桶(9)内，收集以备水质测定与分析。
4.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
所述第一导流管(3)为直径Φ＝2cm的波纹软管，其前端与截流槽(1)相连，在连接处设置阻挡枯枝落叶堵塞导流管的纱网(4)；另一端引入到雨量桶(6)。
5.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
所述储流桶(9)为体积大于1000ml的带盖塑料容器，在距顶部3cm处设置Φ＝2cm溢流孔(10)，以保证多余的树干径流顺利流出。
6.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
将雨量桶(6)内翻斗式雨量传感器的脉冲信号通过连接电缆(12)传入数据采集器(13)，在数据采集器(13)中将脉冲信号转换成树干径流量并存贮数据，完成对树干径流的测量，并将数据采集器(13)固定安装在基座(11)上。
7.根据权利要求1所述的一种树干径流测量系统，其特征在于：
数据采集器(13)由数据处理模块、显示模块，信号采集模块、传感器接口和电源组成，完成对所采集的树干径流的测量；
数据处理模块输入端与信号采集模块连接，信号采集模块通过传感器接口与多个雨量传感器连接，采集雨量传感器的脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号，进行存储；
数据处理模块输出端与显示模块连接，显示雨量信息。
8.一种树干径流测量系统，其特征在于：
具体包括以下步骤；
步骤1、截流槽设置：在被测量的林木内，按树木的径级分布情况选择测定多株树木，在胸高断面130-150cm处设置截流槽(1)，在树干上打磨一条光滑的宽1.5-2cm，长为围绕树干闭合的螺旋条带，条带上涂万能胶，将直径为2-3cm的开口胶质软管的1/3部分紧密粘在涂有万能胶的条带上，将剩下的2/3部分翻卷后，用一寸细钉固定，形成截流槽(1)；
步骤2、第一导流管连接：用第一导流管(3)将截流槽(1)与雨量桶(6)相连接，第一导流管(3)的一端与截流槽(1)连接，并在连接处布设有纱网，以阻挡枯枝落叶堵塞第一导流管(3)；第一导流管(3)的另一端与雨量桶(6)连接，并在连接处用密封胶密封，以防止雨水等杂物进入；
步骤3、雨量桶(6)与数据采集器(13)安装：雨量桶(6)安装在被测树木的顺坡方向，数据采集器(13)设置在几株被测树木的中心位置。
步骤4、储流桶(10)安装与树干径流收集：通过在雨量桶(6)下方安装的锥形导水漏斗，将经过雨量桶(6)的树干径流导入储流桶(10)内，收集以备水质分析。
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