CN106908580A - 高坝水库消落带土壤水分监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统，包括数据采集器、土壤水分监测仪，数据采集器又包括信息存储模块及电源模块，数据采集器置于库岸最高水位线以上的平台上，土壤水分监测仪置于水库最高水位线和最低水位线之间的消落带上，呈等距分布且并联后，通过电缆连接数据采集器，电缆末端连接压力式水位计，压力式水位计置于水库最低水位线以下水体中。本发明还提供了高坝水库消落带土壤水分监测系统的监测方法。本发明通过根据水库消落带的高度范围等距布设的土壤水分监测仪，用电缆连接各土壤水分监测仪至数据采集器，并通过数据采集器内的电源模块以及信息存储模块进行供电及存储数据，使得本装置具有布设方便、简单以及成本低的特点。

Description

高坝水库消落带土壤水分监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及土壤检测技术领域，特别是属于一种高坝水库消落带土壤水分监测系统及其监测方法。

背景技术

中国进入新世纪以来，水库大坝建设数量迅猛增加，据《2014年全国水利发展统计公报》，我国水电建设装机容量已突破3亿千瓦。大规模水电开发，伴随产生位于水库两侧，受陆生生态系统和水生生态系统交替控制的区域，即水库消落带。对于坝高在70m以上，库容大于1亿m3的高坝大库，如三峡水库、小湾水库、糯扎渡水库等，其消落带范围均在30m以上，导致环境和生态问题更为凸显。高坝大库蓄水后，蓄水位以下坡面原生植被不适应新生境而逐渐消亡，消落带呈裸坡状态，进而造成库岸地质灾害频发，土壤侵蚀异常强烈，库区景观质量下降等，受到当地政府和国家关注。

因此，消落带形成后，需进行消落生态系统恢复和保护，以防止土壤流失、库岸崩塌和滑坡等问题。其中，植被恢复和重建是消落带生态系统恢复和保护重点。而消落带土壤表层水是消落带植被生存的基本生活条件，同时是严重制约消落带人工植被恢复的重要因子。通过开展消落带土壤表层水分监测，以便进行消落带土壤水分波动范围和时间分区，对选择相应阶段植被种类具有重要理论和实际意义。但如西南地区水库消落带，具有坡度大、范围高、淹没时间长达半年、土壤侵蚀严重等特点，人为定期前往消落带进行观测困难且耗力大。急需一种消落带土壤水分表层系统监测装置，能够在各类型消落带实测表层土壤水分数据，完成消落带土壤表层水分无人定点观测，实现长期系统化监测。

现有的土壤水分监测仪，可进行土壤水分快速读取，对落后的传感器、电路设计及装置结构进行了一定改进，但此类装置仅设计了单个土壤水分监测仪，适用范围有限，针对大型消落带，受水位波动产生土壤水分变化、土层剥蚀等情况，存在监测位置单一，设备易遗失等问题。而针对消落带的监测仪器设备，主要目的是针对岩石稳定性观测而设计，通过在消落带岩体内设置监测线，布置位移传感器和角度传感器等，监测消落带滑坡情况，实现对消落带护坡立体化监测。此类消落带专利，并未对消落带土壤水分进行系统监测，且此类监测具有成本高、布设环境有限、设计复杂等不足。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种高坝水库消落带土壤水分监测系统及其监测方法，以达到成本低、布设简单、实用性强以及提高检测精度、可靠性的目的。

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统，其特征在于，包括数据采集器、土壤水分监测仪，数据采集器又包括信息存储模块以及电源模块，其中，数据采集器置于库岸最高水位线以上的平台上，土壤水分监测仪置于水库最高水位线和最低水位线之间的消落带上，呈等距分布且并联后，通过电缆连接数据采集器，其中，所述电缆末端连接压力式水位计，压力式水位计置于水库最低水位线以下水体中。

进一步的，所述的电源模块为充电电池或充电电池与太阳能板的结合。

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择每年消落带水位接近最低时，安设本高坝大库消落带土壤水分监测系统，先查询资料确定水库最低水位值以及最高水位值，在实地根据水库运行造成的植被裸露地带或气压计确定消落带高度范围，选择等间隔的高程值，即在消落带高度范围等间隔对应的水位处，设置土壤水分监测仪于消落带土壤0-20cm范围内，各土壤水分监测仪之间用电缆连接固定；在电缆末端，连接压力式水位计，并置于最低水位线以下位置；数据采集器放置于最高水位线以上平台；

步骤2：水库夏季为水位最低时，安装本系统之后，水库水位在最高水位线和最低水位线之间波动。此时，位于最低水位线以下的压力式水位计，记录并存储实时水位相关数据；冬季水位上升过程中，水体依次淹没消落带，土壤水分监测仪依次淹没，并记录土壤水分、水势、盐分和温度数据，通过电缆存储于数据采集器，此时即可在消落带上库岸附近，通过数据采集器提取所需数据；

步骤3：次年夏季的水库水位再达最低处，此时可根据需求，前往消落带视察本系统的各仪器整体情况，包括读取数据采集器内存储内容或回收该系统。

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统，结构设计合理、实用性强，通过根据水库消落带的高度范围等距布设的土壤水分监测仪，用电缆连接各土壤水分监测仪至数据采集器，并通过数据采集器内的电源模块以及信息存储模块进行供电及存储数据，使得本装置具有布设方便、简单以及成本低的特点，解决了土壤水分野外长期无人监测的问题，且本装置无需维护。在电缆末端连接压力式水位计，可长期记录存储水库水位涨落变化数据，结合消落带土壤水分数据，获得水库水位调度运行于消落带土壤水分含量变化关系。本发明可安置在任意消落带，可应用于消落带植被恢复研究提供水分数据领域，所得数据也可应用于干湿交替环境下土壤水分动态变化等研究，同时，本装置还能够搭载其他监测设备于相应土壤水分监测仪节点位置，包括GPRS定位仪等拓展监测设备，从而实现多角度监测数据的定点采集。综上所述，本发明具有可靠性高、提高工作效率的积极效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、太阳能板，2、数据采集器，3、电缆，4、土壤水分监测仪，5、压力式水位计，6、最高水位线，7、最低水位线，8、库岸。

具体实施方式

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统，包括数据采集器2、土壤水分监测仪4，其中，数据采集器2置于库岸8最高水位线6以上，土壤水分监测仪4根据消落带的高度范围等距分布且并联后，通过电缆3连接数据采集器2。其中，数据采集器2包括信息存储模块和电源模块，信息存储模块用于记录、存储消落带表层土壤水分、水势、盐分和温度等数据，电源模块由充电电池或配备太阳能板1组成；电缆3连接数据采集器2和土壤水分监测仪4；土壤水分监测仪4捆绑在电缆3上，用于实时监测土壤水分、水势、盐分和温度等数据内容，同时确保在水位涨落对土壤进行剥蚀过程中的定点观测以及防止仪器移动或丢失，易于回收，且电缆3末端连接压力式水位计5，置于最低水位以下水体中。所述压力式水位计5可以根据需要设置多个。土壤水分监测仪4根据消落带高度范围，等距分布且土壤水分监测仪4之间为并联式连接方式，可以长期埋深在土壤，从而提供表层土壤水分的长期动态监测数据，使用方便，根据水库据消落带范围内布置的多个土壤水分监测仪4，多点观测，结合水位数据，提供了整个消落带随水位季节性波动产生的土壤水分变化趋势，用于进行有关消落带表层土壤水分动态变化的研究。

本发明所提供的高坝水库消落带土壤水分监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：选择每年消落带水位接近最低时，安设本高坝大库消落带土壤水分监测系统，先查询资料确定水库最低水位线7以及最高水位线6，在实地根据水库运行造成的植被裸露地带或气压计确定消落带高度范围，选择等间隔的高程值，即在消落带高度范围等间隔对应的水位处，设置土壤水分监测仪4于消落带土壤0-20cm范围内，选择地点尽量避免过多石头、根系或异物区域，保证土壤含水量测定的精确度；各土壤水分监测仪4之间用电缆3连接固定；在电缆3末端，连接压力式水位计5，并置于最低水位线7以下位置；数据采集器2放置于最高水位线6以上平台。选取较平、宽阔地区，以便于固定；太阳能板1选取采光时间长范围大区域，保证提供系统充足能源；

步骤2：水库夏季为水位最低时，安装系统之后，水库水位在最高水位线6和最低水位线7之间波动。此时，位于最低水位线7以下位置的压力式水位计5，记录并存储实时水位数据；冬季水位上升过程中，水体依次淹没消落带，土壤水分监测仪4依次淹没，并记录土壤水分、水势、盐分和温度数据，通过电缆3存储于数据采集器2，此时即可在消落带上库岸8附近，通过数据采集器2提取所需数据；水位波动及降雨过程，可能造成消落带土壤表层剥离及崩塌、滑坡等现象，此时土壤水分仪通过电缆3连接数据采集器2，可确保土壤水分仪不被水流冲刷导致遗失；水位下落过程同水位上升过程；

步骤3：次年夏季的水库水位再达最低处，此时可根据需求，前往消落带视察仪器整体情况包括读取数据采集器2内存储内容，或回收该系统。由于用电缆3连接整个系统，在回收土壤水分监测仪4时，可通过摸索电缆3位置，拾得各土壤水分监测仪4，以便下次利用。

下面通过一个具体实施例对本发明进一步描述：

本高坝大库消落带土壤水分监测装置采用数据采集器2为CR1000测量控制采集器，最大含32通道扩展配件，土壤水分监测仪4使用EQ15土壤水势速测仪。其中，所述数据采集器2包括的电源模块采用太阳能板1或充电电池。

具体地，如图1所示，水库最低水位线7为145m，最高水位线6为175m，消落带高度范围为30m，以5m的高程为间隔，即分别在150m、155m、160m、165m、170m、175m处分别埋入6个土壤水分监测仪4，数据采集器2放于最高水位线175m以上，上述土壤水分监测仪4之间并联后通过电缆3连接于数据采集器2，同时电缆3末端连接压力式水位计5，并置于最低水位线145cm以下水体中。所述数据采集器2采用太阳能板1，应用时，选取较平、宽阔地区，以便于固定；同时选取采光时间长、范围大的区域，以便保证太阳能板1提供系统充足能源。

Claims (3)

1.高坝水库消落带土壤水分监测系统，其特征在于，包括数据采集器、土壤水分监测仪，数据采集器又包括信息存储模块以及电源模块，其中，数据采集器置于库岸最高水位线以上的平台上，土壤水分监测仪置于水库最高水位线和最低水位线之间的消落带上，呈等距分布且并联后，通过电缆连接数据采集器，其中，所述电缆末端连接压力式水位计，压力式水位计置于水库最低水位线以下水体中。

2.根据权利要求1所述的高坝水库消落带土壤水分监测系统，其特征在于，所述的电源模块为充电电池或充电电池与太阳能板的结合。

3.根据权利要求2所述的高坝水库消落带土壤水分监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择每年消落带水位接近最低时，安设本高坝大库消落带土壤水分监测系统，先查询资料确定水库最低水位值以及最高水位值，在实地根据水库运行造成的植被裸露地带或气压计确定消落带高度范围，选择等间隔的高程值，即在消落带高度范围等间隔对应的水位处，设置土壤水分监测仪于消落带土壤0-20cm范围内，各土壤水分监测仪之间用电缆连接固定；在电缆末端，连接压力式水位计，并置于最低水位线以下位置；数据采集器放置于最高水位线以上平台；

步骤2：水库夏季为水位最低时，安装本系统之后，水库水位在最高水位线和最低水位线之间波动。此时，位于最低水位线以下的压力式水位计，记录并存储实时水位相关数据；冬季水位上升过程中，水体依次淹没消落带，土壤水分监测仪依次淹没，并记录土壤水分、水势、盐分和温度数据，通过电缆存储于数据采集器，此时即可在消落带上库岸附近，通过数据采集器提取所需数据；

步骤3：次年夏季的水库水位再达最低处，此时可根据需求，前往消落带视察本系统的各仪器整体情况，包括读取数据采集器内存储内容或回收该系统。