CN108303513A - 一种林地综合水文要素自动记录仪 - Google Patents

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赵明
杨成生
陈徵尼
仲怡铭
凌雷
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    • G01N33/24—Earth materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

一种林地综合水文要素自动记录仪由坡面径流场系统，固定样地系统，数据采集、传输、处理系统数三大部分组成，翻斗流量传感器（4）置于坡面径流场（1）下游的集流槽（2）内，并与地表径流输出管（3）对接，采用测定大气降水量的原理，计量地表径流量；土壤湿度传感器（5）和土壤湿度传感器（6）设置在坡面径流场（1）的中轴线的三等分点上，采用2点监测土壤各层次的水分含量；林内降水收集槽（8）、林内降水输出管（9）和翻斗流量传感器（10）组成了林内降水测定装置，可增大降水接收面提高测定精度；所有传感器均通过数据输出电缆(13)连接到同一个数据采集器(14)上，JPRS无线传输设备(15)通过无线网络将数据采集器(14)采集的数据传输到终端计算机。

Description

一种林地综合水文要素自动记录仪
技术领域:
本发明专利涉及一种林地综合水文要素自动记录仪，这种林地综合水文要素自动记录仪实现了林地坡面径流场和森林固定样地主要水文要素的联合自动监测，可同时监测大气降水量、林内降水量、树干茎流量、地表径流量、各代表层次土壤含水量等森林生态系统水文要素，解决了森林生态系统长期定位监测实际需求，为研究森林生态系统水分平衡和水源涵养能力奠定基础。
背景技术:
水、土、气、生是森林生态系统长期定位监测的四大要素，关系到森林生态环境的健康稳定发展，受到生态学家高度关注。森林水文要素研究的方法很多，目前水文要素各因子的观测研究设施均分散建设在森林区不同部位，如：水分均衡场、地表径流场、气象观测场、土壤水分监测场、林内降水和树干茎流量固定样地等，采用的监测手段多处于人工或半自动阶段。虽然这些观测研究设施结构简单，使用方便，适应范围广，被广泛应用；但测定的原理和方法不够统一，测定结果误差标准不一致；另外由于观测的场、站、点分散，实现野外数据自动采集和无线传输难度大、成本高，不能满足无人值守站长期定位监测的要求。
发明内容:
本发明为了达到以上目标，设计了一种能够联合测定森林生态系统主要水文要素，且数据自动记录、无线传输的林地综合水文要素自动记录仪。
为达到上述目的，本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：
一种林地综合水文要素自动记录仪由坡面径流场系统，固定样地系统，数据采集、传输、处理系统数三大部分组成，其特征是：坡面径流场系统由坡面径流场(1)；集流槽(2)；地表径流量输出管(3)；翻斗流量传感器(4)；土壤湿度传感器(5)；土壤湿度传感器(6)组成，固定样地系统由固定样地(7)；林内降水收集槽(8)；林内降水输出管(9)；翻斗流量传感器(10)；树干茎流传感器(11)；大气降水传感器(12)组成;数据采集、传输、处理系统数据输出电缆（13）；数据采集器（14）； JPRS无线传输设备（15）；计算机终端接收及数据处理软件（16）组成。
坡面径流场（1），固定样地（7）要临近建设，实现一套仪器联合监测全部森林水文要素指标的目标。坡面径流场系统主要用于测定地表径流量和各层次的土壤水分含量，固定样地系统主要用于测定大气降水量、林内降水量和树干茎流量，长期监测的数据可以科学地研究森林降水及其再分配规律。
所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征在于：翻斗流量传感器（4）置于坡面径流场（1）下游的集流槽（2）内，并与地表径流输出管（3）对接，采用测定大气降水量的原理，计量地表径流量。
所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征在于：土壤湿度传感器（5）和土壤湿度传感器（6）设置在坡面径流场（1）的中轴线的三等分点上，采用2点监测土壤各层次的水分含量。
所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征在于：林内降水收集槽（8）、林内降水输出管（9）和翻斗流量传感器（10）组成了林内降水测定装置，可增大降水接收面提高测定精度。
所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征在于：树干径流传感器（11）安装在固定样地（7）内的标准木上，大气降水传感器（12）安装在固定样地（7）的林冠层之上，林内降水收集槽（8）安装在固定样地（7）的林冠层之下，实现了多因素同一样地同时观测。
所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征在于：安装在坡面径流场（1）和固定样地（7）的所有传感器均通过数据输出电缆(13)连接到同一个数据采集器(14)上，数据采集器(14) 采集和暂存全部传感器的监测数据，JPRS无线传输设备(15)通过无线网络将数据采集器(14)采集的数据传输到终端计算机，计算机终端接收及数据处理软件（16）的功能是接收、储存、编辑和分析数据。
附图说明:
图1是本发明所设计的“林地综合水文要素自动记录仪”原理图。
图1中：1、2、3、4、5、6为坡面径流场系统，其中1-坡面径流场；2-集流槽；3-地表径流量输出管；4-翻斗流量传感器；5-土壤湿度传感器；6-土壤湿度传感器。7、8、9、10、11、12为固定样地系统，其中7-固定样地；8-林内降水收集槽；9-林内降水输出管；10-翻斗流量传感器；11-树干茎流传感器；12-大气降水传感器。13、14、15、16为数据采集、传输、处理系统，其中13-数据输出电缆；14-数据采集器；15-JPRS无线传输设备；16-计算机终端接收及数据处理软件。
具体实施方式:
下面结合附图和具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。
本发明要求按照国家林业局相关行业标准建立坡面径流场（1）和固定样地(7)，为了满足一套仪器联合观测，坡面径流场（1）和固定样地(7)要临近建设。坡面径流场系统主要用于测定地表径流量和各层次的土壤水分含量，固定样地系统主要用于测定大气降水量、林内降水量和树干茎流量。这些数据的长期积累可以科学地研究森林降水及其再分配规律。
根据附图1所示：本发明的林地综合水文要素自动记录仪的坡面径流场系统由坡面径流场（1）、集流槽（2）、地表径流量输出管（3）、翻斗流量传感器（4）、土壤湿度传感器（5）、土壤湿度传感器（6）组成。坡面径流场（1）为长方形，长边垂直等高线，短边平行等高线，四周用不透水水材料设立隔墙；坡面径流场（1）的下游修建集水槽（2），地表径流输出管（3）连通坡面径流场（1）和集水槽（2），坡面径流场（1）的坡度及其四周隔墙的几何形状保证产生的坡面径流全部汇入地表径流输出管（3），位于集流槽（2）内的翻斗流量传感器（4）接收坡面径流场（1）产生的坡面径流并测定其流量。土壤湿度传感器（5）和土壤湿度传感器（6）设置在坡面径流场（1）的中轴线三等分点上，用于测定土壤各层次的含水率，从而计算土壤含水量。固定样地系统由固定样地(7)；林内降水收集槽(8)；林内降水输出管(9)；翻斗流量传感器(10)；树干茎流传感器(11)；大气降水传感器(12)组成;固定样地(7)为矩形，四周设立明显标志，用于确定样地范围和面积； 林内降水收集槽（8）安装在固定样地(7)内的林下，用于扩大降水收集面增加代表性；林内降水收集槽（8）沿坡度自然倾斜，下游连接林内降水输出管(9)，汇集林内降水到翻斗流量传感器(10)的入口，翻斗流量传感器(10)计量林内降水量；树干茎流传感器（11）按要求安装在固定样地(7)的标准木树干上，用于测定树干茎流量；大气降水传感器（12）安装在固定样地(7)的林冠层之上，用于测定大气自然降水量；数据采集、传输、处理系统数据输出电缆（13），数据采集器（14）， JPRS无线传输设备（15），计算机终端接收及数据处理软件（16）组成；数据输出电缆（13）连接所有传感器到特制的数据采集器（14），数据采集器（14） 采集和暂存全部传感器的监测数据，JPRS无线传输设备（15）通过无线网络将数据采集器（14）采集的数据传输到终端计算机，计算机终端接收及数据处理软件（16）的功能是接收、储存、编辑和分析数据。

Claims (6)

1.一种林地综合水文要素自动记录仪由坡面径流场系统，固定样地系统，数据采集、传输、处理系统数三大部分组成，其特征是：坡面径流场系统由坡面径流场(1)、集流槽(2)、地表径流量输出管(3)、翻斗流量传感器(4)、土壤湿度传感器(5)、土壤湿度传感器(6)组成；固定样地系统由固定样地(7)、林内降水收集槽(8)、林内降水输出管(9)、翻斗流量传感器(10)、树干茎流传感器(11)、大气降水传感器(12)组成；数据采集、传输、处理系统数由据输出电缆（13），数据采集器（14），JPRS无线传输设备（15），计算机终端接收及数据处理软件（16）组成。
2.根据权利要求1所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征是：翻斗流量传感器（4）置于坡面径流场（1）下游的集流槽（2）内，并与地表径流输出管（3）对接，采用测定大气降水量的原理，计量地表径流量。
3.根据权利要求1所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征是：土壤湿度传感器（5）和土壤湿度传感器（6）设置在坡面径流场（1）的中轴线的三等分点上，采用2点监测土壤各层次的水分含量。
4.根据权利要求1所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征是：林内降水收集槽（8）、林内降水输出管（9）和翻斗流量传感器（10）组成了林内降水测定装置，可增大降水接收面提高测定精度。
5.根据权利要求1所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征是：树干径流传感器（11）安装在固定样地（7）内的标准木上，大气降水传感器（12）安装在固定样地（7）的林冠层之上，林内降水收集槽（8）安装在固定样地（7）的林冠层之下，实现了多因素同一样地同时观测。
6.根据权利要求1所述的一种林地综合水文要素自动记录仪，其结构特征是：安装在坡面径流场（1）和固定样地（7）的所有传感器均通过数据输出电缆(13)连接到同一个数据采集器(14)上，数据采集器(14) 采集和暂存全部传感器的监测数据，JPRS无线传输设备(15)通过无线网络将数据采集器(14)采集的数据传输到终端计算机，计算机终端接收及数据处理软件（16）的功能是接收、储存、编辑和分析数据。
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