CN109374356A - 一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置及其方法，属于环境监测技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种简易的、便携式的初、末期雨水径流多批次自动收集方法并设计了采样装置；技术方案为本装置包括箱体，腔体设置在箱体内部的左上方，箱体的右侧面开有排水口，初期雨水收集瓶和末期雨水收集瓶固定在箱体内底部，腔体内设置有高度不同的多个进水口，进水口、初期雨水收集瓶、末期雨水收集瓶和排水口之间由管道连通，进水口处设有雨水收集自启动系统，用于控制不同进水口的开闭，使得不同雨水批次的雨水进入相应的进水口，实现多批次降水的自动收集；本发明可用于雨水多批次收集。

Description

一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置及其方法

技术领域

本发明一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置及其方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

按照自动化程度可将现有田间地表初末期雨水采样装置分为人工控制采样装置和自动采样装置。人工控制采样装置主要利用简易采样装置，如采样瓶等，人为选取合适的采样地点后，降雨期间于降雨初期与末期进行采样，但存在农田泥泞采样难度大，采样过程费时费力，且较难准确得到初、末期雨水径流，也无法实现对多次降雨的自动采集。例如公布号为CN 103940637A的发明专利，名称为一种地表径流采集装置，它利用引水板将径流水样进入缓冲器，经过滤网滤去泥沙、植物残渣等杂质后进入沉淀器，在有径流水样进入容量器瞬间按下计时器开始计时，采样量达到要求后再按下计时器，获取时间数据，同时根据水位刻度线记录水样体积，此采样装置对人工的依赖很大，自动化程度低，而且无法同时收集初末期雨水径流；又如公布号为CN 102346059 A，名称为一种简易地表径流量测定及径流液采集装置，当试验区产生地表径流时，径流液从U形管的进水口端流入，较大的颗粒物被过滤罩挡在外面，因进水口高于分流孔，径流液在分流孔位置形成一定水压，径流水随即从各分流孔流出，其中一份径流液通过硬质导流管——接液漏斗收集至收集桶内，其余分流孔流出的径流液直接进入排水沟中排出。 此装置也较为简便，但是无法实现初末期雨水的分别收集，以及野外多点、批量采样。

自动采样装置则由传感器、流量器、抽排系统、电源、采样系统、远程控制及智能控制系统等构成，采样前设置流量、时间、次数等参数，由程序驱动采样，可实现多次降雨的自动采集，节省人工和时间，便于操作。但是相比于前者，装置较为复杂，成本较高，并且装置的电路系统、控制系统等易受到极端天气和恶劣环境干扰，进而对装置的可靠性和精密度产生影响。例如公布号为CN 104596800A的发明专利，名称为一种轮式地表径流采样装置，采用轮胎毛细现象以及转动离心力，结合导流器及数控收集器，对地表径流进行收集，但是它主要适用于平坦地形，对于泥泞、崎岖不平的采样地点其采样功能难以实现，也无法对初末期雨水径流进行收集，并且其结构复杂，制造成本偏高；又如公布号为 CN 103698159 A，名称为一种降雨触发式径流自动采样器，本采样器通过降雨触发装置来控制整个采样器启动，在降雨量达到设定值时，PLC控制器可按事先设定步骤和时间间隔依次启动步进电机、水泵和蠕动泵等采集不同时段、不同点位的径流水样品并分配至相应的采样瓶中保存，此装置对于雨水感应器的依赖较大， 只有雨水感应器被触发，才能使整套装置运转工作，当降雨量较少时，装置无法收集径流，会影响采样的随机性和精密度，并且当感应器受损后，整套装置即瘫痪。

综上所述，简易采样器无法便捷地收集初、末期径流，对于人工的依赖性较大。简易采样器无法实现对多次降雨初、末期径流的自动采集。自动化较高的采样器成本较高，有电源要求，携带安装不便，仪器使用寿命和精密度受环境条件影响。由于降雨发生的随机性及其持续时间的不确定性，这对采样装置的传感器、安置、开启与关闭、仪器参数的设定等带来了很大的难题。

发明内容

本发明一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置及其方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种简易的、便携式的初、末期雨水径流多批次自动收集方法并设计了采样装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，包括箱体，腔体设置在箱体内部的左上方，箱体的右侧面开有排水口，初期雨水收集瓶和末期雨水收集瓶固定在箱体内底部，腔体内设置有高度不同的多个进水口，进水口、初期雨水收集瓶、末期雨水收集瓶和排水口之间由管道连通，进水口处设有雨水收集自启动系统，用于控制不同进水口的开闭，使得不同雨水批次的雨水进入相应的进水口，实现多批次降水的自动收集。

进一步，所述雨水收集自启动系统包括V型旋转撑板、圆盖板和封水浮板，封水浮板与所述腔体的四壁紧密接触，V型旋转撑板与位于进水口下方的狭缝底部铰接，圆盖板与位于进水口上方的一点铰接。

进一步，所述进水口下方设有一个用于收纳所述V型旋转撑板空间的容纳盒。

进一步，所述进水口处设置有磁铁，所述圆盖板由磁性材料制成。

进一步，所述进水口的数量为四个，分别为第一进水口、第二进水口、第三进水口、第四进水口，第一进水口到第四进水口的高度依序升高。

进一步，所述腔体的左侧设置有垂直滤网，所述箱体的左侧设置有倾斜滤网，倾斜滤网通过锁扣与所述腔体上方的腔体盖相连，腔体盖的右侧所述箱体通过合页相连，腔体盖上设置有单向排气阀。

进一步，所述箱体的右侧面与所述箱体活动相连。

进一步，所述初期雨水瓶被固定在采样瓶放置槽上，进水管通过橡皮塞插入初期雨水收集瓶中，瓶颈内部装有密封圈，瓶中放有直径稍小于瓶颈直径的塑料小球，小球能够随瓶中液面上升而上升，最终与密封圈密合，封闭瓶口后，后续水流通过管路进入到所述末期雨水收集瓶，实现仅收集初期雨水的目的。

进一步，所述末期雨水收集瓶的橡皮塞上插有管路和橡胶管，所述管路插入所述末期雨水收集瓶中的长度大于橡胶管插入的深度，橡胶管的尾端连接有单向流水地漏阀。

一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集方法，基于上述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置完成，包括以下步骤：

S1.将本装置埋入地下，左侧地面挖成浅阱，使垂直滤网的底部高于浅阱底部，倾斜滤网倾斜放置，左侧插入地下固定；

S2.雨水径流经过倾斜滤网、垂直滤网过滤径流中的异物后流入腔体，夹带的泥沙在腔体底部沉积，水位逐步升高引起封水浮板上升，触动雨水收集自启动系统，此时雨水通过第一进水口进入进水管，雨水径流开始收集，依次收集初期和末期雨水；第一场雨停后，腔体水位下降，圆盖板失去封水浮板支撑，圆盖板闭合，封闭第一进水口，并利用磁铁磁力提高密封性；

S3.多场降雨径流自动收集：发生多场降雨后，腔体中水位继续升高至对应高度的进水口，触动多次雨水收集自启动系统进行多场雨水径流的收集；

S4.样品收集与样品瓶更换：雨水收集完成后，打开箱体，拔下初末期雨水收集瓶上的橡胶管，取出收集瓶，并更换新的收集瓶用于下一次雨水收集。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明装置通过利用浮板控制采样孔依次启动/封闭模式、径流采集充满后浮球封堵模式、虹吸连通器及单向流动原理达到依次收集初、末期雨水径流的功能。各部分组件均可拆卸与替换，组装快速便捷，既实现了初、末期雨水的分别收集，又实现了生产的低成本，组件的可拆卸与替换又延长了使用寿命，装置只需采样地一次安装即可实现连续多次降雨初末期径流采样，采样样品可多次样品的一次收回，无需人工看守和远程控制，解决了降雨的随机性及持续时间的不确定性对径流采集带来的操作困难。

附图说明

图1为本发明装置的正视结构示意图。

图2为本发明装置的俯视结构示意图。

图3为本发明装置的腔体部分的结构示意图。

图4为雨水收集自启动系统的局部放大图。

图中，1-箱体，2-腔体，3-初期雨水收集瓶，4-末期雨水收集瓶，5-倾斜滤网，6-腔体盖，7-雨水收集自启动系统，11-采样瓶放置槽，12-排水口，13-第一合页，21-垂直滤网，22-第一进水口，23-第二进水口，24-第三进水口，25-第四进水口，26-第二合页，27-第三合页，31-进水管，32-管路，33-密封圈，34-塑料小球，35-橡皮塞，41-橡胶管，411-单向流水地漏阀，61-锁扣，63-第四合页，64-第五合页，71-V型旋转撑板，72-圆盖板，73-封水浮板，74-狭缝，75-狭缝底部，76-容纳盒，77-圆盖板转轴，78-磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-图4所示，本发明一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，包括箱体1，腔体2设置在箱体1内部的左上方，箱体1的右侧面开有排水口12，初期雨水收集瓶3和末期雨水收集瓶4固定在箱体1内底部，腔体1内设置有高度不同的多个进水口，进水口、初期雨水收集瓶3、末期雨水收集瓶4和排水口12之间由管道连通，进水口处设有雨水收集自启动系统7，用于控制不同进水口的开闭，使得不同雨水批次的雨水进入相应的进水口，实现多批次降水的自动收集。

箱体1的作用是存放采样瓶，排出雨水，并保证采样瓶的清洁。整体为长方体结构，由亚克力材料制成。

腔体2的作用是过滤雨水中的枯枝落叶，沉积泥沙，暂留雨水。整体为长方体结构，由亚克力材料制成。腔体2右侧与箱体1以第二、第三合页26、27相连，可自由转动。

进水口的数量为四个，分别为第一进水口22、第二进水口23、第三进水口24、第四进水口25，第一进水口22到第四进水口25的高度依序升高。

雨水收集自启动系统7包括V型旋转撑板71、圆盖板72和封水浮板73，封水浮板73与腔体2的四壁紧密接触，V型旋转撑板71与位于进水口下方的狭缝底部75铰接，圆盖板72与位于进水口上方的一点铰接。进水口下方设有一个用于收纳V型旋转撑板71空间的容纳盒76。进水口处设置有磁铁78，圆盖板72由磁性材料制成。

腔体1的左侧设置有垂直滤网21，箱体1的左侧设置有倾斜滤网5，倾斜滤网5通过锁扣61与腔体2上方的腔体盖6相连，腔体盖6的右侧与箱体1通过第四、第五合页63、64相连，腔体盖6上设置有单向排气阀。这样使封水浮板73的上方空间与外界保持气压平衡。

箱体的右侧面与箱体1活动相连，通过第一合页13，可向右旋转打开箱体1。

初期雨水瓶3被固定在采样瓶放置槽11上，进水管31通过橡皮塞35插入初期雨水收集瓶3中，瓶颈内部装有密封圈33，瓶中放有直径稍小于瓶颈直径的塑料小球34，小球34能够随瓶中液面上升而上升，最终与密封圈33密合，封闭瓶口后，后续水流通过管路32进入到末期雨水收集瓶4，实现仅收集初期雨水的目的。

末期雨水收集瓶4的橡皮塞35上插有管路32和橡胶管41，管路32插入末期雨水收集瓶4中的长度大于橡胶管41插入的深度，橡胶管41的尾端连接有单向流水地漏阀411，防止雨水回流。

一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集方法，基于上述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置完成，包括以下步骤：

S1.将本装置埋入地下，左侧地面挖成浅阱，使垂直滤网21的底部高于浅阱底部，倾斜滤网5倾斜放置，左侧插入地下固定；

S2.雨水径流经过倾斜滤网5、垂直滤网21过滤径流中的异物后流入腔体2，夹带的泥沙在腔体2底部沉积，水位逐步升高引起封水浮板73上升，触动雨水收集自启动系统7，此时雨水通过第一进水口22进入进水管31，雨水径流开始收集，依次收集初期和末期雨水；第一场雨停后，腔体水位下降，圆盖板72失去封水浮板73支撑，圆盖板72闭合，封闭第一进水口22，并利用磁铁78磁力提高密封性；

S3.多场降雨径流自动收集：发生多场降雨后，腔体中水位继续升高至对应高度的进水口，触动多次雨水收集自启动系统7进行多场雨水径流的收集；

S4.样品收集与样品瓶更换：雨水收集完成后，打开箱体1，拔下初末期雨水收集瓶上的橡胶管35，取出收集瓶，并更换新的收集瓶用于下一次雨水收集。

本装置在雨水收集完成时，可通过向上转动腔体2，清洗腔体内沉积物，达到排水排沙的作用。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：包括箱体（1），腔体（2）设置在箱体（1）内部的左上方，箱体（1）的右侧面开有排水口（12），初期雨水收集瓶（3）和末期雨水收集瓶（4）固定在箱体（1）内底部，腔体（1）内设置有高度不同的多个进水口，进水口、初期雨水收集瓶（3）、末期雨水收集瓶（4）和排水口（12）之间由管道连通，进水口处设有雨水收集自启动系统（7），用于控制不同进水口的开闭，使得不同雨水批次的雨水进入相应的进水口，实现多批次降水的自动收集。

2.根据权利要求1所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述雨水收集自启动系统（7）包括V型旋转撑板（71）、圆盖板（72）和封水浮板（73），封水浮板（73）与所述腔体（2）的四壁紧密接触，V型旋转撑板（71）与位于进水口下方的狭缝底部（75）铰接，圆盖板（72）与位于进水口上方的一点铰接。

3.根据权利要求2所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述进水口下方设有一个用于收纳所述V型旋转撑板（71）空间的容纳盒（76）。

4.根据权利要求2所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述进水口处设置有磁铁（78），所述圆盖板（72）由磁性材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述进水口的数量为四个，分别为第一进水口（22）、第二进水口（23）、第三进水口（24）、第四进水口（25），第一进水口（22）到第四进水口（25）的高度依序升高。

6.根据权利要求2所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述腔体（1）的左侧设置有垂直滤网（21），所述箱体（1）的左侧设置有倾斜滤网（5），倾斜滤网（5）通过锁扣（61）与所述腔体（2）上方的腔体盖（6）相连，腔体盖（6）的右侧所述箱体（1）通过合页相连，腔体盖（6）上设置有单向排气阀。

7.根据权利要求1所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述箱体的右侧面与所述箱体（1）活动相连。

8.根据权利要求1所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于： 所述初期雨水瓶（3）被固定在采样瓶放置槽（11）上，进水管（31）通过橡皮塞（35）插入初期雨水收集瓶（3）中，瓶颈内部装有密封圈（33），瓶中放有直径稍小于瓶颈直径的塑料小球（34），小球（34）能够随瓶中液面上升而上升，最终与密封圈（33）密合，封闭瓶口后，后续水流通过管路（32）进入到所述末期雨水收集瓶（4），实现仅收集初期雨水的目的。

9.根据权利要求8所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置，其特征在于：所述末期雨水收集瓶（4）的橡皮塞（35）上插有管路（32）和橡胶管（41），所述管路（32）插入所述末期雨水收集瓶（4）中的长度大于橡胶管（41）插入的深度，橡胶管（41）的尾端连接有单向流水地漏阀（411）。

10.一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集方法，其特征在于基于权利要求1-9任一所述的一种田间实验初、末期雨水多批次自动采集装置完成，包括以下步骤：

S1.将本装置埋入地下，左侧地面挖成浅阱，使垂直滤网（21）的底部高于浅阱底部，倾斜滤网（5）倾斜放置，左侧插入地下固定；

S2.雨水径流经过倾斜滤网（5）、垂直滤网（21）过滤径流中的异物后流入腔体（2），夹带的泥沙在腔体（2）底部沉积，水位逐步升高引起封水浮板（73）上升，触动雨水收集自启动系统（7），此时雨水通过第一进水口（22）进入进水管（31），雨水径流开始收集，依次收集初期和末期雨水；第一场雨停后，腔体水位下降，圆盖板（72）失去封水浮板（73）支撑，圆盖板（72）闭合，封闭第一进水口（22），并利用磁铁（78）磁力提高密封性；

S3.多场降雨径流自动收集：发生多场降雨后，腔体中水位继续升高至对应高度的进水口，触动多次雨水收集自启动系统（7）进行多场雨水径流的收集；

S4.样品收集与样品瓶更换：雨水收集完成后，打开箱体（1），拔下初末期雨水收集瓶上的橡胶管（35），取出收集瓶，并更换新的收集瓶用于下一次雨水收集。