CN109781569B - 一种水库消落带浪蚀监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库消落带浪蚀监测装置，包括压力测量箱体，压力测量箱体的底面上设置有若干个与其垂直的隔网，隔网上设置有若干个与压力测量箱体的底面平行的压力感应板，压力感应板上设置有压力传感器和光发射部件，压力测量箱体的底部通过第一固定杆连接有光线接收器安装箱，第一固定杆内安装有数据电缆线；光线接收器安装箱上设置有若干个光感应部件，光感应部件与压力感应板一一对应设置，光感应部件与压力感应板在同一水平面上；压力测量箱体的侧面的顶部连接有与其相垂直的U型连接线布置管道，连接线布置管道上设置有近景摄像头和数据电缆线，数据电缆线连接有控制装置。本发明组装方便，施工简单，工程造价低。

Description

一种水库消落带浪蚀监测装置

技术领域

本发明属于水土保持技术领域，具体地说，涉及一种水库消落带浪蚀监测装置。

背景技术

水库涨落带又称消落带或消落区，指水库水位季节性涨落，库岸土地周期性淹没、出露水面的一段特殊区域。消落带受电站蓄水导致的干湿交替影响，地面植被遭到破坏，土壤结构发生变化，在生态系统稳定、抗外界干扰能力及对生态环境变化的适应性上，均表现出明显的脆弱性。水电开发形成的弃渣场及开挖边坡、断面等形成的高崖碎石岸坡在水库蓄水之后部分处于消落带区域，水库水位涨落后，出露成陆期通常天气炎热潮湿，大雨、暴雨频繁，在水面波浪和地表径流冲刷的共同作用下，成为土壤侵蚀较为严重的区域。

波浪侵蚀，又称浪蚀，贯穿库区整个水位涨落周期，在不同水位的水陆交界面广泛分布。在水位线附近坡面均有程度不等的波浪侵蚀发生，尤其发生在土质消落带陡坡、滩坡和平缓旱地的坡面上。波浪对库岸的破坏作用主要包括以下几个方面：(1)波浪拍击岸坡，使岸坡岩土体松动，甚至被波浪卷走；(2)波浪淘刷岩土体中的土粒，使岸坡岩土松动失稳；(3)涌浪作用将水灌入岩土体缝隙内，当波浪退却后滞留水在岩土体底部产生托顶作用，使岩土体松动滑落，同时灌入岩土体缝隙内的水浸泡岩土体，降低边坡稳定性。波浪侵蚀包括浪蚀作用、波浪及岸边流的搬运作用；造成的一次性破坏较小，但作用的时空分布广，且可以为岸坡后退提供必要的临空条件。波浪侵蚀消落带土壤，不仅降低土壤质量，影响消落植被恢复，破坏拦沙截污的生态服务功能，且易造成库岸持续后退并加剧库岸失稳。

消落带生态系统的脆弱和消落带土壤侵蚀问题受到各方关注，但其监测手段匮乏。目前消落带土壤侵蚀监测大部分侧重于降雨侵蚀监测，较少考虑库区波浪淘蚀，缺少消落带浪蚀监测技术和方法。通过监测水体浊度、波浪压力强度、坡面形态变化，推求消落带浪蚀强度，提出开展消落带波浪侵蚀监测的技术装置和监测方法，可为维护水库库岸稳定、缓解水库泥沙淤积，提供科技支撑。

目前，现有的相关技术有：专利野外自动土壤侵蚀监测装置(申请号：201721505488.9，公开日：2018-07-24)，解决了现有土壤侵蚀监测装置功能单一、数据精度差等问题。实现了野外土壤侵蚀监测准确性高、并可自动进行判断和计算，但仅适用于雨水径流侵蚀土壤监测，对波浪侵蚀土壤监测并不适用。

专利海岸侵蚀监测桩(申请号：201820104114.4，申请日：2018-01-22)将监测桩竖直固定于海岸以下，且监测桩上部凸出于海岸以上，可将测绘仪器直接固定于监测桩顶上，从而测量监测桩的高度，可使测量精度高，误差较小，测量过程更为方便。但此监测装置功能较单一，仅能通过测量高度确定侵蚀程度，而监测桩造价高，耗时费力且建筑过程复杂。

专利一种水质浊度监测装置(申请号：201521082597.5，申请日：2015-12-23)，此装置操作简单，不需要采集样品监测水质浊度，可以直接将该水质浊度监测装置设置于水管中通过记录和采集透过水管内水的光强变化来监测水的浊度。但此装置功能较单一，仅适用于监测水管中单向水流的水质浊度，对库区水质浊度监测并不适宜。

刘世萱等(刘世萱，齐勇，刘海丰，微波波浪浮标监测系统[J].海洋技术学报，2011.02.013)所述的“微波波浪浮标体装置”具有高稳定性、高透光性、高抗紫外线性等特性，但此装置并不能监测某一特定方向波浪强度。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述的问题，提供了一种水库消落带浪蚀监测装置，该装置结合波浪强度与水体浊度得出水体含沙量，同时借助岸坡形态变化监测消落带波浪侵蚀强度。首先通过压力感应板测得波浪强度并输送信号，光发射部件接收到信号散发光线，光感应部件接收光线号，基于散射光原理测得水体浊度，为部分水体含沙量的计算打下基础；同时，可观测到由较大波浪拍打岸坡造成的岸坡形态变化，通过分析波浪强度与土壤流失量的定量关系，为求消落带浪蚀强度打下基础。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种水库消落带浪蚀监测装置，包括压力测量箱体，所述压力测量箱体的底面上设置有若干个与其垂直的隔网，所述隔网上设置有若干个与压力测量箱体的底面平行的压力感应板，每个压力感应板上设置有压力传感器和光发射部件，所述压力测量箱体的底部设置有第一固定杆，所述压力测量箱体通过第一固定杆连接有光线接收器安装箱，所述第一固定杆内安装有数据电缆线；所述的光线接收器安装箱上设置有若干个光感应部件，所述光感应部件与压力感应板一一对应设置，光感应部件与压力感应板在同一水平面上；所述的压力测量箱体的侧面的顶部连接有与其相垂直的U型连接线布置管道，所述的连接线布置管道上设置有近景摄像头，所述连接线布置管道内设置有数据电缆线，所述数据电缆线连接有控制装置。

可选地，控制装置包括装置控制箱，所述装置控制箱内设置有CPU控制电路板，所述CPU控制电路板通过导线分别连接有压力传感器、光发射部件、光感应部件、GPS定位器、电机、显示装置、控制用键盘、蓄电池和太阳能板，电机上连接有卷扬装置和数据电缆线。

可选地，所述电机、GPS定位器和蓄电池均设置在装置控制箱的底板上，所述装置控制箱的顶部设置有太阳能板支架，太阳能板支架上设置有太阳能板。

可选地，所述太阳能板与装置控制箱顶部夹角为45度。

可选地，所述的连接线布置管道包括第一连接杆，所述第一连接杆的两端分别连接第二连接杆，第二连接杆平行设置，第二连接杆上设置有摄像头支架，所述摄像头支架上设置有近景摄像头。

可选地，压力测量箱体的顶部的两侧均通过浮筒第三连接杆连接有第一浮筒，所述第二连接杆之间且靠近第一连接杆处设置有第二浮筒，所述第三连接杆与第二连接杆垂直设置。

可选地，所述连接线布置管道内设置有第二固定杆，所述第二固定杆与隔网垂直。

可选地，所述数据电缆线缠在卷扬装置上。

可选地，所述的压力感应板的材质为金属；所述压力传感器的材质为陶瓷。

可选地，所述连接线布置管道的材质为聚乙烯；所述第一固定杆和第二固定杆的材质为铝合金。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明提供的一种消落带浪蚀监测系统设有压力监测传感系统以及浊度监测系统，二者可同步工作，波浪拍打压力感应板，压力传感器输送信号到光线接收器安装箱，光发射部件散发光线到光感应部件，通过记录和采集光强变化来监测水体浊度，然后转换为电信号，由水质监测的主控CPU控制电路板接收这些信息，并对水质浊度做出判断，为求出含沙量做基础。

2)压力测量箱体上设置多个隔网，每个隔网且在压力感应板处都安装有压力传感器，光发射部件只在中轴隔网安装，增强监测结果的准确性。压力测量箱体两端以及光线接收器安装箱前方分别布置有浮筒，在提供浮力的同时起到稳定水中监测装置以及释放静水压力的作用。在电机的控制下，卷扬装置可带动水中监测装置随水位的变化而自行变化高度。较大波浪对岸坡侵蚀程度无法仅利用水中监测装置的监测结果得出，因此在水面布设两架可改变拍摄位置的近景摄影头，能拍摄到在较大波浪侵蚀下岸坡的形态变化，确保了监测结果的准确性。

3)太阳能板与装置控制箱顶部之间的夹角为45度，能接收到不同方位的光照，可在蓄电池出现故障时继续为整套装置提供电能，确保系统稳定运行。本发明组装方便，施工简单，工程造价低。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明水库消落带浪蚀监测装置的结构示意图；

图2是本发明压力测量箱体的正视图；

图3是本发明压力测量箱体的侧视图；

图4是本发明压力测量箱体的俯视图；

图5是本发明控制装置在岸坡固定示意图；

图6是本发明控制装置的线路连接图。

图中，1.压力测量箱体，2.压力感应板，3.压力传感器，4.光线接收器安装箱，5.光发射部件，6.光感应部件，7.隔网，8.第一固定杆，9.第二固定杆，10.第一浮筒，11.第二浮筒，12.第三连接杆，13.连接线布置管道，14.近景摄像头，15.摄像头支架，16.数据电缆线，17.卷扬装置，18.装置控制箱，19.GPS定位器，20.电机，21.CPU控制电路板，22.显示装置，23.控制用键盘，24.蓄电池，25.太阳能板，26.太阳能板支架，27.控制装置，28.第一连接杆，29.第二连接杆。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，包括压力测量箱体1，用于监测浪强度，所述压力测量箱体1的底面上设置有若干个与其垂直的隔网7，隔网7之间相互平行设置，所述隔网7上设置有若干个与压力测量箱体1的底面平行的压力感应板2，每个压力感应板2上设置有压力传感器3和光发射部件5，光发射部件5设置在最中间隔网与压力感应板的连接处，其中，光发射部件5的型号为LD242-3，所述压力测量箱体1的底部设置有第一固定杆8，所述压力测量箱体1通过第一固定杆8连接有光线接收器安装箱4，所述第一固定杆8内安装有数据电缆线16；所述的光线接收器安装箱4上设置有若干个光感应部件6，其中，光感应部件6的型号为BP103-2，所述光线接收器安装箱4、光发射部件5、光感应部件6监测水体浊度；所述光感应部件6与压力感应板2一一对应设置，光感应部件6与压力感应板2在同一水平面上；所述的压力测量箱体1的侧面的顶部连接有U型连接线布置管道13，所述的连接线布置管道13包括第一连接杆28，所述第一连接杆28的两端分别连接第二连接杆29，第二连接杆29平行设置，第二连接杆29上设置有摄像头支架15，所述摄像头支架15上设置有近景摄像头14；所述连接线布置管道13内设置有数据电缆线16，所述数据电缆线16连接有控制装置27。

在一些实施例中，控制装置27包括装置控制箱18，所述装置控制箱18尽可能布设在岸坡不受波浪影响的位置；所述装置控制箱18内设置有CPU控制电路板21，所述CPU控制电路板21通过导线分别连接有压力传感器3、光发射部件5、光感应部件6、GPS定位器19、电机20、显示装置22、控制用键盘23、蓄电池24和太阳能板25，电机20上连接有卷扬装置17和数据电缆线16。

其中，控制用键盘23用于操控近景摄像头14位置；太阳能板25与蓄电池24为整套装置提供电能；所述CPU控制电路板21接收水下监测装置监测信息并做出判断，数据电缆线16传输监测信息；所述显示装置22接收近景摄像头14拍摄到的图像信息。

在一些实施例中，所述电机20、GPS定位器19和蓄电池24均设置在装置控制箱18的底板上，所述装置控制箱18的顶部设置有太阳能板支架26，太阳能板支架26上设置有太阳能板25。

在一些实施例中，所述太阳能板25与装置控制箱18顶部夹角为45度，可接收到不同方位的光照。

在一些实施例中，压力测量箱体1的顶部的两侧均通过浮筒第三连接杆12连接有第一浮筒10，所述第二连接杆29之间且靠近第一连接杆28处设置有第二浮筒11，所述第三连接杆12与第二连接杆29垂直设置。

在一些实施例中，两个第二连接杆29之间设置有第二固定杆9，第二固定杆9为防止变形连接线布置管道13，起到固定作用。

在一些实施例中，所述数据电缆线16缠在卷扬装置17上，卷扬装置的作用是提升放置在水中的监测装置，可使水中监测装置随水位高度的变化而变化；可带动水中监测装置随水位的变化而自行变化高度。

在一些实施例中，所述的压力感应板2的材质为金属，该金属材料稳定且防腐蚀；所述压力传感器3的材质为陶瓷，具有灵敏度高，弹性好，防腐蚀的特点；所述连接线布置管道13的材质为聚乙烯，具有不易变形，防腐蚀的特性；所述第一固定杆8和第二固定杆9的材质为铝合金，具有质量轻，稳定性好，防腐蚀的特点。

本发明工作过程如下：

压力测量箱体1在静水中受到水压并通过压力感应板2利用压力传感器3将信号输送到光线接收器安装箱4之后，光发射部件5散发光线，光感应部件6感应光信号，基于散射光原理测得水体浊度，水质监测的主控CPU控制电路板21接收这些信息，进行分析判断后得到静水压力下水质浊度的本底值并记录。波浪强度较小时，浮筒1与浮筒2释放静水压力，压力测量箱体1以自身的浮力浮出水面开始工作，压力感应板2监测到强度较小的波浪强度，通过压力传感器3将信号输送到光线接收器安装箱4，光发射部件5散发光线，光感应部件6接收光信号，水质监测的主控CPU控制电路板21接收这些信息，并对水体浊度做出判断，最后传输到监控中心，借助已有公式得到水中泥沙含量。水位发生变化时数据电缆线16将信号传输到电机20，在电机20的控制下，卷扬装置17带动水中监测装置随水位的变化而自行变化高度，可测得不同水位波浪强度与水体浊度。波浪强度较大时，波浪对岸坡侵蚀程度无法仅利用水中监测装置的监测结果得出，在此基础上可借助近景摄像头14，近景摄像头14布设两个并用摄像头支架15固定在连接线布置管道13上，拍摄到在较大波浪侵蚀下岸坡的形态变化，控制用键盘23操控近景摄像头14的位置，同时将拍摄结果通过数据电缆线16发送到显示装置22。太阳能板25利用太阳能板支架26固定在装置控制箱18顶部，能接收到不同方位的光照，并与蓄电池24为整套装置提供电能，GPS19确定监测地位置。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，包括压力测量箱体(1)，所述压力测量箱体(1)的底面上设置有若干个与其垂直的隔网(7)，所述隔网(7)上设置有若干个与压力测量箱体(1)的底面平行的压力感应板(2)，每个压力感应板(2)上设置有压力传感器(3)和光发射部件(5)，所述压力测量箱体(1)的底部设置有第一固定杆(8)，所述压力测量箱体(1)通过第一固定杆(8)连接有光线接收器安装箱(4)，所述第一固定杆(8)内安装有数据电缆线(16)；所述的光线接收器安装箱(4)上设置有若干个光感应部件(6)，所述光感应部件(6)与压力感应板(2)一一对应设置，光感应部件(6)与压力感应板(2)在同一水平面上；所述的压力测量箱体(1)的侧面的顶部连接有与其相垂直的U型连接线布置管道(13)，所述的连接线布置管道(13)上设置有近景摄像头(14)，所述连接线布置管道(13)内设置有数据电缆线(16)，所述数据电缆线(16)连接有控制装置(27)。

2.根据权利要求1所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，控制装置(27)包括装置控制箱(18)，所述装置控制箱(18)内设置有CPU控制电路板(21)，所述CPU控制电路板(21)通过导线分别连接有压力传感器(3)、光发射部件(5)、光感应部件(6)、GPS定位器(19)、电机(20)、显示装置(22)、控制用键盘(23)、蓄电池(24)和太阳能板(25)，电机(20)上连接有卷扬装置(17)和数据电缆线(16)。

3.根据权利要求2所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述电机(20)、GPS定位器(19)和蓄电池(24)均设置在装置控制箱(18)的底板上，所述装置控制箱(18)的顶部设置有太阳能板支架(26)，太阳能板支架(26)上设置有太阳能板(25)。

4.根据权利要求2所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述太阳能板(25)与装置控制箱(18)顶部夹角为45度。

5.根据权利要求1所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述的连接线布置管道(13)包括第一连接杆(28)，所述第一连接杆(28)的两端分别连接第二连接杆(29)，第二连接杆(29)平行设置，第二连接杆(29)上设置有摄像头支架(15)，所述摄像头支架(15)上设置有近景摄像头(14)。

6.根据权利要求5所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，压力测量箱体(1)的顶部的两侧均通过浮筒第三连接杆(12)连接有第一浮筒(10)，所述第二连接杆(29)之间且靠近第一连接杆(28)处设置有第二浮筒(11)，所述第三连接杆(12)与第二连接杆(29)垂直设置。

7.根据权利要求5所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述连接线布置管道(13)内设置有第二固定杆(9)，所述第二固定杆(9)与隔网(7)垂直。

8.根据权利要求1所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述数据电缆线(16)缠在卷扬装置(17)上。

9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述的压力感应板(2)的材质为金属；所述压力传感器(3)的材质为陶瓷。

10.根据权利要求1-8任一权利要求所述的水库消落带浪蚀监测装置，其特征在于，所述连接线布置管道(13)的材质为聚乙烯；所述第一固定杆(8)和第二固定杆(9)的材质为铝合金。