CN111983187A - 一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置 - Google Patents

一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置 Download PDF

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钱晓雍
王振旗
付侃
沈根祥
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Abstract

本发明公开了一种同时适用于旱地和水田的农田径流监测装置。该装置包括进水口、沉砂池、稳流板、三角堰、浮子式水位传感器和出水口；沉砂池内设置可移动式取样框；农田排水经沉砂池将泥沙沉淀，并经稳流板平稳进入流量测量的三角堰；通过堰槽的右侧开孔连通浮子式水位传感器，通过仪器内浮标随着水位的涨落出现升降，测量三角堰中的水位变化，并将水位数据传至自动采样设备去计算过堰流量；当水位超过三角堰堰顶的高度时触发采样，以便于比较不同阶段产生径流污染物浓度的变化。利用本发明提供的农业面源污染径流监测装置，可解决农业面源污染径流流量小、泥沙多、难以精确测定的问题，为农业面源污染防治及生态环境的保护提供可靠的依据。

Description

一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置
技术领域
本发明属于农业面源污染监控领域，涉及一种用于监测农田径流对水环境影响的农田径流监测装置，具体涉及一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置。
背景技术
农业面源污染具有随机性、间歇性特点，不同区域因产业布局、生产模式、河网动力、水文土壤存在差异，空间和时间污染负荷多变，治理难度较大，已成为影响小流域水环境的重要因素。由于农田排水发生与降雨密切相关，发生较为随机、隐蔽，加上初期冲刷效应等因素，农田氮磷等污染物排放浓度变化较大(通常径流初期浓度高，后期低)，降雨造成地表径流带走了农田中的颗粒态和水溶态的养分，不仅降低了土壤肥力和化肥的利用效率，而且会成为水体富营养化的非点源的污染源，需要对农田排水连续进行取样，并需要对径流量进行精确计量，这导致以往的田间单次或少量取样无法反映种植业面源污染排放特征。
为确定种植业面源污染的产生情况，因此，有必要设计一种适用于野外较长时间实际观测和定量分析地表径流与氮磷含量关系的农田径流监测装置。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足(解决现有技术中存在的野外环境的干扰因素多和旱地地表径流流量小的问题)，提供一种适用于野外较长时间实际观测和定量分析地表径流与氮磷含量关系的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，以实现对水田和旱地地表径流水流流量的精确测量的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置，该监测装置包括一槽体，槽体前端侧壁上设有进水口，槽体后端下部设有出水口；槽体内由前到后依次设有沉砂池、稳流板、三角堰；
所述农田径流监测装置安装在各个地表径流监测小区的农田排水口处的引流槽(引水槽)位置；所述农田径流监测装置的所述进水口，与所述农田排水口连通；且进水口连通沉砂池，农田排水通过进水口流入沉砂池；
所述沉砂池，安装在进水口与稳流板之间；用于农田径流排水的泥沙沉淀，防止泥沙堵住稳流板和干扰三角堰的测量精度；
在沉砂池的后方设置有稳流板；所述稳流板，是设置在沉砂池后面的多孔挡板(两排)，用于阻挡水田水稻秸秆等干扰物流入设备并干扰径流流量测定，便于水流稳定通过监测装置，增加径流量的测量精度；
所述的三角堰，是开设有截面为倒立的等腰三角形的缺口即过水堰口的堰体，其设置在槽体内末端，位于稳流板后方；所述三角堰设置为薄壁结构，且下游开口端设置斜面(即倒立的等腰三角形的两个腰上的面为斜面)，减小了堰壁对水流的干扰，提高了水流量计算结果的精确度；可根据《堰槽测流规范》及三角形薄壁堰的过堰流量计算公式和所在地区的降雨量规律，确定三角堰的大小与槽体的最大量程；
所述出水口，设置在三角堰后方的槽体下部，便于堰口底部未排水排出；
在三角堰后方的槽体一侧的侧壁上设有开孔，该开孔处安装有浮子式水位传感器(带水位检测仪)，用于测量三角堰中水位高度；该浮子式水位传感器(带水位检测仪)与自动采样设备(自动采样器，智能测控仪)连接；所述的自动采样设备里面设有数据采集与计算模块，该数据采集与计算模块连接浮子式水位传感器；所述自动采样设备的数据采集与计算模块，可根据浮子式水位传感器上的水位检测仪检测到的水位数据，运用三角堰的过堰流量计算公式，计算得到过堰流量，即可计算得到农田径流流量和农田径流流速。
进一步地，所述进水口包括第一进水口和第二进水口；第一进水口与农田排水口出水的水位一致；第二进水口比水田的农田田埂高度低，第二进水口高度约为10-15cm，与水田田面水高度一致。农田旱地径流量少时产生的径流由第一进水口流入监测装置，同时水田农田排水时由第一进水口可完全排空农田田面水并流入监测装置。第二进水口适用于水田经降雨后田面水溢过田埂排放的情况下，溢过田埂的水产生的径流由第二进水口流入监测装置。
进一步地，所述沉砂池内设置可移动式取样框，可以收集泥沙，根据测量的径流量的计算农田径流泥沙含量。
进一步地，三角堰的尺寸大小，可根据试验田小区的大小和不同地区每分钟降雨量的不同进行灵活设置，三角堰的堰口高度明确了触发采样时间和相应的时间间隔，同时避免后期过量取样。当流经三角堰堰板，进入堰槽内的水的水位比三角堰堰顶(即堰口最低点)的高度P高3mm时触发取样，每隔5-15分钟取样一次，降雨初期取样间隔小，后期越来越大；同时将降雨作为取样停止的依据，降雨停止后无径流产生时停止取样。
进一步地，连接浮子式水位传感器的开孔高度低于三角堰堰顶(即倒立的等腰三角形的顶角对应的顶点，亦即，三角堰堰口最低点)的高度P。
进一步地，三角堰堰口最低点应与农田排水口持平；三角堰堰口最低点高于农田排水沟。
进一步地，该监测装置槽体上面设有挡板，可盖住，可避免降雨后径流量受直接降雨后雨水对径流量监测的影响。
进一步地，所述的浮子式水位传感器包括浮标绳(珍珠状浮标绳)、浮标、称锤；所述水位检测仪包括转轮、与转轮同轴连接的编码器、LCD显示屏；浮标绳的一端连接浮标，另一端连接称锤，浮标绳的中部挂在水位检测仪的转轮上；所述浮标放置在浮子式水位传感器内水面上，三角堰后方的槽体内的水通过开孔进入浮子式传感器，浮子式水位传感器内水面与三角堰中即堰槽内水位持平，浮标随着三角堰中(堰槽内)水位的涨落出现升降，在浮标绳另一端称锤的拉动下，浮标绳出现移动，从而带动浮子式水位传感器上的水位检测仪中的转轮旋转，通过水位检测仪自带的与转轮同轴连接的编码器的译码功能可将旋转转化为水位的变化，进而在水位检测仪的LCD显示屏上显示与液位对应的数值，并可通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块去计算过堰流量。
本发明的农田径流监测装置的工作原理如下：农田排水经进水口进入沉砂池，经沉砂池将泥沙沉淀后，经过稳流板平稳地进入流量测量的三角堰；通过堰槽的右侧开孔连通浮子式水位传感器，通过仪器内浮标随着水位的涨落出现升降，测量三角堰中的水位变化；当水位超过三角堰堰顶的高度时触发采样，以便于比较不同阶段产生径流污染物浓度的变化。
本发明一种利用上述适用于水田和旱地的农田径流监测装置进行农田径流监测的方法，包括以下步骤：
A、选取以种植业为主的典型区域，根据区域内不同类型田块水田或旱地布局，在整修田埂及排水系统的基础上，在农田排水口设置上述农田径流监测装置；
B、利用监测点位农田排水口设置的农田径流监测装置进行径流流量的测量和采集径流监测点样本；
所述农田径流监测装置连接带水位检测仪的浮子式水位传感器和自动采样设备，通过浮子式水位传感器的浮标随着水位的涨落出现升降，通过水位检测仪检测得到三角堰中地表径流水的水位变化，并通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的的数据采集与计算模块，运用三角堰的过堰流量计算公式可计算得到过堰流量，即可得到农田径流流量及流速。
进一步地，所述步骤B中包括：
B1、通过带水位检测仪的浮子式液位传感器测量水位变化，水位信号传输至自动采样设备，再通过自动采样设备进行分时取样和计算农田径流流量，并将沉砂池内泥沙计入农田径流排放总量；
B2、当自动采样设备和浮子式液位传感器监测到槽内水位比三角堰堰顶的高度P高3mm时触发取样，根据设置的采样时间间隔进行分时取样。
进一步地，当自动采样设备和浮子式液位传感器监测到流过三角堰堰板、进入堰槽内的水的水位比三角堰堰顶即堰口最低点的高度P高3mm时触发取样，每隔5-15分钟取样一次，降雨初期取样间隔小，后期越来越大；同时将降雨作为取样停止的依据，降雨停止后无径流产生时停止取样。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置，进水口适用不同季节的轮作农田，可以同时进行旱地和水田的农田径流监测，三角堰适用于旱地、水田等径流量小的径流流量的测量，封闭的浮子式水位传感器避免了野外受温度，气候等影响测量误差较大的问题，增加了测量的精度。
附图说明
图1是本发明一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置的内部结构示意图；
图2是本发明的适用于旱地和水田的农田径流监测装置的结构示意图；
图3是本发明一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置的应用示意图；
图4是本发明的应用实例中的农田径流监测装置内部的结构尺寸图；
图5是本发明一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置应用试验田所在地区5min降雨量的累计分布图；
图6是本发明的农田径流监测装置中的自动采样设备的基于液位高度的自动采样流程(即采水样判断流程)图；
图7是本发明的农田径流监测装置中的自动采样设备的分时自动采样的水采样流程图；
图8是本发明的农田径流监测装置中的浮子式水位传感器与通用的超声波流量传感器的测量的径流流量变化对比图；
图9是本发明的应用实例中的农田径流监测装置监测运行曲线图(降雨量、平均水位、径流流速)。
图中：1、第一进水口 2、第二进水口 3、沉砂池 4、稳流板 5、三角堰 6、出水口 7、浮子式水位传感器 8、采样口 9、农田排水沟 10、农田排水口 11、引流槽
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
由背景技术可知，农田径流具有流量小、产生较为随机的特点，常规的超声波流量计存在监测盲区并受温度、环境等干扰较大，采用浮子式流量计更加稳定，利于对农田径流的准确测量。
三角堰是现阶段堰流测流中使用比较普遍的一种，具有设计成本低、使用方便的特点。但传统的三角堰主要应用于稳定流的测定，对于具有径流流量小、间歇性强等特点的非稳定性的农田径流的测量的精确度较差。
为了快速、精确、方便地测量农田的径流流量，本发明提供了一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置。
如图1、图2所示，本发明一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置，该农田径流监测装置包括一槽体，槽体前端侧壁上设有进水口(包括第一进水口1和第二进水口2)，槽体后端下部设有出水口6；槽体内由前到后依次设有沉砂池3、稳流板4、三角堰5；所述三角堰5，是开设有截面为倒立的等腰三角形的缺口即过水堰口的堰体，其设置在槽体内末端，位于稳流板4后方；在三角堰5后方的槽体一侧的侧壁上设有开孔，该开孔处安装有浮子式水位传感器7，用于测量三角堰5中水位高度；该浮子式水位传感器7(带水位检测仪)与自动采样设备(自动采样器，智能测控仪)连接；所述的自动采样设备里面设有数据采集与计算模块，该数据采集与计算模块连接浮子式水位传感器；所述自动采样设备的数据采集与计算模块，可根据浮子式水位传感器上的水位检测仪检测到的水位数据，运用三角堰的过堰流量计算公式，计算得到过堰流量，即可计算得到农田径流流量和农田径流流速。
所述的农田径流监测装置连接浮子式水位传感器(带水位检测仪)和自动采样设备(自动采样器，智能测控仪)，通过浮标随着水位的涨落出现升降，测量三角堰中地表径流水的水位变化，通过水位检测仪将数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块，再运用三角堰的过堰流量计算公式可计算得到过堰流量(即可得到农田径流流量)。
所述农田径流监测装置安装在各个地表径流监测小区的农田排水口10处的引流槽11(引水槽)位置；所述农田径流监测装置的进水口(包括第一进水口1和第二进水口2)，与农田排水口10连通，且与沉砂池3连通，农田排水通过进水口(包括第一进水口1和第二进水口2)流入沉砂池3。
所述进水口包括第一进水口1和第二进水口2；第一进水口1与农田排水口出水的水位一致；第二进水口2比水田的农田田埂高度低，第二进水口2高度约为10-15cm，与水田田面水高度一致。农田旱地径流量少时产生的径流由第一进水口1流入所述农田径流监测装置，同时，水田农田排水时由第一进水口1可完全排空农田田面水并流入监测装置。第二进水口2适用于水田经降雨后田面水溢过田埂排放的情况下，溢过田埂的水产生的径流由第二进水口2流入监测装置。
所述沉砂池3，安装在进水口与三角堰5之间；用于农田径流排水的泥沙沉淀，防止泥沙堵住稳流板4和干扰三角堰5的测量精度。
所述沉砂池3内设置可移动式取样框，可以收集泥沙，根据测量的径流量的计算农田径流泥沙含量。
在沉砂池3的后方设置有稳流板4；所述稳流板4，是设置在沉砂池3后面的两排多孔挡板，用于阻挡水田水稻秸秆等干扰物流入设备并干扰径流流量测定，便于水流稳定通过监测装置，增加径流量的测量精度。
所述的三角堰5，是开设有截面为倒立的等腰三角形的缺口即过水堰口的堰体，其设置在槽体内末端，位于稳流板4后方；所述三角堰5设置为薄壁结构，且下游开口端设置斜面，减小了堰壁对水流的干扰，提高了水流量计算结果的精确度。
所述出水口6，设置在三角堰5后方的槽体下部，便于堰口底部未排水排出。
所述的浮子式水位传感器7(该浮子式水位传感器7带水位检测仪，浮子式水位传感器7和与其连接的水位检测仪组成浮子式水位计)包括浮标绳(珍珠状浮标绳)、浮标、称锤；所述水位检测仪包括转轮、与转轮同轴连接的编码器、LCD显示屏；浮标绳的一端连接浮标，另一端连接称锤，浮标绳的中部挂在水位检测仪的转轮上；所述浮标放置在浮子式水位传感器7内水面上，三角堰5后方的槽体内的水通过开孔进入浮子式传感器7，浮子式水位传感器7内水面与三角堰5中即堰槽内水位持平，浮标随着三角堰中(堰槽内)水位的涨落出现升降，在浮标绳另一端称锤的拉动下，浮标绳出现移动，从而带动浮子式水位传感器上的水位检测仪中的转轮旋转，通过水位检测仪自带的与转轮同轴连接的编码器的译码功能可将旋转转化为水位的变化，进而在水位检测仪的LCD显示屏上显示与液位对应的数值，并可通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块去计算过堰流量。
如图3所示，是本发明的一种适用于旱地和水田的农田径流监测装置的应用示意图。试验田(农田)面积为1500平方米，试验田(农田)周边用50cm的水泥板隔开，其中，25cm埋在土里，25cm漏出地面作为田埂；水泥板的厚度为10cm。试验田(农田)内开挖有一条条纵向农田排水沟，各农田排水沟9通过一条横向的汇水沟连接汇合后从农田排水口10(孔径50cm)流出，农田排水口10处设有3m长的引流槽11，用于安装农田径流监测装置；整块试验田(农田)靠近农田排水口的地势低，远离农田排水口的地势高，以便于地表径流流出汇集。
本发明的农田径流监测装置，安装在图4所示的试验田农田排水口10处的引流槽11(引水槽)位置。该农田径流监测装置槽体外面设有带螺钉孔的板，可通过螺钉更好地进行固定，最后用水泥将该农田径流监测装置安装密封好。
该农田径监测装置槽体的最大量程和三角堰的大小，根据《堰槽测流规范》及三角形薄壁堰的过堰流量计算公式和所在地区的降雨量规律来确定；当堰板顶角θ在30°～120°之间时，由标准的三角堰水位计算过堰流量的公式为：
Figure BDA0002623294090000081
其中：Q为三角堰测量流体的流量，单位为m3/s；CD为流量系数；θ为堰板顶角，单位为°；g为重力加速度，取9.8m/s2；he为三角堰的有效水头，单位m。
图5为试验田所在地区5min降雨量的累计分布，是本发明具体实施例中的农田径流监测装置的尺寸设计依据。三角堰的过堰流量Q的最大值根据试验田所在地区5min降雨量的累计分布与试验小区的面积，确定水田的农田径流累计流量(m3)与瞬时流量(m3/s)，根据三角堰水位计算过堰流量公式确定h max(最大的水头高度)。薄壁堰水头测量断面设置在堰顶上游4～5倍最大水头高度处。当堰顶宽b与行近河槽宽B之比
Figure BDA0002623294090000082
时，可适当缩短。基于三角形薄壁堰对应的过堰流量计算公式即公式(1)，确定三角堰的大小与槽体相关尺寸。如图3所示，本发明的农田径流监测装置的尺寸大小为：槽体长度为2006mm，宽度和高度均为400mm；稳流板4与三角堰5之间的距离为1200mm，沉砂池3的深度为133mm；三角堰5的尺寸大小为：堰顶角(即倒立的等腰三角形的顶角)为30度角；三角堰堰顶即堰口最低点的高度P＝88mm。
三角堰5的堰口最低点应与农田排水口10持平，以便于农田水可以通过该农田径监测装置排出；三角堰5的堰口最低点应高于农田排水沟9，以防降雨产出径流后农田排水沟水位升高，产生倒灌现象。
发明的适用于旱地和水田的农田径流监测装置，在三角堰5后方的槽体右侧壁上开孔连通浮子式水位传感器7(带水位检测仪)，通过仪器内浮标随着水位的涨落出现升降，测量三角堰5中的水位变化。连接浮子式水位传感器7的开孔高度应低于三角堰5的堰顶的高度P，以确保水位变化测量的精度。
本发明一种利用上述适用于水田和旱地的农田径流监测装置进行农田径流监测的方法，包括以下步骤：
A、选取以种植业为主的典型区域，根据区域内不同类型田块水田或旱地布局，在整修田埂及排水系统的基础上，在农田排水口设置上述农田径流监测装置；
B、利用监测点位农田排水口设置的农田径流监测装置进行径流流量的测量和采集径流监测点样本；
所述农田径流监测装置连接带水位检测仪的浮子式水位传感器和自动采样设备，通过浮子式水位传感器的浮标随着水位的涨落出现升降，通过水位检测仪检测得到三角堰中地表径流水的水位变化，并通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块，运用三角堰的过堰流量计算公式可计算得到过堰流量，即可得到农田径流流量及流速。
所述步骤B中包括：
B1、通过带水位检测仪的浮子式液位传感器测量水位变化，水位信号传输至自动采样设备，再通过自动采样设备进行分时取样和计算农田径流流量，并将沉砂池内泥沙计入农田径流排放总量；
B2、当自动采样设备和浮子式液位传感器监测到槽内水位比三角堰堰顶的高度P高3mm时触发取样，根据设置的采样时间间隔进行分时取样。
本发明的农田径流监测装置采用水位触发自动采样，以便比较不同阶段产生的径流污染物浓度的变化。图6、图7是本发明的农田径流监测装置的自动采样设备(自动采样器，智能测控仪)的水位触发自动采样流程图。其中，图6是本发明的农田径流监测装置的自动采样设备的基于液位高度的自动采样流程(即采水样判断流程)。图7是本发明的农田径流监测装置的自动采样设备的分时自动采样的水采样流程。当自动采样设备(智能测控仪)和浮子式液位传感器监测到流过三角堰堰板、进入堰槽内的水的水位比三角堰堰顶即堰口最低点的高度P高3mm时触发取样，按照降雨初期7min、13min、20min、30min、40min的间隔取样，降雨初期取样间隔小，后期越来越大。同时将降雨作为取样的停止的依据，降雨停止后无径流产生时停止取样。从该农田径流监测装置的三角堰5后方的堰槽上面的采样口8进行取样。
应用实施例
选取1个以种植业为主的典型区域(1500m2)，根据区域内不同类型田块(水田、旱地)布局，如图3所示，在整修田埂及排水系统的基础上，将本发明的农田径流监测装置安装在农田排水口处的引流槽位置。
根据上海地区5min降雨量累计分布98％的概率为2mm/5min降雨量产生的径流量，作为本发明的农田径流监测装置的三角堰和槽体最大尺寸的设计依据，本发明的农田径流监测装置的尺寸大小如图3所示，其中，槽体长度为2006mm，宽度和高度均为400mm；稳流板4与三角堰5之间的距离为1200mm，沉砂池3的深度为133mm；三角堰5的尺寸大小为：堰顶角(即倒立的等腰三角形的顶角)为30度角；三角堰堰顶即堰口最低点的高度P＝88mm。
浮子式水位传感器与超声波流量传感器的测定径流流量变化比较如图8所示，超声波的传感器受环境影响大，无降雨时波动较大，产生的噪音较大，不利于数据的准确性，而浮子式液位传感器在无降雨，无径流产生的情况下，几乎保持平稳的数值，更适用于农田等环境复杂环境径流流量的测定。
试验农田降雨时，降雨量①与径流流量②与水位之间的变化如图9所示，试验农田降雨后，降雨量与该农田径流监测装置水位的变化和径流流量的关系是成正比的，该农田径流监测装置的监测灵敏，精度可达到mm级。5月24日第一次降雨时，设置水位从997mm上升到1000mm，没有产生径流流量。5月30日第2次降雨后，水位迅速上升，持续一段时间后，产生了径流流量，流速约1×10-6m3/s，降雨停止后一段时间内，无径流量产生，水位也不断降低，经过不断降雨后，通过该农田径流监测装置进行监测。该农田径流监测装置适用于江浙沪地区旱地和水田等农田降雨后小径流流量的准确测量与计算，能为农业面源污染防治及生态环境的保护提供可靠的依据。

Claims (10)

1.一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，它包括一槽体，槽体前端侧壁上设有进水口，槽体后端下部设有出水口；槽体内由前到后依次设有沉砂池、稳流板、三角堰；
所述进水口，与农田排水口连通，且与沉砂池连通，农田排水通过进水口流入沉砂池；
所述沉砂池，安装在进水口与稳流板之间；
所述稳流板，是设置在沉砂池后面的多孔挡板；
所述三角堰，是开设有截面为倒立的等腰三角形的缺口即过水堰口的堰体，其设置在槽体内末端，位于稳流板后方；
所述出水口，设置在三角堰后方的槽体下部；
在三角堰后方的槽体一侧的侧壁上设有开孔，该开孔处安装有带水位检测仪的浮子式水位传感器；该浮子式水位传感器与自动采样设备连接；所述的自动采样设备里面设有数据采集与计算模块，该数据采集与计算模块连接浮子式水位传感器；所述自动采样设备的数据采集与计算模块，可根据浮子式水位传感器上的水位检测仪检测到的水位数据，运用三角堰的过堰流量计算公式，计算得到过堰流量，即可计算得到农田径流流量和农田径流流速。
2.如权利要求1所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，所述进水口包括第一进水口和第二进水口；第一进水口与农田排水口的水位一致；第二进水口比水田的农田田埂高度低，第二进水口高度约为10-15cm，与水田田面水高度一致；稳流板，是设置在沉砂池后面的两排多孔挡板。
3.如权利要求1所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，所述的沉砂池内设置有可移动式取样框，可以收集泥沙，根据测量的径流量计算农田径流泥沙含量。
4.如权利要求1所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，所述的三角堰设置为薄壁结构，且倒立的等腰三角形的两个腰上的面为斜面。
5.如权利要求1所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，所述的浮子式水位传感器包括浮标绳、浮标、称锤；所述水位检测仪包括转轮、与转轮同轴连接的编码器、LCD显示屏；浮标绳的一端连接浮标，另一端连接称锤，浮标绳的中部挂在水位检测仪的转轮上；所述浮标放置在浮子式水位传感器内水面上，三角堰后方的槽体内的水通过开孔进入浮子式传感器，浮子式水位传感器内水面与三角堰中即堰槽内水位持平，浮标随着三角堰中即堰槽内水位的涨落出现升降，在浮标绳另一端称锤的拉动下，浮标绳出现移动，从而带动浮子式水位传感器上的水位检测仪中的转轮旋转，通过水位检测仪自带的与转轮同轴连接的编码器的译码功能可将旋转转化为水位的变化，进而在水位检测仪的LCD显示屏上显示与液位对应的数值，并可通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块去计算过堰流量。
6.如权利要求1所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，该监测装置槽体上面设有挡板。
7.如权利要求2所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置，其特征在于，农田旱地径流量少时产生的径流由第一进水口流入监测装置，同时水田农田排水时由第一进水口可完全排空农田田面水并流入监测装置；第二进水口适用于水田经降雨后田面水溢过田埂排放的情况下，溢过田埂的水产生径流有第二进水口流入监测装置。
8.一种利用如权利要求1至7任一所述的适用于水田和旱地的农田径流监测装置进行农田径流监测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、选取以种植业为主的典型区域，根据区域内不同类型田块水田或旱地布局，在整修田埂及排水系统的基础上，在农田排水口设置上述农田径流监测装置；
B、利用监测点位农田排水口设置的农田径流监测装置进行径流流量的测量和采集径流监测点样本；
所述农田径流监测装置连接带水位检测仪的浮子式水位传感器和自动采样设备，通过浮子式水位传感器的浮标随着水位的涨落出现升降，通过水位检测仪检测得到三角堰中地表径流水的水位变化，并通过数据线将水位数据传输至自动采样设备的数据采集与计算模块，运用三角堰的过堰流量计算公式可计算得到过堰流量，即可得到农田径流流量及流速。
9.根据权利要求8所述的利用适用于水田和旱地的农田径流监测装置进行农田径流监测的方法，其特征在于，所述步骤B中包括：
B1、通过带水位检测仪的浮子式液位传感器测量水位变化，水位信号传输至自动采样设备，再通过自动采样设备进行分时取样和计算农田径流流量，并将沉砂池内泥沙计入农田径流排放总量；
B2、当自动采样设备和浮子式液位传感器监测到槽内水位比三角堰堰顶的高度P高3mm时触发取样，根据设置的采样时间间隔进行分时取样。
10.根据权利要求8所述的利用适用于水田和旱地的农田径流监测装置进行农田径流监测的方法，其特征在于，当自动采样设备和浮子式液位传感器监测到流过三角堰堰板、进入堰槽内的水的水位比三角堰堰顶即堰口最低点的高度P高3mm时触发取样，每隔5-15分钟取样一次，降雨初期取样间隔小，后期越来越大；同时将降雨作为取样停止的依据，降雨停止后无径流产生时停止取样。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113075753A (zh) * 2021-03-23 2021-07-06 中国水利水电科学研究院 基于梯田拦截地表径流的山洪防护方法及监测系统
CN113092703A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 青海师范大学 多功能无人机水质监测装置
CN114481936A (zh) * 2022-01-14 2022-05-13 嘉兴市芝凌水利科技有限公司 一种水田自动给排水系统
CN114894543A (zh) * 2022-04-29 2022-08-12 广东省农业科学院农业资源与环境研究所 一种农田地表径流自动化连续采样装置与方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2610315Y (zh) * 2003-04-30 2004-04-07 国家海洋技术中心 浮子式水位计
CN101718642A (zh) * 2009-11-06 2010-06-02 广东省生态环境与土壤研究所 一种高速公路路面降雨径流污染的监测方法和装置
CN201689345U (zh) * 2010-02-10 2010-12-29 杭州舒瑞环境科技有限公司 浮标拉绳式水箱液位智能监控仪
CN201823348U (zh) * 2010-09-01 2011-05-11 江苏省水利科学研究院 一种用于水土保持监测中的沉砂池
CN201867228U (zh) * 2010-11-30 2011-06-15 水利部南京水利水文自动化研究所 浮子式量水堰仪
CN202324151U (zh) * 2011-08-29 2012-07-11 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 径流小区集沙池排水装置
CN106353135A (zh) * 2016-08-18 2017-01-25 浙江大学 菜地雨水径流自动分阶段连续定时采样器及其方法
CN206192989U (zh) * 2016-11-15 2017-05-24 广西壮族自治区农业科学院农业资源与环境研究所 适用于不同径流量的水田地表径流收集装置
CN107192419A (zh) * 2017-05-19 2017-09-22 丽水市林业科学研究院 一种林地地表径流量和泥沙流失量的监测方法
CN208350458U (zh) * 2018-07-13 2019-01-08 重庆龙翰环保工程有限公司 一种用于水土保持的沉砂监测设施
CN110082154A (zh) * 2019-03-26 2019-08-02 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站 沉砂池泥沙取样装置及其使用方法
CN110542752A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 中国科学院地理科学与资源研究所 一种坡面径流模拟装置及其使用方法
CN110609337A (zh) * 2018-11-22 2019-12-24 北京剑灵科技有限公司 径流泥沙自动监控系统
CN111443183A (zh) * 2020-04-02 2020-07-24 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） 一种便携式坡面径流集水集沙槽

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2610315Y (zh) * 2003-04-30 2004-04-07 国家海洋技术中心 浮子式水位计
CN101718642A (zh) * 2009-11-06 2010-06-02 广东省生态环境与土壤研究所 一种高速公路路面降雨径流污染的监测方法和装置
CN201689345U (zh) * 2010-02-10 2010-12-29 杭州舒瑞环境科技有限公司 浮标拉绳式水箱液位智能监控仪
CN201823348U (zh) * 2010-09-01 2011-05-11 江苏省水利科学研究院 一种用于水土保持监测中的沉砂池
CN201867228U (zh) * 2010-11-30 2011-06-15 水利部南京水利水文自动化研究所 浮子式量水堰仪
CN202324151U (zh) * 2011-08-29 2012-07-11 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 径流小区集沙池排水装置
CN106353135A (zh) * 2016-08-18 2017-01-25 浙江大学 菜地雨水径流自动分阶段连续定时采样器及其方法
CN206192989U (zh) * 2016-11-15 2017-05-24 广西壮族自治区农业科学院农业资源与环境研究所 适用于不同径流量的水田地表径流收集装置
CN107192419A (zh) * 2017-05-19 2017-09-22 丽水市林业科学研究院 一种林地地表径流量和泥沙流失量的监测方法
CN208350458U (zh) * 2018-07-13 2019-01-08 重庆龙翰环保工程有限公司 一种用于水土保持的沉砂监测设施
CN110609337A (zh) * 2018-11-22 2019-12-24 北京剑灵科技有限公司 径流泥沙自动监控系统
CN110082154A (zh) * 2019-03-26 2019-08-02 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站 沉砂池泥沙取样装置及其使用方法
CN110542752A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 中国科学院地理科学与资源研究所 一种坡面径流模拟装置及其使用方法
CN111443183A (zh) * 2020-04-02 2020-07-24 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） 一种便携式坡面径流集水集沙槽

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘琳等: "径流小区产流过程量水堰自动测量系统", 《农业工程学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113075753A (zh) * 2021-03-23 2021-07-06 中国水利水电科学研究院 基于梯田拦截地表径流的山洪防护方法及监测系统
CN113092703A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 青海师范大学 多功能无人机水质监测装置
CN114481936A (zh) * 2022-01-14 2022-05-13 嘉兴市芝凌水利科技有限公司 一种水田自动给排水系统
CN114894543A (zh) * 2022-04-29 2022-08-12 广东省农业科学院农业资源与环境研究所 一种农田地表径流自动化连续采样装置与方法

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