CN1789953A - 一种坡面径流采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以直接的方式收集和计量任意时段的水流样品并自动记录的坡面径流采集方法和装置。这种装置是由一个设置于坡面集水管对应的下方框架、框架上依次设置的集水翻斗、棘轮转盘、分水盘和集水容器构成，弹簧发条驱动棘轮旋转；棘轮转盘设置流道对应分水盘上均布的分水槽，每一分水槽开孔与下方的一个集水杯连通。与传统水样收集方法相比自动化程度高，管理方便，与现有事件记录仪或数据采集器相比，结构简单、运行管理方便，不使用电力，更适于野外试验样品和数据的采集，特别是价格比较便宜。

Description

一种坡面径流采集方法及装置

技术领域

本发明涉及到一种与山地小流域径流收集系统配套的坡面径流采集方法及装置，主要应用于自然降雨及人工模拟降雨条件下土壤侵蚀与水土流失的试验，属于水土保持的小型水利工程设备技术领域。

背景技术

土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量水土流失的重要参数之一，水流中含沙量的测定对土壤侵蚀研究和水土流失治理具有重要意义。含沙量测量方法在测量之前均需要对径流进行采样，并且采样的好坏直接影响测量结果的精度。目前应用于径流采样的方法与装置主要是测桶法及多孔分流装置，属于集总式测量，这种采集方法所用设备简单，运行管理方便，能够完成一次降雨过程中坡面侵蚀总量的测定；但是，随着生态环境科学，以及流域水文学的不断发展，需要对坡面径流过程及侵蚀过程进行分布式监测与管理，由于目前传统的采集方法不易对坡面径流进行分段化处理，很难对坡面侵蚀的动态过程进行自动连续监测，传统的径流采样方法所引起的系统误差已不能满足日新月异的科学需要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，结合坡面土壤侵蚀模拟研究的需求，提出了一种结构简单，连续进行水样采集和记录的坡面径流动态的自动采集装置，以加强小流域水文监测的力度。

本发明的技术方案是这样实现的：这种坡面径流采集方法，在设定面积的坡面上修建V形导流堰，并于端部设置挡板和引水管，引水管下方对应位置设置坡面径流采集装置，其特征在于采集装置是由一个设置于坡面集水管对应的下方框架、框架上依次设置的集水翻斗、棘轮转盘、分水盘和集水容器构成，弹簧发条驱动棘轮旋转；棘轮转盘设置流道对应分水盘上均布的分水槽，每一分水槽开孔与下方的一个集水杯连通。

所述的坡面径流采集方法，所述的集水翻斗设置于支架的翻转轴上，翻转轴设置凸轮盘，凸轮盘上凸起触点与设置于框架上的棘爪触点相接触，集水翻斗每翻转一次，棘爪臂抬起一次。

所述的坡面径流采集方法，所述的棘爪臂设置复位弹簧。

所述的坡面径流采集方法，所述的集水翻斗下方设置集水漏斗与棘轮转盘的进水口对应。

所述的坡面径流采集方法，所述的集水翻斗翻转轴对称设置凸轮盘，凸轮盘上凸起触点与设置于框架上的记录笔后端触点相接触，翻斗每翻转一次，纪录笔抬起一次；记录纸设置于卷筒上，卷筒由时钟转盘的弹簧发条驱动。

所述的坡面径流采集方法，所述的卷筒中心设置螺杆轴在转动的同时上下移动。

所述的坡面径流采集方法，所述的记录笔的笔杆上设置复位弹簧。

所述的坡面径流采集方法，所述的框架上还设置集水量调节螺栓。

本发明提供了一种以直接的方式收集和计量任意时段的水流样品并自动记录的坡面径流采集方法及装置。与传统水样收集方法相比自动化程度高，管理方便，与现有事件记录仪或数据采集器相比，结构简单、运行管理方便，不使用电力，更适于野外试验样品和数据的采集，特别是价格比较便宜。

附图说明

图1是坡面径流采集装置的结构示意图

图2是图1的左视图

图3是图1的俯视图

图4是图1的A-A剖面图

图5是图1的B-B剖面图

图6是图1的C-C剖面图

图7是图1中D部分的局部放大图

图8是图7的左视图

图中：

1、集水挡板  2、引水管  3、集水斗  4、棘爪臂  5、复位弹簧6、凸轮盘  7、集水翻斗  8、集水漏斗  9、进水口  10、记录笔11、卷筒  12、记录纸  13、时钟  14、发条弹簧  15、棘轮盘16、分水盘  17、软管  18、采样杯  19、框架  20、分水槽21、下水口  22、水道  23、触点  24、凸轮触点

具体实施方式

图中所示本发明的坡面径流采集方法是在设定面积的坡面上修建V形导流堰，并于端部设置挡板1和引水管2，引水管下方对应位置设置坡面径流采集装置，本发明的坡面径流采集装置主要分为水动部分和转动部分，水动部分由集水翻斗驱动棘爪臂4抬起和记录笔10打点；转动部分由弹簧发条驱动棘轮盘15旋转、时钟13的发条驱动记录纸12旋转。水动部分主要结构是由两个互为反向设置的集水翻斗7支撑于翻转轴上构成，在降雨过程中，含有泥沙的坡面径流通过集水斗3进人集水翻斗7，当径流达到一定量时，集水翻斗7便会在力矩的作用下翻转到另一侧，安装在两个集水翻斗7翻转轴侧面的凸轮盘6触点24将分别挤压一次棘爪臂4触点和纪录笔10触点，棘爪臂4抬起使棘轮盘15转动一格，纪录笔10在记录纸12上打一个点；当瞬时挤压外力消失后，棘爪臂4和记录笔10将在复位弹簧5的作用下恢复到原来的状态。

本发明的水样采集过程是：集水翻斗7每翻转一次，翻斗内的水即通过棘轮盘15的水道进人分水盘16的分水槽20内，分水盘圆周均布很多个分水槽，每一个分水槽都有软管连通到框架19下方设置的采样杯18，棘轮盘转动一周，即可收集到坡面径流不同时段的水样。

在实际应用中，设定棘轮盘15棘轮齿数和分水盘16的分水槽数，再设定集水翻斗7的翻转容积，得到单位时间采集的水样可对坡面径流在大雨中水土流失情况作出分析测定。

本发明的延伸技术方案是在采集水样的同时实现坡面径流流量记录，利用集水翻斗7自动翻转的动力驱动翻转轴上的凸轮盘6的凸轮触点24挤压一次记录笔10的触点，随即记录笔将在记录纸12上完成一次打点任务，当瞬时挤压外力消失后，记录笔将在复位弹簧的作用下恢复到原来的状态。同时，被测水流注人另一个集水翻斗内，从而保证水流监测的连续性。

本发明的记录纸12运转部分主要包括时钟13发条驱动记录纸卷筒11水平旋转；记录纸卷筒11中间设置螺杆轴在螺母的作用下，螺杆轴以固定螺距作上下运动，这样记录纸就可以时间为单位同时作水平和垂直的相对运动；记录笔随着被测水流量的大小，变换打点频率，单位时间的流量产生的打点轨迹以螺旋曲线的形状被反应在记录纸上，实现对径流流量的连续记录。在实际应用中，设定时钟分针上的齿轮齿数和记录纸卷筒的周长和高度，螺杆轴的螺距，则得到记录纸的连续使用时间。再设定集水翻斗的翻转容积，得到记录笔打点的距离分辨率或时间分辨率。当记录纸走到尽头，可人工将螺杆轴复位，开始下一记录周期。这种运转方式在专利号03269640.X的说明书中已经公开，不再赘述。

本发明通过调整集水翻斗7下方调节螺栓的高度，可调节集水翻斗的平衡点，达到控制集水翻斗的翻转频率的目的。

本发明列举的实施例旨在进一步地阐述这种采集装置结构的技术方案，而不对本发明的保护范围构成任何限制。本发明实例和经由本发明权利要求书1-8所述均可得到这种坡面径流采集装置。

Claims (8)

1、一种坡面径流采集方法，在设定面积的坡面上修建V形导流堰，并于端部设置挡板(1)和引水管(2)，引水管下方对应位置设置坡面径流采集装置，其特征在于采集装置是由一个设置于坡面集水管(2)对应的下方框架(19)和框架上依次设置的集水翻斗(7)、棘轮(15)转盘、分水盘(16)和集水容器(18)构成，弹簧发条(14)驱动棘轮旋转；棘轮转盘设置流道(22)对应分水盘上均布的分水槽(20)，每一分水槽开孔与下方的一个集水杯连通。

2、根据权利要求1所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的集水翻斗设置于支架的翻转轴上，翻转轴设置凸轮盘(6)，凸轮盘上凸起触点与设置于框架上的棘爪(4)触点相接触，集水翻斗每翻转一次，棘爪臂抬起一次。

3、根据权利要求2所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的棘爪臂设置复位弹簧(5)。

4、根据权利要求2所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的集水翻斗下方设置集水漏斗(8)与棘轮转盘的进水口(9)对应。

5、根据权利要求2所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的集水翻斗翻转轴对称设置凸轮盘，凸轮盘上凸起触点与设置于框架上的记录笔(10)后端触点相接触，翻斗每翻转一次，纪录笔抬起一次；记录纸(12)设置于卷筒(11)上，卷筒亦由弹簧发条驱动。

6、根据权利要求5所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的卷筒中心设置螺杆轴在转动的同时上下移动。

7、根据权利要求5所述的坡面径流采集装方法，其特征在于所述的记录笔(10)的笔杆上设置复位弹簧。

8、根据权利要求1所述的坡面径流采集方法，其特征在于所述的框架(19)上还设置集水量调节螺栓。

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