CN206515498U - 一种融雪山洪监测试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种融雪山洪监测试验装置，包括太阳能板、集电箱、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计、数据线；太阳能板、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计通过数据线与集电箱连接；融雪测试装置包含集雪筒、保护筒、荷载称量装置、地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、渗水基座，保护筒固定在渗水基座上，地表融雪雨量计和下渗融雪雨量计位于保护筒内部且固定在渗水基座上，荷载称量装置固定在保护筒内壁上，集雪筒放在荷载称量装置上。本实用新型能够便捷的对野外实际融雪、降雨的入渗和地表径流过程进行多种数据的测量，为融雪性山洪的研究分析提供多种相关信息。

Description

一种融雪山洪监测试验装置

技术领域

本实用新型涉及融雪山洪监测和试验领域，尤其是融雪导致的地表和地下径流监测试验领域。

背景技术

我国幅员辽阔，西南、西北大量国土面积位于高纬度地区，冬季降雪量大，常常在山区峡谷河口地区形成大量冰雪堆积体。融雪洪水在春、夏两季常发生在中高纬度地区和高山地区河道两岸，短历时的融雪洪水常常侵害到河道两岸地区人民生命和财产安全。由于融雪洪水的影响因素包括降雪量、环境温度、积雪下部土体持水能力、渗流特性、融雪的热量（其中一大半为太阳辐射热）等多种因素；同时，融雪形成的雪水包括地表和入渗两部分，两部分的形成的机理和诱发融雪山洪的发展过程和规律不同，这些因素彼此之间互相影响，关系复杂，研究和建立融雪、径流和入渗过程的监测试验装置十分必要。

现有的融雪测量装置大多用于测量积雪量，如常规融雪型雨量计是利用加热的方法融化积雪，进行测量，所测量的是融雪的雪水量，无法考虑积雪受外在环境影响逐步融化产生雪水的过程；常规的融雪测量仪则测量的是积雪厚度，无法测量融雪的雪水沿地表和地下的径流入渗过程，也无法测量降雨入渗对融雪入渗的影响过程。

为此，有机的集成多种监测仪器，建立一套实时测量多种融雪影响因素、融雪径流入渗过程的融雪山洪监测试验装置，对融雪径流的产生机理、融雪山洪的研究、预报预警应用有非常重要的价值。

发明内容

实用新型目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种融雪山洪监测试验装置，能够模拟野外实际融雪、降雨的径流入渗过程，实现实时测量融雪的多种影响因素、融雪径流入渗过程重要数据的目的。

技术方案：为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种融雪山洪监测试验装置，包括太阳能板、集电箱、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计、数据线，所述太阳能板、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计通过数据线与集电箱连接。

作为优选，所述集电箱包含锂电池和控制器，控制器控制锂电池从太阳能板中获得电能并向融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计提供电能，同时控制和采集监测数据。

作为优选，所述融雪测试装置包含集雪筒、保护筒、荷载称量装置、地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、渗水基座，保护筒固定在渗水基座上，地表融雪雨量计和下渗融雪雨量计位于保护筒内部且固定在渗水基座上，荷载称量装置固定在保护筒内壁上，集雪筒放置在荷载称量装置上。

作为优选，所述太阳能板、集电箱、热辐射计与融雪测试装置的直线距离大于3.0m，且位于融雪测试装置的下风向，以避免太阳能板、集电箱、热辐射计工作时产生的热量影响自然融雪过程。

作为优选，所述土温计埋设深度与融雪测试装置中土体深度一致，与融雪测试装置的直线距离小于0.5m，以保证测值能更接近融雪测试位置土温。

作为优选，所述渗水基座，为透水基座，材料为混凝土，渗水基座顶部安装高程高于安装部位地下水位高程，以达到尽快排出融雪水体，避免积水影响测试装置，同时避免地下水位过高，影响测试装置。

作为优选，所述地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计为翻斗式雨量计。

作为优选，所述的荷载称量装置包括底座、调平平台、调平螺母、荷载元件；载元件固定在调平平台上，调平平台通过调平螺母与底座连接，调平平台上有水准泡用于融雪测试装置水平调整。

作为优选，所述地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、荷载称量装置通过数据线连接控制器。

作为优选，所述集雪筒中部设有一圈滤水圈，滤水圈为透水材料，滤水圈上部为上筒壁，上筒壁为可更换式不锈钢材质，按照降雪量不同，上筒壁长度分别为0.5m、0.8m、1.0m、1.5m、2.0m、3.0m；上筒壁外侧连接有拦污圈，拦污圈下侧沿径向分布有凹槽，拦污圈为柔性材料，受降雨雪及杂物覆盖压条件下可以弯曲变形，搭靠在挡泥圈上，同时凹槽保证了内外气压的平衡，避免对融雪渗流的气压影响；滤水圈下部为下筒壁，为不锈钢材质，下筒壁顶部外侧与引流圈连接，引流圈下侧沿径向分布有凹槽，引流圈为柔性材料，受压条件下可以弯曲变形搭靠在保护筒筒壁上；下筒壁底与滤水底座连接，滤水底座上布有一层滤水层，为透水材料；滤水底座中间连接导流管。

作为优选，所述保护筒中部开有一个滤水孔，孔中为透水材料；保护筒外侧套有挡泥圈，挡泥圈为硬质不锈钢材料，挡泥圈底部与保护筒的筒壁连接，连接点位置紧靠滤水孔下部，挡泥圈与保护筒外侧之间填充有透水石，以避免杂物进入堵塞并保证保护筒的一定强度和周围土体的导热性；保护筒内侧滤水孔开口位置连接有引流管，引流管管口与滤水孔口对齐连接，引流管与保护筒内侧夹角小于90°；所述的保护筒固内侧连接荷载称量装置，分别布置在保护筒固内侧前、后、左、右四个方向；所述集雪筒放置在荷载称量装置上。

有益效果：本实用新型的一种融雪山洪监测试验装置，弥补了现有融雪测量装置功能技术的不足，能真实模拟融雪过程，实现融雪测试试验，实时同步的获得融雪的多种影响因素、融雪径流和下渗水量信息，结构完整，安装操作方便，自动供电，能够降低监测试验成本、提高监测试验效率，对融雪径流的产生机理、融雪山洪的预报预警的研究和应用有非常有益的促进作用。

附图说明

图1一种融雪山洪监测试验装置结构图。

图2融雪测试装置竖直向断面图。

图3荷载称量装置分布图。

图4荷载称量装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本实用新型的一种融雪山洪监测试验装置，包括太阳能板、集电箱、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计、数据线。所述太阳能板、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计通过数据线与集电箱连接。为了避免测量试验设备对自然融雪过程的影响，太阳能板、集电箱、热辐射计与融雪测试装置安装布设的直线距离设置为4.0m，且位于融雪测试装置布设区域在融雪季节的下风向。

本实用新型中，所述集电箱包含锂电池和控制器，控制器分别与锂电池和太阳能板连接，控制器控制锂电池从太阳能板中获得电能；控制器与融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计连接，向融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计提供测量用驱动电能，同时控制和采集监测数据。

本实用新型中，所述融雪测试装置包含集雪筒、保护筒、荷载称量装置、地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、渗水基座；保护筒通过膨胀螺丝固定在渗水基座上，地表融雪雨量计和下渗融雪雨量计位于保护筒内部，通过胶粘固定在渗水基座上，荷载称量装置通过螺丝固定在保护筒内壁上，集雪筒位于荷载称量装置上。

本实用新型中，所述渗水基座，为透水基座，材料为混凝土，渗水基座顶部安装高程高于安装部位地下水位高程，以达到尽快排出融雪水体，避免积水影响测试装置，同时避免地下水位过高，影响测试装置。

所述地表融雪雨量计为翻斗式雨量计，量程选择800mm；下渗融雪雨量计为翻斗式雨量计，量程选择600mm。

所述的荷载称量装置包括底座、调平平台、调平螺母、荷载元件，载元件固定在调平平台上，调平平台通过调平螺母与底座连接，调平平台上有水准泡。

所述土温计埋设深度与融雪测试装置中土体深度一致，以保证测值能更接近融雪测试位置土温。

所述地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、荷载称量装置通过数据线连接控制器。

所述集雪筒中部设有一圈滤水圈，滤水圈为透水材料，滤水圈上部为上筒壁，上筒壁为可更换式不锈钢材质，按照布设区域历史降雪量厚度，上筒壁长度选择1.0m；上筒壁外侧连接有拦污圈，拦污圈为柔性材料，受压条件下可以弯曲变形；滤水圈下部为下筒壁，为不锈钢材质，下筒壁顶部外侧与引流圈连接，引流圈为柔性材料，受压条件下可以弯曲变形；下筒壁底与滤水底座连接，滤水底座上部有一层滤水层；滤水底座中间连接导流管。

所述保护筒中部开有一个滤水孔，孔中为透水材料；保护筒外侧套有挡泥圈，挡泥圈底部与保护筒的筒壁连接，连接点位置紧靠滤水孔下部，挡泥圈与保护筒外侧之间填充透水石；保护筒内侧滤水孔开口位置连接有引流管，引流管管口与滤水孔口对齐连接，引流管与保护筒内侧夹角小于90°；所述的保护筒固内侧连接荷载称量装置，分别布置在保护筒固内侧前、后、左、右四个方向；所述集雪筒放置在荷载称量装置上。

一种融雪山洪监测试验装置的监测试验方法，包括以下步骤：

第一步，将太阳能板、集电箱、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计的各个组件接线进行连接。

选择布设区域平坦底面，安装布设太阳能板、集电箱、气温计、土温计、热辐射计。

在上风向直线距离4.0m处布设融雪测试装置。用长度1.0m、截面圆形直径1.0m的集雪筒上筒壁在地面标记一个圆形区域，在圆形区域外侧进行开挖深度为2.0m，取走并保存开挖得到的圆形区域原位土体及土体表面的覆盖层等杂物，最终形成测量坑。

第二步，在基座上胶粘固定地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计，用膨胀螺丝固定和保护筒，地表融雪雨量计与引流管在竖直方向对齐，下渗融雪雨量计与保护筒中心对齐，确保能够正常承接融水；在保护筒内侧前、后、左、右四个方向，用螺丝固定荷载称量装置。

在测量坑中放入渗水基座和保护筒，并保证基座底高程高于此区域地下水位。按压柔性材料的引流圈，将集雪筒放入保护筒，并安置在荷载称量装置上。

向基座下部及及侧边回填开挖土体，调节基座和融雪测试装置高度，使测量区域地表高程和滤水圈高程一致。

取出集雪筒，微调调平旋钮使调平平台水平，并放回集雪筒；在集雪筒内表面填筑厚度小于1.0cm的透水细沙，将第一步中开挖的原位土进行切削，保持底部与集雪筒底部基本吻合，将原位土体和土体表面的覆盖层等杂物按回填防治到集雪筒中，在接缝处填入细沙并轻微晃动，土体与集雪筒之间空隙充满细沙，以保证原位土体与滤水层之间渗透的过渡性，同时使土体表面与滤水圈下部齐平，对测量坑内缝隙回填土体，确保密实无空腔。

第三步，将融雪测试装置中的地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、荷载称量装置接线与外部连接，检查所有接线连接完整性，确保安装位置正确。启动控制器，设置采集频率为1次/小时。开始采集过程，实时收集降雪、降雨和融雪整个过程中的以下数据：气温数据、土温数据、热辐射数据、地表融雪雨量计数据、下渗融雪雨量计数据、荷载称量装置数据。

第四步，对雨雪状态判断和数据整理，R表示降雨量，A表示地表融雪雨量，B表示下渗融雪雨量，ΔW表示荷载称量装置变化量值，均为换算为1小时内的变化量，单位为千克：

换算公式为，荷载称量装置t小时测值为W_t，t+1小时测值为W_t+1，ΔW为W_t+1—W_t；

当地表融雪雨量计或下渗融雪雨量雨量计t小时累积雨量为R_t，t+1小时累积雨量为R_t+1，ΔR为R_t+1—R_t，表示1小时累积降雨量，单位为mm。按照20cm口径标准雨量计10mm测值表示流域产生了10mm的水深，进关系行换算，融雪测试装置转换为实际重量为：ΔR×3.14×500×500×25÷4÷10⁶，单位为千克；

数据的整理方案为：

当气温数据>0，为降雨、融雪状态，按照等式，R—A—B=ΔW，计算降雨量；

当气温<=0，土温>0，为降雪、融雪状态，按照等式，S—A—B=ΔW，计算降雪量；

当气温<=0，土温<=0，为降雪状态且无融雪，按照等式，S =ΔW，计算降雪量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种融雪山洪监测试验装置，其特征在于：包括太阳能板、集电箱、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计、数据线，所述太阳能板、融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计通过数据线与集电箱连接；

所述集电箱包含锂电池和控制器，控制器控制锂电池从太阳能板中获得电能并向融雪测试装置、气温计、土温计、热辐射计提供电能，同时控制和采集监测数据；

所述融雪测试装置包含集雪筒、保护筒、荷载称量装置、地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、渗水基座，保护筒固定在渗水基座上，地表融雪雨量计和下渗融雪雨量计位于保护筒内部且固定在渗水基座上，荷载称量装置固定在保护筒内壁上，集雪筒放置在荷载称量装置上。

2.根据权利要求1所述的一种融雪山洪监测试验装置，其特征在于：所述太阳能板、集电箱、热辐射计与融雪测试装置的直线距离大于3.0m，且位于融雪测试装置的下风向；

所述土温计埋设深度与融雪测试装置中土体深度一致，与融雪测试装置的直线距离小于0.5m；

所述渗水基座，为透水基座，材料为混凝土，渗水基座顶部安装高程高于安装部位地下水位高程；

所述地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计为翻斗式雨量计；

所述的荷载称量装置包括底座、调平平台、调平螺母、荷载元件，荷载元件固定在调平平台上，调平平台通过调平螺母与底座连接，调平平台上有水准泡；

所述地表融雪雨量计、下渗融雪雨量计、荷载称量装置通过数据线连接控制器。

3.根据权利要求2所述的一种融雪山洪监测试验装置，其特征在于：所述集雪筒中部设有一圈滤水圈，滤水圈为透水材料，滤水圈上部为上筒壁，上筒壁为可更换式不锈钢材质，按照降雪量不同，上筒壁长度分别为0.5m、0.8m、1.0m、1.5m、2.0m、3.0m；上筒壁外侧连接有拦污圈，拦污圈下侧沿径向分布有凹槽，拦污圈为柔性材料，受压条件下可以弯曲变形；滤水圈下部为下筒壁，为不锈钢材质，下筒壁顶部外侧与引流圈连接，引流圈下侧沿径向分布有凹槽，引流圈为柔性材料，受压条件下可以弯曲变形；下筒壁底与滤水底座连接，滤水底座上布有一层滤水层，为透水材料；滤水底座中间连接导流管。

4.根据权利要求3所述的一种融雪山洪监测试验装置，其特征在于：所述保护筒中部开有一个滤水孔，孔中为透水材料；保护筒外侧套有挡泥圈，挡泥圈为硬质不锈钢材料，挡泥圈底部与保护筒的筒壁连接，连接点位置紧靠滤水孔下部，挡泥圈与保护筒外侧之间填充有透水石；保护筒内侧滤水孔开口位置连接有引流管，引流管管口与滤水孔口对齐连接，引流管与保护筒内侧夹角小于90°；所述的保护筒固内侧连接荷载称量装置，分别布置在保护筒固内侧前、后、左、右四个方向；所述集雪筒放置在荷载称量装置上。