CN209858560U - 径流小区泥沙自动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及径流小区泥沙自动监测装置，包括箱体，所述箱体上部设置有进水口、底部设置有出水口，所述箱体内部包括控制模块、进水储水箱、测量容器，其中所述进水口连接所述进水储水箱，所述进水储水箱底部连通所述测量容器的顶部，所述测量容器包括水位探测模块和压力传感器，所述测量容器的底部连接所述出水口，且所述测量容器的入口和出口分别包括进水电动阀和出水电动阀，所述控制模块连接所述进水电动阀、出水电动阀、水位探测模块和压力传感器。本实用新型利用测量容器得到径流量、利用称重法自动测量泥沙量，使用过程中不需要人工值守，实现了数字化、自动化实时监测径流小区的径流量和泥沙流失量的数值和变化过程。

Description

径流小区泥沙自动监测装置

技术领域

本实用新型属于水土保持工作领域，尤其涉及一种径流小区的径流量和泥沙流失量自动监测装置。

背景技术

径流小区是对坡地和小流域水土流失规律进行定量研究的一种测验设施，径流小区泥沙量的测定是定量研究坡地和小流域水土流失的基础，在土壤侵蚀模型建立和水土流失预测方面有重要的意义。

现在水土保持工作中测量径流小区的径流量和泥沙流失量方法比较原始和落后，要花费比较长的时间和使用很多的试验设备及人力来测量。一般现在测量流量是人工建设储水池，让所有的径流量都流进储水池，根据储水池的大小和水位的高度来计算每场雨的总径流量，这种方法耗费很大的人力及物力且有些储水池年久失修经常漏水和渗水造成测量误差很大。泥沙量的测量，一般是从储水池中取样，采用烘干法来测量泥沙含量。实际测量中，烘干法需要人工采样，但人工采样很难采到均匀的样品，造成泥沙流失量的测量数值误差很大，同时耗费很大的人工，费用也不少。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种径流小区泥沙自动监测装置，可自动检测径流小区的径流量和泥沙流失量。

本实用新型具体采用的技术方案包括：

径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于包括箱体，所述箱体上部设置有进水口、底部设置有出水口，所述箱体内部包括控制模块、进水储水箱、测量容器，其中所述进水口连接所述进水储水箱，所述进水储水箱底部连接所述测量容器的顶部，且所述进水储水箱与所述测量容器之间包括进水电动阀，所述测量容器内或附近包括水位探测模块和压力传感器，所述测量容器的底部连接所述出水口，且所述测量容器和出水口之间的具有出水电动阀，所述控制模块连接所述进水电动阀、出水电动阀、水位探测模块和压力传感器。

优选的，所述控制模块包括连接水位探测模块和压力传感器的数据采集部件、连接进水电动阀和出水电动阀的控制部件、运算部件以及用于数据输出的数据无线传输部件。

优选的，所述测量容器顶部连接有溢水管。

优选的，所述进水储水箱底部管道进入测量容器顶部管道内部，但不接触。

进一步优选的，还包括位于所述测量容器和出水口之间的出水收集箱，且所述溢水管也连通所述出水收集箱。

进一步优选的，所述水位探测模块包括安装在溢水管的水位探针和测量测量容器内部水位的电子水尺。

优选的，所述测量容器为具有规则底面形状的空心筒状结构。

进一步优选的，所述测量容器的形状为长方体或圆柱体。

优选的，所述测量容器底部为锥形，以便泥沙顺利排出。

还包括所述供电模块，所述供电模块为充电电池。

本实用新型的技术效果如下：

当径流小区产生径流时，泥水会通过装置的进水口流入进水储水箱，此时进水电动阀是打开的，泥水会经过进水电动阀进入测量容器，测量容器下面的出水电动阀此时是关闭的，所以随着泥沙的进入，测量容器的水面会一直上升。

所述水位探测模块监测水位的高度，例如通过安装在溢水管的水位探针监测测量容器是否已满以及未满的时候通过安装在测量容器内部的电子水尺测量具体高度。所述测量容器内水位在预设的时间内达到水位探针时，控制模块关闭进水电动阀；当进水阀打开状态下经过预设进水时间后测量容器内水位仍未达到水位探针时，控制模块关闭进水电动阀。

如果达到了水位探针，使用预设的测量容器最大容积作为计算径流小区的径流量和泥沙流失量的运算数据；当测量容器内水位没有达到预设位置时，使用实际测得的水位高度作为计算径流小区的径流量和泥沙流失量的运算数据。

所述控制模块内的运算部件通过预设已知参数：水的密度、泥沙的密度、测量容器底面积、测量容器最大容积，以及测量得到的已知量：测量容器内水位高度、测量容器内容物总质量，来计算得到未知量水的体积、泥沙的体积；则径流小区的径流量由若干次达到测量容器最大容积之和，再加上最后径流结束时，测量容器的水位没有到达水位探针，通过电子水尺测出水位结合已知截面积获得体积而得到，泥沙流失量由每次测量的泥沙含量乘以每次测量的体积，然后相加获得。

所述进水电动阀关闭后经过预设测量时间，控制模块打开出水电动阀；出水电动阀打开状态下，经过预设定的时间，通过电子水尺和压力传感器的数值保证测量容器的水全部排尽，控制模块关闭出水电动阀并打开进水电动阀。循环以上测量过程，直至出现测量容器内水位在一定的预设时间达不到水位探针时，循环结束。

本实用新型的进水储水箱和进水电动阀，可以避免设备在通过压力传感器读取重量数据时，上面有泥水流入而造成的重量误差。优选的，在测量径流量时，采取溢水管连接出水收集箱的办法，以此保证到达预设水位的每次测量容器都是满水，体积是个定值，从而保证了测量泥水体积的精确性，同时水位探针也可以放于溢水管中，方便且准确的确认测量容器已满。

为了便于计算，所述测量容器为具有规则底面形状的空心筒状结构，例如为圆柱体或长方体。

测量容器底部也可以设计为锥形，排除了泥水在排出时在底部的淤积的可能性。

本实用新型提供一种径流小区泥沙自动监测装置，利用测量容器得到径流量、利用称重法自动测量泥沙量，使用过程中不需要人工值守，实现了数字化、自动化实时监测径流小区的径流量和泥沙流失量的数值和变化过程。

附图说明

图1为本实用新型实施例外观示意图；

图2为本实用新型实施例内部结构示意图。

附图编号说明：1箱体、2进水口、3出水口、4控制模块、5进水储水箱、6进水电动阀、7溢水管、81水位探针、82电子水尺、9压力传感器、10测量容器、11出水收集箱、12出水电动阀、13充电电池。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例与附图对本实用新型进行进一步的解释。

实施例

如图1、2所示，本实施例的径流小区泥沙自动监测装置，包括箱体1，所述箱体1顶部设置有进水口2、底部设置有出水口3。所述箱体1内部包括控制模块4，并自进水口2起沿水流动路径依次包括进水储水箱5、测量容器10、出水收集箱11、最终连接出水口3。其中所述进水储水箱5底部钢管进入测量容器10顶部钢管内部，但并不接触，且所述测量容器10上部进水处具有进水电动阀6、下部出水处具有出水电动阀12，所述测量容器10顶部还连接有溢水管7。所述测量容器10具有水位探测模块监测水位的高度，具体的包括安装在溢水管7顶部的水位探针81以及测量容器内部水位的电子水尺82，所述控制模块4连接所述进水电动阀6、出水电动阀12、水位探测模块和压力传感器9。此外，箱体1内还包括充电电池13，为装置提供电力。测量容器10的重量除了压在两个压力传感器9上，其它地方不与其它物体接触或至少不受力，保证称重的准确。

当径流小区产生径流时，泥水会通过设备的进水口2流入进水储水箱5，此时进水电动阀6处于初始打开状态，泥水会经过进水电动阀6进入测量容器10，测量容器10下面的出水电动阀12此时处于初始关闭状态，所以随着泥沙的进入，测量容器10内的水面会一直上升，在一定的预设时间内水位到达水位探针81。当水位到达水位探针81时，控制模块4中的控制部件发出指令关闭进水电动阀6，进水电动阀6关闭后，可能有少量的泥水通过溢水管7流入下方的出水收集箱11，以此保证每次测量，测量容器10都是满水，测量容器10内的内容物体积是个定值。经过预设测量时间后，确保溢水完毕，设备通过压力传感器9读出测量容器内的内容物总质量。随后控制模块4中的控制部件发出指令控制出水电动阀12打开，经过一个预设定的时间后，当电子水尺82探测得到测量容器内水位高度为0时，出水电动阀12关闭，进水电动阀6打开进入下一个循环。当进水电动阀6打开后，经过预设进水时间后测量容器10内水位仍未达到水位探针81位置时，控制模块4读取电子水尺82监测到测量容器10内的水位高度，并计算测量容器10内的内容物总体积，通过压力传感器9得到测量容器10内的内容物总质量，从而算出径流量和泥沙量。当进水电动阀6打开后，设备通过电子水尺82监测到水位值为零时，设备将一直处于待机状态，结束循环过程。

径流量和泥沙量的具体计算方法为：

A：径流总量的测量

设径流总量为V_总，测量容器的溢水体积为V_容器，测量容器的截面积为S_截，电子水尺测得的测量容器的水位高度为H_水，水位探针接触水的次数为N，那么总径流量如下：

V_总＝N*V_容器+S_截*H_水 (1)

公式(1)中，水位探针接触水的次数N可以从后台数据得出，测量容器溢水的体积V_容器是个已知定值，测量容器的截面积S_截是个已知定值，电子水尺测得的测量容器水位高度H_水，可以通过电子水尺得出。

B：泥沙量的测量

泥沙量的测量采用称重法。

当测量容器满水时，设测量容器满水时候的体积为V_容器，满水时重量为M_总，容器中纯水的体积为V_水，纯水的密度为ρ_水，纯泥沙的体积为V_沙，纯泥沙的密度为ρ_沙。建立以下两个等式，

V_水+V_沙＝V_容器 (2)

ρ_水V_水+ρ_沙V_沙＝M_总 (3)

以上两个等式中

V_水和V_沙是未知量；

V_容器就是测量容器的满水体积，是个已知量；

ρ_水是纯水的密度，是个已知量，取中值1000Kg/M³；

ρ_沙是纯泥土的密度，是个已知量，取中值2650Kg/M³；

M_总是测量容器满水时的重量，是个已知量，由压力传感器直接读出数值。

根据等式(2)和(3)就能直接算出泥沙的体积V_沙，然后乘以泥沙的密度ρ_沙，就能算出泥沙流失量。

当测量容器不满水时，设压力传感器得出的水样重量为M_水，建立以下两个等式：

V_水+V_沙＝S_截*H_水 (4)

ρ_水V_水+ρ_沙V_沙＝M_水 (5)

以上两个等式中

V_水和V_沙是未知量；

S_截是测量容器截面积，是个已知量；

H_水是测量容器内的水位高度，是个已知量；

ρ_水是纯水的密度，是个已知量，取中值1000Kg/M³；

ρ_沙是纯泥土的密度，是个已知量，取中值2650Kg/M³；

M_水是测量容器水样的重量，是个已知量，由压力传感器直接读出数值。

根据等式(4)和(5)就能直接算出泥沙的体积V沙，然后乘以泥沙的密度ρ沙，就能算出泥沙流失量。

以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于包括箱体，所述箱体上部设置有进水口、底部设置有出水口，所述箱体内部包括控制模块、进水储水箱、测量容器，其中所述进水口连接所述进水储水箱，所述进水储水箱底部连通所述测量容器的顶部，所述测量容器包括水位探测模块和压力传感器，所述测量容器的底部连接所述出水口，且所述测量容器的入口和出口分别包括进水电动阀和出水电动阀，所述控制模块连接所述进水电动阀、出水电动阀、水位探测模块和压力传感器。

2.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述控制模块包括连接水位探测模块和压力传感器的数据采集部件、连接进水电动阀和出水电动阀的控制部件、运算部件以及数据无线传输部件。

3.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述进水储水箱底部管道进入测量容器顶部管道内部但不接触。

4.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述测量容器顶部连接有溢水管。

5.如权利要求4所述径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于还包括位于所述测量容器和出水口之间的出水收集箱，且所述溢水管连通所述出水收集箱。

6.如权利要求4所述径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述水位探测模块包括安装在溢水管的水位探针和测量测量容器内部水位的电子水尺。

7.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述测量容器为具有规则底面形状的空心筒状结构。

8.如权利要求7所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述测量容器的形状为长方体或圆柱体。

9.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于所述测量容器底部为锥形。

10.如权利要求1所述的径流小区泥沙自动监测装置，其特征在于还包括供电模块，所述供电模块为充电电池。