CN211785015U - 监测农田小区产流特征的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种监测农田小区产流特征的试验系统，其包括埋设在试验田中用于测量积水深度的标尺及采集积水面位于标尺处刻度的视频监控设备；田间产流采集装置，其包括试验田四根田埂上依次连通的半圆形管道，首尾两根半圆形管道中的一根起始端为封闭端，另一根的末端为开端，并在临近尾部的半圆形管道的开端处安装水表；连通的四根半圆形管道设置有从起始端向末端倾斜的坡度，且四根半圆形管道的顶面与田埂齐平。
Description
技术领域
本实用新型涉及水文监测技术领域，具体涉及一种监测农田小区产流特征的试验系统。
背景技术
带田埂农田是中国北方平原地区农田布置的主要形式，通常一组田埂围绕的田块仅有1～2亩，大量的田埂分布在平原区形成无数个小型蓄水池，对平原区产流产生重要的影响。但是有田埂农田到底能蓄多少水，能产多少流一直没有明确定量的表达方法，原因之一就是没有合理的试验系统。由于田埂的存在，农田的产流过程从入渗～产流，延伸到入渗～积水～产流过程，积水过程又受降雨强度、降雨历时和入渗速率的影响，在不同的降雨条件下，农田田埂拦蓄水量也不相同，这种复杂的耦合过程只能通过试验总结规律，再提出模拟方法。
目前的试验大多集中在土壤水运动过程的监测，而对于土壤饱和后是否能够产流并没有广泛的关注，北方地区河道几乎都干涸，除地下水位下降外，农田区产流减少是一项重要因素。目前大部分水文模型在模拟平原区产流过程时，也仅仅是调整土壤入渗参数，而不会考虑田埂的蓄水作用，因而导致平原区产流过程模拟效果远低于山区。
农田的田埂到底设置多高时才能保证作作物正常生长又能保证农田具有最佳产流呢，目前并未相关的研究，因此，急需一种农田产流过程监测试验装置，完整的监测农田产流全过程。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的监测农田小区产流特征的试验系统解决了现有技术不能实现田间产流监测的问题。
为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
提供一种监测农田小区产流特征的试验系统，其包括：
积水深度采集装置，其包括埋设在试验田中用于测量积水深度的标尺及采集积水面位于标尺处刻度的视频监控设备；
田间产流采集装置，其包括试验田四根田埂上依次连通的半圆形管道，首尾两根半圆形管道中的一根起始端为封闭端，另一根的末端为开端，并在临近尾部的半圆形管道的开端处安装水表；连通的四根半圆形管道设置有从起始端向末端倾斜的坡度，且四根半圆形管道的顶面与田埂齐平。
本实用新型的有益效果为：本方案的视频监控设备和标尺的结合，能够在降雨时对田间产生积水的时间及积水深度进行监测；再结合田埂上布置的半圆形管道，能够对田间产流的起始时间进行监测及整个降雨过程的产流量进行监测；通过本实验系统可完整分析或模拟不同降雨条件下的有田埂或无田埂农田产流过程。
附图说明
图1为本方案实验系统的视频监控设备、标尺及部分半圆形管道布置在田埂上的示意图。
图2为试验田的田埂上安装有半圆形管道，并在其周边布置上截水沟的示意图。
图3为试验田的田埂上安装有三根半圆形管道和一个避雨棚的示意图。
其中，1、试验田；11、田埂；2、摄像头；3、半圆形管道；31、水表；4、避雨棚；5、截水沟；6、标尺。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
如图1至图3所示，该监测农田小区产流特征的试验系统包括积水深度采集装置和田间产流采集装置，其中积水深度采集装置包括埋设在试验田1中用于测量积水深度的标尺6及采集积水面位于标尺6处刻度的视频监控设备。
具体地，视频监控设备的摄像头2对准标尺6；标尺6为刻度尺，其安装在试验田1的田埂11内侧，摄像头2对准刻度尺刻度，应保证能够清晰读取到刻度尺刻度。本方案通过视频监控设备采集的图像可以得到下雨的发生时间，试验田1开始积水的起始时间和试验田1开始产流的起始时间。
其中试验田1通常选择在农田试验站内，试验站应有降雨监测设备，试验田1选择地面平整、适合农业耕作的区域，同时要求实验期间不受外界环境干扰。
田间产流采集装置包括试验田1四根田埂11上依次连通的半圆形管道3，首尾两根半圆形管道3中的一根起始端为封闭端，另一根的末端为开端，并在临近尾部的半圆形管道3的开端处安装水表31。
实施时，本方案优选水表31采用能够记录水流经过的初始时间和结束时间的智能水表31，具体地，其可以为珠华智能超声波水表31，该水表31能够在每次过水时记录水经过的时间和水量，水表31的实现原理为：
超声波水表31采用时差法进行流量测量，时差法利用超声波脉冲在流体中顺流传播时间td和逆流时间tu的差值来测量流体流速，从而计算出管道内流体流量。
其中，连通的四根半圆形管道3设置有从起始端向末端倾斜的坡度，且四根半圆形管道3的顶面与田埂11齐平。为保证连通的四根半圆形管道3内的雨水能够顺畅地从水表31处流出实现产流的准确计量，本方案优选连通的四根半圆形管道3从其首端至末端依次设置2‰的坡度。
本方案提供的试验系统进行测试时，其实现过程如下：
在发生降雨时启动本实验系统，视频监控设备实时采集标尺6处的图像信息，当田埂11内产生积水，水面与刻度尺相交，通过视频监控设备采集的图像可以得到积水开始时间、积水结束时间和积水深度变化；当积水深度超过田埂11高度后，降水从试验田1的田埂11溢出进入半圆形管道3内，在半圆形管道3沿着坡度方向流动，最终从汇水出口(位于尾端的半圆形管道3的开口)流出，汇水出口处安装的水表31可以记录水流经过的初始时间和结束时间及经过的总水量。
在本实用新型的一个实施例中，监测农田小区产流特征的试验系统还包括每根田埂11上安装的防止非试验田中的水流入半圆形管道3的避雨棚4；避雨棚4向着试验田1外倾斜，其最高侧与田埂11内表面位于同一平面。
该避雨棚4的设置，可以避免非试验田1内的雨水进入半圆形管道3，同时还可以避免避雨棚4上的雨水进入试验田1，以此保证试验田1中积水发生时间和产流时间及实验田的产流量进行准确计量。
实施时，本方案优选田埂11外侧开设有防止非试验田的水汇入的截水沟5，以防止降雨强度过大发生试验田1外积水倒灌，以保证试验田1内的积水发生时间、积水深度、产流量等进行准确采集。进一步优选截水沟5位于田埂11外侧50cm处。
其中，半圆形管道3临近试验田1侧的顶边与田埂11内表面位于同一平面，具体参考图1；这样设置可以保证试验田1产流时，能够第一时间进入半圆形管道3，防止雨水流经田埂11向外渗透，以避免产流计量不准确。
本实验系统还包括多个土壤水分传感器，其埋设在试验田1围合的区域的土壤内，用于采集土壤的实时含水率，采集的数据传递给服务器(电脑)；土壤水分传感器可以选用RS485土壤水分传感器。
下面以河北某试验站内设置的试验田1开展产流监测，以对本实验系统可以得到的试验数据进行说明：
试验田1面积为6m2(2m×3m)，对农田产流监测系统的各个部件进行安装，某日发生一场降雨，试验站内气象站监测到降雨信息，降雨初始时刻记为t0，初期进入到试验田1的降雨首先入渗。降雨持续发生，试验田1内出现积水，此时积水监测系统的摄像头2准确地捕捉到小区内地表出现积水的时间，记为t1时刻。降雨持续，积水深度不断升高，摄像头2持续监测，当积水深度到达田埂11高度(h')时，摄像头2显示时间为t2时刻。
t1时刻到t2时刻为积水阶段，根据监测数据，可计算出试验田1内积水速率和入渗速率，其中积水速率为(j)：
单位：mm/min；
计算入渗速率时，首先计算降雨强度，站内气象站监测到雨量得出降雨强度为(r')：
P'为站内气象站监测到的t1到t2时刻的降雨量，单位：mm/min；入渗速率为(i')：i′＝r′-j，单位：mm/min。
降雨持续发生，积水深度超过田埂11出现产流，产流进入半圆形管道3内，水流也进入水表31，水表31记录下水流进入的时刻，记为t3，当降雨结束产流停止时，水表31记录停止时间为t4，同时记录经过水流的流量Q'，Q'即为本次降雨的农田产流量，产流的速率(q')，
单位：m3/min。
通过以上监测，可以得到本次降雨农田产流过程中的特征值，包括入渗速率、积水速率和产流速率，以及入渗时间、积水时间和产流时间，调整不同的田埂11高度或者面向不同的降雨过程可重复多次监测。
Claims (6)
1.监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，包括：
积水深度采集装置，其包括埋设在试验田中用于测量积水深度的标尺及采集积水面位于标尺处刻度的视频监控设备；
田间产流采集装置，其包括试验田四根田埂上依次连通的半圆形管道，首尾两根半圆形管道中的一根起始端为封闭端，另一根的末端为开端，并在临近尾部的半圆形管道的开端处安装水表；连通的四根半圆形管道设置有从起始端向末端倾斜的坡度，且四根所述半圆形管道的顶面与田埂齐平。
2.根据权利要求1所述的监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，还包括每根田埂上安装的防止非试验田中的水流入半圆形管道的避雨棚；所述避雨棚向着试验田外倾斜，其最高侧与田埂内表面位于同一平面。
3.根据权利要求1所述的监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，所述田埂外侧开设有防止非试验田的水汇入的截水沟。
4.根据权利要求1所述的监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，连通的四根半圆形管道从其首端至末端依次设置2‰的坡度。
5.根据权利要求1所述的监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，半圆形管道临近试验田侧的顶边与田埂内表面位于同一平面。
6.根据权利要求1所述的监测农田小区产流特征的试验系统，其特征在于，还包括多个土壤水分传感器，其埋设在试验田围合的区域的土壤内，用于采集土壤的实时含水率。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114996911A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-09-02 | 中国水利水电科学研究院 | 一种农田产流的识别分析方法 |
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- 2020-04-13 CN CN202020537958.5U patent/CN211785015U/zh not_active Expired - Fee Related
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