專利名稱：一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水文模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
近百年來，受人類活動和氣候變化的影響，洪旱災(zāi)害更為頻繁，水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，水資源管理已經(jīng)成為全球性的迫切問題。水文模型可預(yù)測徑流量，被認(rèn)為是水資源管理最有效的工具之一。產(chǎn)匯流過程是水文模擬的核心，與坡面產(chǎn)流有關(guān)的下墊面參數(shù)是水文模型必不可少且最為關(guān)鍵的輸入。由于下墊面特性的高度異質(zhì)性，其坡面徑流機(jī)制復(fù)雜，其產(chǎn)匯流區(qū)模型的參數(shù)也各異，分布式水文模型中下墊面參數(shù)的復(fù)雜性很高。傳統(tǒng)上主要依賴于野外實(shí)測和依照水文氣象資料率定的方法獲取下墊面水文參數(shù)。然而，野外試驗(yàn)在有限地點(diǎn)測定的參數(shù)難以反映其在整個(gè)流域的空間分布規(guī)律，且現(xiàn)場試驗(yàn)需要花費(fèi)很大的人力和物力；而依據(jù)流域出口斷面水文資料來率定為數(shù)眾多的子流域或子區(qū)域的參數(shù)， 其結(jié)果也存在很大不確定性。為彌補(bǔ)兩種傳統(tǒng)方法的缺陷，國內(nèi)外均進(jìn)行了產(chǎn)流過程室內(nèi)模擬的嘗試，但已有的研究仍主要停留于對小區(qū)產(chǎn)流的采集和計(jì)量方法的研究，無法反映全面坡面產(chǎn)流的復(fù)雜性；且由于缺乏對下墊面整體的模擬和監(jiān)測，無法解決獲取分布式水文模型下墊面水文參數(shù)的問題。因此，如何低成本、有效、準(zhǔn)確的獲取多種不同下墊面的產(chǎn)匯流參數(shù)，是當(dāng)前產(chǎn)匯流機(jī)制以及水文模型研究面臨的一大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置。一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置，該裝置由三個(gè)組成部分組成可拆裝式多道多級變坡鋼槽，產(chǎn)流采集與監(jiān)測系統(tǒng)和一體化下墊面監(jiān)測系統(tǒng)；可拆裝式多道多級變坡鋼槽包括底座1、支架2、土樣進(jìn)料口 3、土樣槽4、傳送帶輸送機(jī)5、液壓變坡鋼槽6、液壓油缸7、鋼槽隔板8、傳送帶控制臺9、操作控制臺10 ；鋼槽隔板8置于液壓變坡鋼槽6內(nèi)，隔板兩端底部有可拆卸安裝的滾輪，可依據(jù)坡面徑流試驗(yàn)的需要把液壓變坡鋼槽6分隔成兩道或兩道以上，各級液壓變坡鋼槽6分別由對應(yīng)的液壓油缸7及其支架2與底座1連接，支架 2垂直于底座1放置，土樣進(jìn)料口 3依次與土樣槽4、傳送帶輸送機(jī)5、和傳送帶控制臺9相連；產(chǎn)流采集與監(jiān)測系統(tǒng)包括集水槽13、總集水槽14、水位儀15、導(dǎo)流管16和排水孔17 ；集水槽13通過導(dǎo)流管16與總集水槽14相連，總集水槽14與排水孔17相連，水位儀15置于集水槽13內(nèi)；一體化下墊面監(jiān)測系統(tǒng)包括探頭架18、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；探頭架18 置于液壓變坡鋼槽6中的土樣內(nèi)，探頭架18上放置監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備的探頭連接數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備與操作控制臺10相連接。土樣槽3由土料斗本體11和閘門提升機(jī)12組成。液壓變坡鋼槽6變坡幅度為0° 45°。所述監(jiān)測設(shè)備為土壤蒸滲儀、植物蒸騰測定儀、溫度測量儀、土壤入滲儀、土壤含水率測定儀、雨量計(jì)、地表坡面徑流測量儀中的一種或一種以上。
本發(fā)明的有益效果1、集成下墊面模擬、監(jiān)測以及小區(qū)產(chǎn)流的采集和記錄，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能反映坡面產(chǎn)流過程的復(fù)雜性。2、能配合不同產(chǎn)流機(jī)制研究的需要，靈活拆卸和安裝各部件，以滿足下墊面寬度、坡度以及土質(zhì)和植被類型的模擬需要。3、可實(shí)現(xiàn)下墊面模擬土樣和植被自動進(jìn)樣，省時(shí)省力。4、可實(shí)現(xiàn)小區(qū)產(chǎn)流流量及其他多個(gè)下墊面參數(shù)的全過程測量與記錄。5、易于安裝，設(shè)備操作簡單，易于維護(hù)，運(yùn)行安全可靠。6、全自動操作，無需專人看管。


圖1為集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置示意圖；圖2為集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置側(cè)視圖；圖3為集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置俯視圖；圖中，1-底座、2-支架、3- 土樣槽、4- 土樣進(jìn)料口、5-傳送帶輸送機(jī)、6_液壓變坡鋼槽、7-液壓油缸、8-鋼槽隔板、9-傳送帶控制臺、10-操作控制臺、11-土料斗本體、12-閘門提升機(jī)、13-集水槽、14-總集水槽、15-水位儀、16-導(dǎo)流管、17-排水孔、18-探頭架、 19-液壓變坡鋼槽控制臺。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置(如圖1-3所示)，該裝置由三個(gè)組成部分組成可拆裝式多道多級變坡鋼槽，產(chǎn)流采集與監(jiān)測系統(tǒng)和一體化下墊面監(jiān)測系統(tǒng)；可拆裝式多道多級變坡鋼槽包括底座1、支架2、土樣槽3、土樣進(jìn)料口 4、傳送帶輸送機(jī)5、液壓變坡鋼槽6、液壓油缸7、鋼槽隔板8、傳送帶控制臺9、操作控制臺10 ；鋼槽隔板8置于液壓變坡鋼槽6內(nèi)，隔板兩端底部有可拆卸安裝的滾輪，可依據(jù)坡面徑流試驗(yàn)的需要把液壓變坡鋼槽6分隔成兩道或兩道以上，各級鋼槽分別由對應(yīng)的液壓油缸7及支架2與底座1連接，支架2垂直于底座1放置，土樣進(jìn)料口 3依次與土樣槽4、傳送帶輸送機(jī)5、和傳送帶控制臺9 相連；產(chǎn)流采集與監(jiān)測系統(tǒng)包括集水槽13、總集水槽14、水位儀15、導(dǎo)流管16和排水孔17 ； 集水槽13通過導(dǎo)流管16與總集水槽14相連，總集水槽14與排水孔17相連，水位儀15置于集水槽13內(nèi)；一體化下墊面監(jiān)測系統(tǒng)包括探頭架18、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；探頭架 18置于液壓變坡鋼槽6中的土樣內(nèi)，探頭架18上放置監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備的探頭連接數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備與操作控制臺10相連接；土樣槽3由土料斗本體11和間門提升機(jī) 12組成。液壓變坡鋼槽6由結(jié)構(gòu)件、液壓油缸、控制元部件及輔助裝置組成。結(jié)構(gòu)件包括底座和連接桿等，其主要功能是承受和傳遞鋼槽的載荷；液壓油缸實(shí)現(xiàn)鋼槽的變坡收放，由液壓變坡鋼槽控制臺19實(shí)現(xiàn)變坡幅度的控制。本液壓變坡鋼槽分兩節(jié)，可自由組合以模擬不同的坡度，變坡幅度為0° 45°。坡面徑流模擬試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，土樣在重力和間門提升機(jī)的共同作用下落至傳送帶輸送機(jī)5上，傳送帶輸送機(jī)5由傳送帶控制臺9控制。傳送帶輸送機(jī)由橡膠輸送帶、中部構(gòu)架、托輥、驅(qū)動裝置和張緊裝置組成，并作防水處理，在坡面徑流試驗(yàn)準(zhǔn)備階段可輔助將土樣填裝到液壓變坡鋼槽6里。傳送帶輸送機(jī)5動力消耗低、輸送機(jī)能靈活。坡面徑流試驗(yàn)土樣量重且量大，將其均勻地填裝到變坡鋼槽原本需要很大的人力物力，傳送帶輸送機(jī)5的輔助可以極大程度的節(jié)約人力。可拆裝式多道多級變坡鋼槽由操作控制臺10進(jìn)行調(diào)控，控制土樣進(jìn)料的速率、傳送帶的輸送速率以及各節(jié)鋼槽的坡度變幅。集水槽13的水可通過有排流閘閥控制的導(dǎo)流管16排入總集水槽14最終通過排水孔17排出。該產(chǎn)流采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可同時(shí)監(jiān)測任意時(shí)刻多種下墊面不同深度的徑流過程，且能實(shí)現(xiàn)自動計(jì)量和記錄產(chǎn)流，與傳統(tǒng)產(chǎn)流采集方法相比，操作更簡單，監(jiān)測更高效。坡面監(jiān)測裝置及參數(shù)測量設(shè)備包括探頭架18、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。探頭架置于變坡鋼槽的土樣中，可依據(jù)試驗(yàn)需要靈活拆卸和安裝。探頭架放置土壤蒸滲儀、植物蒸騰測定儀、溫度測量儀、土壤入滲儀、土壤含水率測定儀、雨量計(jì)及地表坡面徑流測量儀， 全自動監(jiān)測產(chǎn)流動態(tài)過程中下墊面參數(shù)的變化。探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮骺刂婆_ 10的存儲主控機(jī)中集中保存。存儲主控機(jī)可本地存儲大量數(shù)據(jù)，也可在現(xiàn)場通過數(shù)據(jù)接口下載數(shù)據(jù)；或在有遠(yuǎn)程請求時(shí)通過向管理中心傳輸數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有事件記錄儀或數(shù)據(jù)采集器相比，該監(jiān)測系統(tǒng)可同時(shí)使用多種、多個(gè)的監(jiān)測設(shè)備，靈活性高，自動化程度高，運(yùn)行管理方便。為克服坡面徑流模擬試驗(yàn)中降雨量波動過大所引起的小區(qū)產(chǎn)流排水的困難，集成式坡面徑流模擬系統(tǒng)允許用戶特別選擇具有反饋控制功能的調(diào)節(jié)器，將雨量信號直接引入控制器，控制器按照降雨量值按比例控制集水槽排水閥，在大降雨量波動條件下進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)定降雨強(qiáng)度濃度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確控制。
權(quán)利要求
1.一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置，其特征在于，鋼槽隔板(8)置于液壓變坡鋼槽(6)內(nèi)，鋼槽隔板(8)兩端底部有可拆卸安裝的滾輪，可依據(jù)坡面徑流試驗(yàn)的需要把液壓變坡鋼槽(6)分隔成兩道或兩道以上，各級液壓變坡鋼槽(6)分別由對應(yīng)的液壓油缸(7) 及其支架( 與底座(1)連接，土樣進(jìn)料口( 依次與土樣槽(4)和傳送帶輸送機(jī)(5)相連，傳送帶輸送機(jī)( 和傳送帶控制臺(9)相連；集水槽(1 通過導(dǎo)流管(16)與總集水槽(14)相連，總集水槽(14)與排水孔(17)相連，水位儀(15)置于集水槽(13)內(nèi)；探頭架 (18)置于液壓變坡鋼槽(6)中的土樣內(nèi)，探頭架(18)上放置監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備的探頭連接數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備與操作控制臺(10)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置，其特征在于，土樣槽(3) 由土料斗本體(11)和閘門提升機(jī)(12)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置，其特征在于，液壓變坡鋼槽(6)依次與液壓油缸(7)和液壓變坡鋼槽控制臺(19)連接，變坡幅度為0° 45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測設(shè)備為土壤蒸滲儀、植物蒸騰測定儀、溫度測量儀、土壤入滲儀、土壤含水率測定儀、雨量計(jì)、地表坡面徑流測量儀中的一種或一種以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于水文模擬技術(shù)領(lǐng)域的一種集成式坡面徑流模擬與監(jiān)測裝置。該裝置由三個(gè)組成部分組成可拆裝式多道多級變坡鋼槽，用于承載模擬流域下墊面的土樣和植被；產(chǎn)流采集與監(jiān)測系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)自動計(jì)量和記錄產(chǎn)流；一體化下墊面監(jiān)測系統(tǒng)，用于自動監(jiān)測產(chǎn)流動態(tài)過程中下墊面參數(shù)的變化并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮骺刂婆_。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，集成下墊面模擬、監(jiān)測以及小區(qū)產(chǎn)流的采集和記錄，易于安裝，設(shè)備操作簡單，易于維護(hù)，運(yùn)行安全可靠。
文檔編號G01N33/24GK102401825SQ20111024182
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者張曉東, 李中, 陽艾利, 黃國和 申請人:華北電力大學(xué)