本發(fā)明涉及土壤檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是屬于一種高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

中國(guó)進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，水庫(kù)大壩建設(shè)數(shù)量迅猛增加，據(jù)《2014年全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，我國(guó)水電建設(shè)裝機(jī)容量已突破3億千瓦。大規(guī)模水電開(kāi)發(fā)，伴隨產(chǎn)生位于水庫(kù)兩側(cè)，受陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)交替控制的區(qū)域，即水庫(kù)消落帶。對(duì)于壩高在70m以上，庫(kù)容大于1億m3的高壩大庫(kù)，如三峽水庫(kù)、小灣水庫(kù)、糯扎渡水庫(kù)等，其消落帶范圍均在30m以上，導(dǎo)致環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題更為凸顯。高壩大庫(kù)蓄水后，蓄水位以下坡面原生植被不適應(yīng)新生境而逐漸消亡，消落帶呈裸坡?tīng)顟B(tài)，進(jìn)而造成庫(kù)岸地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，土壤侵蝕異常強(qiáng)烈，庫(kù)區(qū)景觀質(zhì)量下降等，受到當(dāng)?shù)卣蛧?guó)家關(guān)注。

因此，消落帶形成后，需進(jìn)行消落生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和保護(hù)，以防止土壤流失、庫(kù)岸崩塌和滑坡等問(wèn)題。其中，植被恢復(fù)和重建是消落帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和保護(hù)重點(diǎn)。而消落帶土壤表層水是消落帶植被生存的基本生活條件，同時(shí)是嚴(yán)重制約消落帶人工植被恢復(fù)的重要因子。通過(guò)開(kāi)展消落帶土壤表層水分監(jiān)測(cè)，以便進(jìn)行消落帶土壤水分波動(dòng)范圍和時(shí)間分區(qū)，對(duì)選擇相應(yīng)階段植被種類具有重要理論和實(shí)際意義。但如西南地區(qū)水庫(kù)消落帶，具有坡度大、范圍高、淹沒(méi)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年、土壤侵蝕嚴(yán)重等特點(diǎn)，人為定期前往消落帶進(jìn)行觀測(cè)困難且耗力大。急需一種消落帶土壤水分表層系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置，能夠在各類型消落帶實(shí)測(cè)表層土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，完成消落帶土壤表層水分無(wú)人定點(diǎn)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)有的土壤水分監(jiān)測(cè)儀，可進(jìn)行土壤水分快速讀取，對(duì)落后的傳感器、電路設(shè)計(jì)及裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定改進(jìn)，但此類裝置僅設(shè)計(jì)了單個(gè)土壤水分監(jiān)測(cè)儀，適用范圍有限，針對(duì)大型消落帶，受水位波動(dòng)產(chǎn)生土壤水分變化、土層剝蝕等情況，存在監(jiān)測(cè)位置單一，設(shè)備易遺失等問(wèn)題。而針對(duì)消落帶的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，主要目的是針對(duì)巖石穩(wěn)定性觀測(cè)而設(shè)計(jì)，通過(guò)在消落帶巖體內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)線，布置位移傳感器和角度傳感器等，監(jiān)測(cè)消落帶滑坡情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)消落帶護(hù)坡立體化監(jiān)測(cè)。此類消落帶專利，并未對(duì)消落帶土壤水分進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，且此類監(jiān)測(cè)具有成本高、布設(shè)環(huán)境有限、設(shè)計(jì)復(fù)雜等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的即在于提供一種高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，以達(dá)到成本低、布設(shè)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)以及提高檢測(cè)精度、可靠性的目的。

本發(fā)明所提供的高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集器、土壤水分監(jiān)測(cè)儀，數(shù)據(jù)采集器又包括信息存儲(chǔ)模塊以及電源模塊，其中，數(shù)據(jù)采集器置于庫(kù)岸最高水位線以上的平臺(tái)上，土壤水分監(jiān)測(cè)儀置于水庫(kù)最高水位線和最低水位線之間的消落帶上，呈等距分布且并聯(lián)后，通過(guò)電纜連接數(shù)據(jù)采集器，其中，所述電纜末端連接壓力式水位計(jì)，壓力式水位計(jì)置于水庫(kù)最低水位線以下水體中。

進(jìn)一步的，所述的電源模塊為充電電池或充電電池與太陽(yáng)能板的結(jié)合。

本發(fā)明所提供的高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：選擇每年消落帶水位接近最低時(shí)，安設(shè)本高壩大庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，先查詢資料確定水庫(kù)最低水位值以及最高水位值，在實(shí)地根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行造成的植被裸露地帶或氣壓計(jì)確定消落帶高度范圍，選擇等間隔的高程值，即在消落帶高度范圍等間隔對(duì)應(yīng)的水位處，設(shè)置土壤水分監(jiān)測(cè)儀于消落帶土壤0-20cm范圍內(nèi)，各土壤水分監(jiān)測(cè)儀之間用電纜連接固定；在電纜末端，連接壓力式水位計(jì)，并置于最低水位線以下位置；數(shù)據(jù)采集器放置于最高水位線以上平臺(tái)；

步驟2：水庫(kù)夏季為水位最低時(shí)，安裝本系統(tǒng)之后，水庫(kù)水位在最高水位線和最低水位線之間波動(dòng)。此時(shí)，位于最低水位線以下的壓力式水位計(jì)，記錄并存儲(chǔ)實(shí)時(shí)水位相關(guān)數(shù)據(jù)；冬季水位上升過(guò)程中，水體依次淹沒(méi)消落帶，土壤水分監(jiān)測(cè)儀依次淹沒(méi)，并記錄土壤水分、水勢(shì)、鹽分和溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)電纜存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)采集器，此時(shí)即可在消落帶上庫(kù)岸附近，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器提取所需數(shù)據(jù)；

步驟3：次年夏季的水庫(kù)水位再達(dá)最低處，此時(shí)可根據(jù)需求，前往消落帶視察本系統(tǒng)的各儀器整體情況，包括讀取數(shù)據(jù)采集器內(nèi)存儲(chǔ)內(nèi)容或回收該系統(tǒng)。

本發(fā)明所提供的高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、實(shí)用性強(qiáng)，通過(guò)根據(jù)水庫(kù)消落帶的高度范圍等距布設(shè)的土壤水分監(jiān)測(cè)儀，用電纜連接各土壤水分監(jiān)測(cè)儀至數(shù)據(jù)采集器，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的電源模塊以及信息存儲(chǔ)模塊進(jìn)行供電及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使得本裝置具有布設(shè)方便、簡(jiǎn)單以及成本低的特點(diǎn)，解決了土壤水分野外長(zhǎng)期無(wú)人監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，且本裝置無(wú)需維護(hù)。在電纜末端連接壓力式水位計(jì)，可長(zhǎng)期記錄存儲(chǔ)水庫(kù)水位漲落變化數(shù)據(jù)，結(jié)合消落帶土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，獲得水庫(kù)水位調(diào)度運(yùn)行于消落帶土壤水分含量變化關(guān)系。本發(fā)明可安置在任意消落帶，可應(yīng)用于消落帶植被恢復(fù)研究提供水分?jǐn)?shù)據(jù)領(lǐng)域，所得數(shù)據(jù)也可應(yīng)用于干濕交替環(huán)境下土壤水分動(dòng)態(tài)變化等研究，同時(shí)，本裝置還能夠搭載其他監(jiān)測(cè)設(shè)備于相應(yīng)土壤水分監(jiān)測(cè)儀節(jié)點(diǎn)位置，包括GPRS定位儀等拓展監(jiān)測(cè)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)多角度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的定點(diǎn)采集。綜上所述，本發(fā)明具有可靠性高、提高工作效率的積極效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、太陽(yáng)能板，2、數(shù)據(jù)采集器，3、電纜，4、土壤水分監(jiān)測(cè)儀，5、壓力式水位計(jì)，6、最高水位線，7、最低水位線，8、庫(kù)岸。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所提供的高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器2、土壤水分監(jiān)測(cè)儀4，其中，數(shù)據(jù)采集器2置于庫(kù)岸8最高水位線6以上，土壤水分監(jiān)測(cè)儀4根據(jù)消落帶的高度范圍等距分布且并聯(lián)后，通過(guò)電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2。其中，數(shù)據(jù)采集器2包括信息存儲(chǔ)模塊和電源模塊，信息存儲(chǔ)模塊用于記錄、存儲(chǔ)消落帶表層土壤水分、水勢(shì)、鹽分和溫度等數(shù)據(jù)，電源模塊由充電電池或配備太陽(yáng)能板1組成；電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2和土壤水分監(jiān)測(cè)儀4；土壤水分監(jiān)測(cè)儀4捆綁在電纜3上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分、水勢(shì)、鹽分和溫度等數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)確保在水位漲落對(duì)土壤進(jìn)行剝蝕過(guò)程中的定點(diǎn)觀測(cè)以及防止儀器移動(dòng)或丟失，易于回收，且電纜3末端連接壓力式水位計(jì)5，置于最低水位以下水體中。所述壓力式水位計(jì)5可以根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)。土壤水分監(jiān)測(cè)儀4根據(jù)消落帶高度范圍，等距分布且土壤水分監(jiān)測(cè)儀4之間為并聯(lián)式連接方式，可以長(zhǎng)期埋深在土壤，從而提供表層土壤水分的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使用方便，根據(jù)水庫(kù)據(jù)消落帶范圍內(nèi)布置的多個(gè)土壤水分監(jiān)測(cè)儀4，多點(diǎn)觀測(cè)，結(jié)合水位數(shù)據(jù)，提供了整個(gè)消落帶隨水位季節(jié)性波動(dòng)產(chǎn)生的土壤水分變化趨勢(shì)，用于進(jìn)行有關(guān)消落帶表層土壤水分動(dòng)態(tài)變化的研究。

本發(fā)明所提供的高壩水庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇每年消落帶水位接近最低時(shí)，安設(shè)本高壩大庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，先查詢資料確定水庫(kù)最低水位線7以及最高水位線6，在實(shí)地根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行造成的植被裸露地帶或氣壓計(jì)確定消落帶高度范圍，選擇等間隔的高程值，即在消落帶高度范圍等間隔對(duì)應(yīng)的水位處，設(shè)置土壤水分監(jiān)測(cè)儀4于消落帶土壤0-20cm范圍內(nèi)，選擇地點(diǎn)盡量避免過(guò)多石頭、根系或異物區(qū)域，保證土壤含水量測(cè)定的精確度；各土壤水分監(jiān)測(cè)儀4之間用電纜3連接固定；在電纜3末端，連接壓力式水位計(jì)5，并置于最低水位線7以下位置；數(shù)據(jù)采集器2放置于最高水位線6以上平臺(tái)。選取較平、寬闊地區(qū)，以便于固定；太陽(yáng)能板1選取采光時(shí)間長(zhǎng)范圍大區(qū)域，保證提供系統(tǒng)充足能源；

步驟2：水庫(kù)夏季為水位最低時(shí)，安裝系統(tǒng)之后，水庫(kù)水位在最高水位線6和最低水位線7之間波動(dòng)。此時(shí)，位于最低水位線7以下位置的壓力式水位計(jì)5，記錄并存儲(chǔ)實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)；冬季水位上升過(guò)程中，水體依次淹沒(méi)消落帶，土壤水分監(jiān)測(cè)儀4依次淹沒(méi)，并記錄土壤水分、水勢(shì)、鹽分和溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)電纜3存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)采集器2，此時(shí)即可在消落帶上庫(kù)岸8附近，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器2提取所需數(shù)據(jù)；水位波動(dòng)及降雨過(guò)程，可能造成消落帶土壤表層剝離及崩塌、滑坡等現(xiàn)象，此時(shí)土壤水分儀通過(guò)電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2，可確保土壤水分儀不被水流沖刷導(dǎo)致遺失；水位下落過(guò)程同水位上升過(guò)程；

步驟3：次年夏季的水庫(kù)水位再達(dá)最低處，此時(shí)可根據(jù)需求，前往消落帶視察儀器整體情況包括讀取數(shù)據(jù)采集器2內(nèi)存儲(chǔ)內(nèi)容，或回收該系統(tǒng)。由于用電纜3連接整個(gè)系統(tǒng)，在回收土壤水分監(jiān)測(cè)儀4時(shí)，可通過(guò)摸索電纜3位置，拾得各土壤水分監(jiān)測(cè)儀4，以便下次利用。

下面通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述：

本高壩大庫(kù)消落帶土壤水分監(jiān)測(cè)裝置采用數(shù)據(jù)采集器2為CR1000測(cè)量控制采集器，最大含32通道擴(kuò)展配件，土壤水分監(jiān)測(cè)儀4使用EQ15土壤水勢(shì)速測(cè)儀。其中，所述數(shù)據(jù)采集器2包括的電源模塊采用太陽(yáng)能板1或充電電池。

具體地，如圖1所示，水庫(kù)最低水位線7為145m，最高水位線6為175m，消落帶高度范圍為30m，以5m的高程為間隔，即分別在150m、155m、160m、165m、170m、175m處分別埋入6個(gè)土壤水分監(jiān)測(cè)儀4，數(shù)據(jù)采集器2放于最高水位線175m以上，上述土壤水分監(jiān)測(cè)儀4之間并聯(lián)后通過(guò)電纜3連接于數(shù)據(jù)采集器2，同時(shí)電纜3末端連接壓力式水位計(jì)5，并置于最低水位線145cm以下水體中。所述數(shù)據(jù)采集器2采用太陽(yáng)能板1，應(yīng)用時(shí)，選取較平、寬闊地區(qū)，以便于固定；同時(shí)選取采光時(shí)間長(zhǎng)、范圍大的區(qū)域，以便保證太陽(yáng)能板1提供系統(tǒng)充足能源。