一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置制造方法及图纸

一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置，涉及一种森林生态水文水量测量方法及装置。本发明专利技术为了解决现有人工测量无法实现过程动态研究，人工测量精度低，恶劣的实验环境所导致不可预测的数据丢失的问题。方法步骤：选择测量点，建立样地，利用生态水文水量动态测量装置及相应的流量公式计算得到穿透雨水流流量、树干径流流量及地表及土壤径流流量。装置：水位测量筒的下端口堵头上钻洞安装ABS水箱接头，ABS水箱接头连接常闭电磁阀和液位变送器，在水位测量筒上安装水位探头，架设太阳能电池板，将太阳能电池板、液位变送器、水位探头I、水位探头II、电磁阀连接到控制器。本发明专利技术用于长期森林生态水文水量自动化动态测量。

【技术实现步骤摘要】
一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置
本专利技术涉及一种森林生态水文水量测量方法及装置，具体的说是涉及一种地表、土壤径流，树干径流和穿透雨水量长期自动化动态测量方法及装置，属于生态水文物理性质指标测量方法及其测量仪器领域。
技术介绍
水是森林生态系统物质循环的重要物质，同时也作为系统物质和能量循环以及森林生态水文过程的主要载体参与森林生态系统调节与控制过程。森林生态系统的水主要通过降水输入，但是受到森林影响，降水在输入过程中被再分配，以树干径流和穿透雨的形式进入森林，然后通过不同径流形式(地表径流和壤中流)汇集于河流，输出森林。水在输入与输出森林过程中参与森林生态水文过程，影响系统中物质间的转化与运输，因此监测森林生态系统中不同过程中的水量是探究森林降雨再分配格局、径流汇集过程等研究的重要方法，对探究森林碳氮循环有重要意义，是研究生态水文过程的前提。目前对生态水文水量的研究主要通过人工测量或者是利用雨量筒进行过程监测以及总量测量。但是人工测量无法实现水量过程监测而且当暴雨等水量过大时，特别是夜间实验环境恶劣情况下，人工测量无法及时完成数据采集，可能导致数据缺失，造成实验数据损失。雨量筒可以进行水量动态研究，但是由于工作量程限制，无法满足大流量的监测。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，以至少解决现有人工测量无法实现过程动态研究，人工测量精度低，恶劣的实验环境所导致不可预测的数据丢失的问题。本专利技术的穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，具体步骤为：步骤一：选择测量点，按标准建立样地，每个样地随机选择三个实验点，在实验点设置支架，用于测量装置架设；步骤二：在实验点制作四棱锥漏斗并倒立放置到支架上，使得四棱锥的底边与地面有一定距离，并且调节四棱椎底面水平，四棱锥漏斗作为穿透雨集水斗；步骤三：截取PVC管，并用堵头将PVC管下端封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头，PVC管作为穿透雨水位测量筒，ABS水箱接头连接常闭电磁阀和液位变送器，在穿透雨水位测量筒上下安装水位探头I和水位探头II，将穿透雨水位测量筒放置到穿透雨集水斗正下方，并用钢管将穿透雨水位测量筒竖直固定；步骤四：在森林内空旷地带架设太阳能电池板，并将太阳能电池板、液位变送器、水位探头I、水位探头II、电磁阀连接到控制器；步骤五：测量装置安装完成后，根据实验需求，设定控制器的时钟芯片记录时间间隔Δt(s)；实验期间，穿透雨通过穿透雨集水斗汇集，进入穿透雨水位测量筒；控制器在设定的时间间隔记录穿透雨水位测量筒内的水位差Δh(mm)，并且当水位达到设定的最高水位，测量装置打开电磁阀开始排水，当穿透雨水位测量筒内的水降低到设定的最低水位时，测量装置关闭电磁阀，穿透雨水位测量筒继续蓄水，所述最高水位为水面接触到水位探头I，所述最低水位为水面接触到水位探头II；实验结束后，将控制器内实验数据导出，然后根据公式计算生态水文过程中的穿透雨水流流量Q1(L/h)，计算公式为：D为穿透雨水位测量筒的直径。进一步地：所述步骤一中按标准建立10m×10m的样地。进一步地：所述步骤二中将PP塑料板焊制的底边长为800mm的四棱锥漏斗倒立放置到钢筋焊制的支架上，使得四棱锥的底边距离地面1000mm。进一步地：所述步骤三中截取直径为110mm、长度为500mm的PVC管作为穿透雨水位测量筒。本专利技术用于实现穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量的装置，包括控制器、太阳能电池板、液位变送器、水位探头I、水位探头II、电磁阀、穿透雨水位测量筒和ABS水箱接头，穿透雨水位测量筒的下端口用堵头封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头，ABS水箱接头下端连接常闭电磁阀，其上端连接液位变送器，在穿透雨水位测量筒的筒壁上下安装水位探头I和水位探头II，在森林内空旷地带架设太阳能电池板，并将太阳能电池板、液位变送器、水位探头I、水位探头II、电磁阀连接到控制器。所述穿透雨水位测量筒采用直径为110mm、长度为500mm的PVC管制成。所述控制器包括记录数据用的SD卡模块、Arduino单片机系统、12V20Ah蓄电池、OLED液晶显示屏和SD2405RTC时钟芯片，记录数据用的SD卡模块、12V20Ah蓄电池、OLED液晶显示屏和SD2405RTC时钟芯片分别与Arduino单片机系统连接。控制器中，SD卡模块可替换为SPI通讯的TF卡模块；Arduino单片机系统可替换为其他单片机系统(如STM)；12V20Ah蓄电池可替换为更大容量蓄电池，但电压必须为12V；.控制器可加装无线通讯功能(SIM卡短信、无线电传输、wifi传输、蓝牙传输等)，实现数据自动回传；太阳能电池板的控制器部分可以增加市电辅助供电功能；液位变送器可选用其他兼容的电压输出型变送器。另外，在春季冻融期，为防止结冰，可以为水位测量筒安装恒温装置，防止水冻结。鉴于此，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种树干径流长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，以至少解决现有人工测量无法实现过程动态研究，人工测量精度低，恶劣的实验环境所导致不可预测的数据丢失的问题。本专利技术的树干径流长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，具体步骤为：步骤一：选择测量点，按标准建立的样地，每个样地随机选择三个实验点，样地内树木树干径流用集水管汇集；步骤二：在实验点分别截取直径为300mm、长度为300mm的PVC管，直径为200mm、长度为200mm的PVC管，直径为110mm、长度为200mm的PVC管，并将截取的三个PVC管依次采用变径接头密封连接在一起构成树干径流水位测量筒，树干径流水位测量筒的小孔径端用堵头封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头，ABS水箱接头连接常闭电磁阀和液位变送器，在树干径流水位测量筒上下安装水位探头I和水位探头II，将树干径流水位测量筒放置到集水管正下方，所有树木树干径流用集水管汇集后流入树干径流水位测量筒内，保持树干径流水位测量筒竖直固定；步骤三：在森林内空旷地带架设太阳能电池板，并将太阳能电池板、液位变送器、水位探头I、水位探头II、电磁阀连接到控制器；步骤四：测量装置安装完成后，根据实验需求，设定控制器的时钟芯片记录时间间隔Δt(s)；实验期间，树干径流通过集水管汇集，进入树干径流水位测量筒；控制器在设定的时间间隔记录树干径流水位测量筒内的水位差Δh(mm)，并且当水位达到设定的最高水位，测量装置打开电磁阀开始排水，当树干径流水位测量筒内的水降低到设定的最低水位时，测量装置关闭电磁阀，树干径流水位测量筒继续蓄水，所述最高水位为水面接触到水位探头I，所述最低水位为水面接触到水位探头II；实验结束后，将控制器内实验数据导出，然后根据公式计算生态水文过程中的树干径流流量Q2(L/h)，计算公式为：其中Q2(L/h)为树干径流流量，Δt(s)为数据记录时间间隔；Δh(mm)为记录时间间本文档来自技高网...

【技术保护点】
穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，其特征在于：具体步骤为：步骤一：选择测量点，按标准建立样地，每个样地随机选择三个实验点，在实验点设置支架(9)，用于测量装置架设；步骤二：在实验点制作四棱锥漏斗并倒立放置到支架(9)上，使得四棱锥的底边与地面有一定距离，并且调节四棱椎底面水平，四棱锥漏斗作为穿透雨集水斗(10)；步骤三：截取PVC管，并用堵头将PVC管下端封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头(8)，PVC管作为穿透雨水位测量筒(7)，ABS水箱接头(8)连接常闭电磁阀(6)和液位变送器(3)，在穿透雨水位测量筒(7)上下安装水位探头I(4)和水位探头II(5)，将穿透雨水位测量筒(7)放置到穿透雨集水斗(10)正下方，并用钢管(11)将穿透雨水位测量筒(7)竖直固定；步骤四：在森林内空旷地带架设太阳能电池板(2)，并将太阳能电池板(2)、液位变送器(3)、水位探头I(4)、水位探头II(5)、电磁阀(6)连接到控制器(1)；步骤五：测量装置安装完成后，根据实验需求，设定控制器(1)的时钟芯片记录时间间隔Δt(s)；实验期间，穿透雨通过穿透雨集水斗(10)汇集，进入穿透雨水位测量筒(7)；控制器(1)在设定的时间间隔记录穿透雨水位测量筒(7)内的水位差Δh(mm)，并且当水位达到设定的最高水位，测量装置打开电磁阀(6)开始排水，当穿透雨水位测量筒(7)内的水降低到设定的最低水位时，测量装置关闭电磁阀(6)，穿透雨水位测量筒(7)继续蓄水，所述最高水位为水面接触到水位探头I(4)，所述最低水位为水面接触到水位探头II(5)；实验结束后，将控制器(1)内实验数据导出，然后根据公式计算生态水文过程中的穿透雨水流流量Q1(L/h)，计算公式为：D为穿透雨水位测量筒(7)的直径。...

【技术特征摘要】
1.穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，其特征在于：具体步骤为：步骤一：选择测量点，按标准建立样地，每个样地随机选择三个实验点，在实验点设置支架(9)，用于测量装置架设；步骤二：在实验点制作四棱锥漏斗并倒立放置到支架(9)上，使得四棱锥的底边与地面有一定距离，并且调节四棱椎底面水平，四棱锥漏斗作为穿透雨集水斗(10)；步骤三：截取PVC管，并用堵头将PVC管下端封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头(8)，PVC管作为穿透雨水位测量筒(7)，ABS水箱接头(8)连接常闭电磁阀(6)和液位变送器(3)，在穿透雨水位测量筒(7)上下安装水位探头I(4)和水位探头II(5)，将穿透雨水位测量筒(7)放置到穿透雨集水斗(10)正下方，并用钢管(11)将穿透雨水位测量筒(7)竖直固定；步骤四：在森林内空旷地带架设太阳能电池板(2)，并将太阳能电池板(2)、液位变送器(3)、水位探头I(4)、水位探头II(5)、电磁阀(6)连接到控制器(1)；步骤五：测量装置安装完成后，根据实验需求，设定控制器(1)的时钟芯片记录时间间隔Δt(s)；实验期间，穿透雨通过穿透雨集水斗(10)汇集，进入穿透雨水位测量筒(7)；控制器(1)在设定的时间间隔记录穿透雨水位测量筒(7)内的水位差Δh(mm)，并且当水位达到设定的最高水位，测量装置打开电磁阀(6)开始排水，当穿透雨水位测量筒(7)内的水降低到设定的最低水位时，测量装置关闭电磁阀(6)，穿透雨水位测量筒(7)继续蓄水，所述最高水位为水面接触到水位探头I(4)，所述最低水位为水面接触到水位探头II(5)；实验结束后，将控制器(1)内实验数据导出，然后根据公式计算生态水文过程中的穿透雨水流流量Q1(L/h)，计算公式为：D为穿透雨水位测量筒(7)的直径。2.根据权利要求1所述的穿透雨长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，其特征在于：所述步骤一中按标准建立10m×10m的样地；所述步骤二中将PP塑料板焊制的底边长为800mm的四棱锥漏斗倒立放置到钢筋焊制的支架(9)上，使得四棱锥的底边距离地面1000mm；所述步骤三中截取直径为110mm、长度为500mm的PVC管作为穿透雨水位测量筒(7)。3.树干径流长期森林生态水文水量自动化动态测量方法，其特征在于：具体步骤为：步骤一：选择测量点，按标准建立的样地，每个样地随机选择三个实验点，样地内树木树干径流用集水管(12)汇集；步骤二：在实验点分别截取直径为300mm、长度为300mm的PVC管，直径为200mm、长度为200mm的PVC管，直径为110mm、长度为200mm的PVC管，并将截取的三个PVC管依次采用变径接头密封连接在一起构成树干径流水位测量筒(15)，树干径流水位测量筒(15)的小孔径端用堵头封死，在堵头上钻洞安装ABS水箱接头(8)，ABS水箱接头(8)连接常闭电磁阀(6)和液位变送器(3)，在树干径流水位测量筒(15)上下安装水位探头I(4)和水位探头II(5)，将树干径流水位测量筒(15)放置到集水管(12)正下方，所有树木树干径流用集水管(12)汇集后流入树干径流水位测量筒(15)内，保持树干径流水位测量筒(15)竖直固定；步骤三：在森林内空旷地带架设太阳能电池板(2)，并将太阳能电池板(2)、液位变送器(3)、水位探头I(4)、水位探头II(5)、电磁阀(6)连接到控制器(1)；步骤四：测量装置安装完成后，根据实验需求，设定控制器(1)的时钟芯片记录时间间隔Δt(s)；实验期间，树干径流通过集水管(12)汇集，进入树干径流水位测量筒(15)；控制器(1)在设定的时间间隔记录树干径流水位测量筒(15)内的水位差Δh(mm)，并且当水位达到设定的最高水位，测量装置打开电磁阀(6)开始排水，当树干径流水位测量筒(15)内的水降低到设定的最低水位时，测量装置关闭电磁阀(6)，树干径流水位测量筒(15)继续蓄水，所述最高水位为水面接触到水位探头I(4)，所述最低水位为水面接触到水位探头II(5)；实验结束后，将控制器(1)内实验数据导出，然后根据公式计算生态水文过程中的树干径流流量Q2(L/h)，计算公式为：其中Q2(L/h)为树干径流流量，Δt(s)为数据记录时间间隔；Δh(mm)为记录时间间隔内水位差；h1(mm)和h2(mm)分别为时间间隔的前后两个端点；f(h)为水位测量筒内随着水位变化截面面积的分段函数；设定PVC管直径110mm到200mm和200...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏洲，张著，孙忠林，王传宽，杨光，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23