本发明专利技术公开了一种监测河岸带潜流交换速率的装置，包括有PPR管监测井，PPR管监测井侧壁上均匀开设有多个交换孔，PPR管监测井顶端固定连接有数据采集器装置，数据采集器装置下方固定连接有下端圆柱管体，下端圆柱管体的外壁下端设置有压力传感器，下端圆柱管体外壁位于压力传感器上方还均匀设置有多个温度传感器，压力传感器和温度传感器分别通过数据线连接数据采集器装置。本发明专利技术的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，采用温度传感器和压力传感器分别测温度和水位，通过智能数据采集器可实现水位、水温的实时监测，减去现场收集数据的麻烦。本发明专利技术还公开了采用上述装置进行河岸带潜流交换速率的监测方法。
【技术实现步骤摘要】
一种监测河岸带潜流交换速率的装置及其监测方法
本专利技术属于水利工程监测装置
，涉及一种监测河岸带潜流交换速率的装置，本专利技术还涉及采用上述装置进行河岸带潜流交换速率的监测方法。
技术介绍
河岸带作为水生生境与陆生生境的过渡区域，具有独特的植被、地质、地形地貌和水文特性，并受地表水和地下水水位变化的影响。地表水通过河岸带沉积层与地下水发生水热交换的区域称为河岸带潜流层。温度作为能量的直观载体，是能够反映潜流交换过程时空变化的表征因子，其易于观测、无污染，作为天然示踪剂具有一定的优势。因而，观测河岸温度场的时空分布，这些差异能够作为地河岸带潜流交换的活动表征，能够计算河岸带潜流交换速率。近年来，国内外学者对潜流交换的研究计划和研究热点逐渐延伸到河岸带潜流层，随着温度场与流场耦合机理研究的深入，对河岸带潜流交换流速及水量的计算已经从传统的水文学及水动力学方法发展到温度示踪法。但是，国内对温度示踪在河岸带潜流层研究中的应用仍处于起步阶段，相关研究成果仍然较少，没有较为明确的监测河岸带潜流速率的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种监测河岸带潜流交换速率的装置，采用温度传感器测定不同位置的温度，压力传感器测水位，通过智能数据采集器可实现水位、水温的实时监测，减去现场收集数据的麻烦。本专利技术的另一目的是提供采用上述装置进行河岸带潜流交换速率的监测方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种监测河岸带潜流交换速率的装置，包括有PPR管监测井，PPR管监测井底端设置有与PPR管监测井固定连接为一体的底部圆锥，PPR管监测井侧壁上均匀开设有多个位于一列的交换孔，PPR管监测井顶端固定连接有数据采集器装置，数据采集器装置下方还固定连接有位于PPR管监测井内的下端圆柱管体，下端圆柱管体的外壁下端设置有压力传感器，下端圆柱管体外壁上且位于压力传感器上方还均匀设置有多个温度传感器，压力传感器和温度传感器分别通过数据线连接数据采集器装置。本专利技术第一种技术方案的特征还在于，压力传感器和温度传感器与数据采集器装置的数据线包裹在下端圆柱管体内部。数据采集器装置包括有设置在PPR管监测井顶端的顶部圆柱壳体，下端圆柱管体固定在顶部圆柱壳体底部，顶部圆柱壳体内设置有依次通过导线连接的智能数据采集器、遥控接收开关和蓄电池，顶部圆柱壳体的侧壁上设置有防水充电插孔，防水充电插孔通过导线连接蓄电池，防水充电插孔上插接有太阳能电池板。顶部圆柱壳体内设置有圆柱盒，智能数据采集器、遥控接收开关和蓄电池均设置于圆柱盒内部。智能数据采集器包括有储存卡以及与储存卡通过导线连接的无线通信模块，无线通信模块通过无线连接的方式连接有云端服务器，云端服务器通过无线连接的方式连接有用户终端。PPR管监测井顶端的固定设置有连接件，下端圆柱管体固定在连接件底部，顶部圆柱壳体固定在连接件顶部。还包括与遥控接收开关通过无线连接的遥控发射器。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种监测河岸带潜流交换速率的方法，采用上述一种监测河岸带潜流交换速率的装置，具体按照以下步骤实施：步骤1，在选定的河岸断面根据一种监测河岸带潜流交换速率的装置的监测深度以及PPR管监测井的直径打监测孔；步骤2，将一种监测河岸带潜流交换速率的装置埋设监测孔中；步骤3，通过遥控发射器开启遥控接收开关，整体装置通电开始工作，用户通过用户终端使用互联网登录服务器，远程下载水压力数据和水温数据；步骤4，根据下载的水温数据用VFLUX和MATLAB计算河岸带的潜流交换速率，根据水压力数据计算水位数据，根据水位数据判断河岸带潜流交换是饱和带或非饱和带。本专利技术第二种技术方案的特征还在于，步骤1具体为：首先在河岸选定合适的断面，然后在选定的河岸断面选定需要监测的位置点，并用水准仪确定其高程，再根据选定的位置点的高程竖直打监测孔；步骤2具体为：将一种监测河岸带潜流交换速率的装置放入滤网套中，然后将滤网套顶部通过细铁丝固定，然后将装入滤网套的一种监测河岸带潜流交换速率的装置放入监测孔，保持装置竖直，再在装置和监测孔之间的空隙用细沙填实。步骤3具体为：将装置放入监测孔后，地下水慢慢经交换孔入渗到PPR管监测井内，然后通过遥控发射器开启遥控接收开关，整体装置通电开始工作，蓄电池开始为智能数据采集器、温度传感器和压力传感器供电；温度传感器和压力传感器开始记录地下水水温和水位变化，然后将数据实时传输给智能数据采集器，智能数据采集器内的储存卡储存温度传感器和压力传感器记录的数据并传递给无线通讯模块，然后无线通讯模块通过GPS网络将数据上传到云端服务器，待装置工作一段时间后，用户通过用户终端使用互联网登录服务器，远程下载水压力数据和水温数据；步骤4具体为：用户通过安装VFLUX程序到软件MATLAB中，对监测温度数据进行归一化，并导入到VFLUX程序当中，运行VFLUXformat，以创建格式化的数据结构，运行VFLUX，求解河岸带潜流交换速率；根据压力传感器记录的是PPR管监测井的水压力数据，通过液体压强公式计算得出水位，水位以上为非饱和带，以下为饱和带。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用温度传感器测定不同位置的温度，压力传感器测水位，通过智能数据采集器可实现水位、水温的实时监测，减去现场收集数据的麻烦，根据温度和压力传感器记录的数据，用VFLUX和MATLAB计算河岸带潜流交换速率，解决了传统方法需要数值模拟所需资料参数多、花费时间长的缺点。附图说明图1是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置的结构示意图；图2是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中PPR管监测井的结构示意图；图3是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中压力传感器和温度传感器在下端圆柱管体上的分布图；图4是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中压力传感器和温度传感器与智能数据采集器的连接关系图；图5是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中顶部圆柱壳体的结构示意图；图6是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中顶部圆柱壳体的内部部件连接图；图7是本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置中智能数据采集器的内部连接图；图8是河岸带温度监测模型示意图；图9是实测温度时序处理结果图；图10是CaptainARSPEC功能自回归频谱频域的时间序列图；图11是实际和拟合频谱图；图12是测点温度时序资料DHR滤波分析结果图；图13是温度与时间对于原始数据和过滤数据的关系及振幅和相位与时间的关系图；图14是VFLUX中4种解析模型所求出的河岸带潜流交换速率图。图中，1.PPR管监测井，2.底部圆锥，3.交换孔，4.下端圆柱管体，5.压力传感器，6.温度传感器，7.顶部圆柱壳体，8.智能数据采集器，9.遥控接收开关，10.蓄电池，11.防水充电插孔，12.太阳能电池板，13.圆柱盒，14.储存卡，15.无线通信模块，16.云端服务器，17.用户终端，18.连接件，19.遥控发射器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其结构如图1-图2所示，包括有PPR管监测井1，PPR管监测井1底端设置有与PPR管监测井1固定连接为一体的底部圆锥2，PPR管监测井1侧壁上均匀开设有多个位于一列的交换孔3，PPR管监测井1顶端固定连接有数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，包括有PPR管监测井(1)，所述PPR管监测井(1)底端设置有与PPR管监测井(1)固定连接为一体的底部圆锥(2)，所述PPR管监测井(1)侧壁上均匀开设有多个位于一列的交换孔(3)，所述PPR管监测井(1)顶端固定连接有数据采集器装置，所述数据采集器装置下方还固定连接有位于PPR管监测井(1)内的下端圆柱管体(4)，所述下端圆柱管体(4)的外壁下端设置有压力传感器(5)，所述下端圆柱管体(4)外壁上且位于压力传感器(5)上方还均匀设置有多个温度传感器(6)，所述压力传感器(5)和温度传感器(6)分别通过数据线连接所述数据采集器装置。
【技术特征摘要】
1.一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，包括有PPR管监测井(1)，所述PPR管监测井(1)底端设置有与PPR管监测井(1)固定连接为一体的底部圆锥(2)，所述PPR管监测井(1)侧壁上均匀开设有多个位于一列的交换孔(3)，所述PPR管监测井(1)顶端固定连接有数据采集器装置，所述数据采集器装置下方还固定连接有位于PPR管监测井(1)内的下端圆柱管体(4)，所述下端圆柱管体(4)的外壁下端设置有压力传感器(5)，所述下端圆柱管体(4)外壁上且位于压力传感器(5)上方还均匀设置有多个温度传感器(6)，所述压力传感器(5)和温度传感器(6)分别通过数据线连接所述数据采集器装置。2.根据权利要求1所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，所述压力传感器(5)和温度传感器(6)与所述数据采集器装置的数据线包裹在所述下端圆柱管体(4)内部。3.根据权利要求1或2所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，所述数据采集器装置包括有设置在所述PPR管监测井(1)顶端的顶部圆柱壳体(7)，所述下端圆柱管体(4)固定在顶部圆柱壳体(7)底部，所述顶部圆柱壳体(7)内设置有依次通过导线连接的智能数据采集器(8)、遥控接收开关(9)和蓄电池(10)，所述顶部圆柱壳体(7)的侧壁上设置有防水充电插孔(11)，所述防水充电插孔(11)通过导线连接蓄电池(10)，所述防水充电插孔(11)上插接有太阳能电池板(12)。4.根据权利要求3所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，所述顶部圆柱壳体(7)内设置有圆柱盒(13)，所述智能数据采集器(8)、遥控接收开关(9)和蓄电池(10)均设置于所述圆柱盒(13)内部。5.根据权利要求3所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，所述智能数据采集器(8)包括有储存卡(14)以及与储存卡(14)通过导线连接的无线通信模块(15)，所述无线通信模块(15)通过无线连接的方式连接有云端服务器(16)，所述云端服务器(16)通过无线连接的方式连接有用户终端(17)。6.根据权利要求5所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，所述PPR管监测井(1)顶端的固定设置有连接件(18)，所述下端圆柱管体(4)固定在连接件(18)底部，所述顶部圆柱壳体(7)固定在连接件(18)顶部。7.根据权利要求5所述的一种监测河岸带潜流交换速率的装置，其特征在于，还包括与所述遥控接收开关(9)通过无线连接的遥控发射...
【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，王大博，杨杰，张文兵，陈建琪，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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