一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法，包括：安装在四面有百叶窗的箱体中的取样子系统、测量子系统、样品存储子系统、控制子系统、电源子系统，清理子系统以及降雨传感器；多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形取样履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接。本发明专利技术通过设置一整套自动循环使用的取样桶，取样桶通过环形取样履带不断的对小区所产生的径流进行取样，并记录取样次数，同时通过测量子系统对各个取样进行精确的测量，实现完全无人化的自动取样和自动测量，大大减少了科研人员野外工作量，节约了人力和使用成本。

A continuous sampling measurement system and method for runoff and sediment in soil and water conservation monitoring area

The invention relates to a method for monitoring runoff sediment continuous sampling and measuring system and method, including: soil and water conservation are arranged in the box surrounded by a shutter in the sampling subsystem, monitoring subsystem, sample storage subsystem, control subsystem, power subsystem, cleaning subsystem and rainfall sensor; a plurality of around according to the water in and around the ring track intermittent rotation of the sampling sampling barrel, the sample bucket through the automatic unlocking mechanism is connected with the annular track sampling. The present invention by setting a set of automatic circulation sampling barrels, runoff sampling barrel through the annular sampling track constantly on the cell of the sampling, and the sampling record number, at the same time through the measurement system for accurate measurement of each sampling, realize unmanned automatic sampling and automatic measurement, greatly reducing the scientific research personnel field workload, save manpower and cost.

【技术实现步骤摘要】
一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法
本专利技术涉及一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法，是一种水文实验系统方法，是一种应用水土保持监测小区径流的系统和方法。
技术介绍
建立水土保持监测小区，开展指定地点水土流失监测是开展水土保持研究、水土流失治理，以及生产建设项目水土流失防治等主要手段。标准监测小区的水平投影尺寸一般为长20m宽5m，在下游中间部位设出水口。其径流泥沙过程监测主要采用等量分流原理进行基于次降雨过程的监测。即在小区的出水口位置布设承接池或承接桶，在承接池外侧统一水平高度设多个相同的出水口，然后接取其中一个出水口的径流泥沙。待一次径流泥沙过程结束后，采用人工测量的方式获取单个出水口的径流量和泥沙量，然后乘以出水口个数并加上承接池内的水量和泥沙，即为本次降雨过程的产流量和侵蚀产沙量。上述方式在应用中存在着如下问题：（1）水土保持监测小区为避免人工干扰，一般建设在偏远和交通不便的位置，完成一次监测后，难以清理泥沙为下一次侵蚀产沙过程监测做准备。（2）只能进行总的产水、产沙监测，难以实现产水、产沙过程监测，为了获取水沙过程，需要专人值守，然而由于降雨和产流的不确定性，往往难以获得产流产沙过程监测机会，并获取数据。（3）获取的径流、泥沙数据往往不准确，参考作用有限。主要是因为受降雨强度变化，以及监测小区出水口位置、承接池位置等的影响，监测小区出流过程大小变化时承接池内的水位条件、泥沙沉积条件等均会发生变化，造成出水口的出流过程和含沙量过程存在较大差异，使得降雨产流过程越长则单个出水口的径流量和泥沙量的代表性越差。专利技术内容为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法。所述的系统和方法能够实现自动化高精度测量、自动连续取样、自动化清理和维护，实现自动化的监测。本专利技术的目的是这样实现的：一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统，包括：安装在四面有百叶窗顶部有集水盘的箱体中的取样子系统、测量子系统、控制子系统、电源子系统，清理子系统以及降雨传感器；多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形取样履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接；所述的取样子系统还设有与小区径流出水口管道连接的取样口，所述的取样口对准一个取样桶的上口并设有初测水位计，所述的初测水位计与控制子系统电连接，所述的控制子系统与带动环形取样履带运行的电机连接，所述的控制子系统中设有计算雨水充盈一个取样桶时间的计时器和一场降雨充盈取样桶次数的计次器；所述的测量子系统包括：环形取样履带下落机构和设置在一个取样筒停止位上的轨道，所述的轨道上设有复测水位计、超声波振动器和称重传感器，所述的取样筒上设有二维码，所述的控制子系统中设有二维码读取器。进一步的，所述的取样筒为上部为倒圆台，下部为圆柱形，底部设有活门，圆柱部分设有至少两个卡固环。进一步的，所述的取样筒的圆台部分设有与轨道相配合的凹弧形卡固槽。进一步的，所述的电源子系统包括，蓄电池，所述的蓄电池与太阳能电池板连接。进一步的，所述的清理子系统包括：设置在一个取样筒停止位上的可开合震动环和自动冲洗器。进一步的，所述的自动清洗器包括：设置在所述箱体顶部的集水盘，所述的集水盘与带有过滤器的储水箱管道连接，所述的储水箱与冲洗泵管道连接，所述的冲洗泵与能够自动伸缩的喷头连接，所述集水盘中设有纵横排列的隔板。进一步的，所述的控制子系统中设有数据采集和存储器，并通过网络与远程控制中心连接。一种使用上述系统的水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量方法，所述的方法的步骤如下：参数设置的步骤：将取样测量系统安装室外小区坡面的下游，设置取样桶水位高度、观测频率各项参数；储存电能的步骤：在有阳光天候，太阳能电池板收集太阳能，转换为电能后存储在蓄电池中，这时控制子系统处于用电量极少的休眠状态；唤醒的步骤：降雨开始时，所述的降雨传感器唤醒控制子系统，控制子系统被唤醒后与远程管理中心建立联系；同时，集水盘开始收集雨水，过滤后存储在储水箱中备用；取样和测量雨量的步骤：小区产生径流时，初测水位计以至少50次/秒的频率计量取样桶中的水位，控制子系统开始记录出水口产流时间计时，当取样桶中的水位达到设定值时，控制子系统停止计时并驱动环形取样履带转动，使下一个取样桶进入取样口下方，进入下一轮取样，如此循环往复，控制子系统不断的记录取样桶的取样次数和出水口产流时间，作为计量径流量、含沙量的依据，并将这些数据发送至远程管理中心；精确计量的步骤：取样筒取水后，在下一个停止位进行精确测定：首先控制子系统的二维码读取器读取取样筒上带有该取样筒重量的二维码，同时环形取样履带下降，使取样筒落在轨道上，轨道上的超声波振动器对取样水进行超声波震动，以排除水中的空气，并粉碎水样带来的大块泥土，震动之后，称重传感器对取样筒称重，去除取样筒重量后得到精确的取样重量，控制子系统记录和存储复测的取样桶水深和精确的取样重量，并发送至远程管理中心；清洗的步骤：没有被选中存储的取样筒沿环形取样履带进入清洗区，打开取样筒底部活门，放出取样筒中的水和泥沙，可开合震动环夹住取样筒并震动，开启冲洗泵抽取存储的雨水，喷头伸出对取样筒进行清洗，清洗后取样筒随环形取样履带继续前行，准备下一次取样；停止的步骤：降雨结束后，降雨传感器发出降雨停止的信号，控制子系统进入待机，如果继续下雨则再次进入工作状态，如果几个小时没有降雨，则进入休眠状态，如果有阳光出现，则进入充电状态。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过设置一整套自动循环使用的取样桶，取样桶通过环形取样履带不断的对小区产生的径流进行取样，并记录取样次数，同时通过测量子系统对各个取样进行精确的测量，实现完全无人化的自动取样和自动测量，经过对取样次数的精确计量以及对每个取样桶中的水和泥沙的精确称重，实现对小区径流泥沙过程的完全自动化取样和精确计量，大大减少了科研人员野外工作量，节约了人力和使用成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一所述系统的结构示意图；图2是本专利技术的实施例一所述取样子系统的结构示意图；图3是本专利技术的实施例一所述测量子系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例三所述的取样桶结构示意图；图5是本专利技术实施例五所述的电源子系统结构示意图；图6是本专利技术实施例六所述的清洗子系统结构示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统，如图1、2、3所示。本实施例包括：安装在四面有百叶窗701顶部有集水盘702的箱体7中的取样子系统1、测量子系统2、控制子系统4、电源子系统6，清理子系统5，以及降雨传感器3，如图1所示。多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形取样履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接。所述的取样子系统还设有与小区径流出水口管道连接的取样口101，所述的取样口对准一个取样桶102的上口并设有初测水位计103，所述的初测水位计与控制子系统电连接，所述的控制子系统与带动取样环形取样履带104运行的电机连接（如图2所示，由于做图的限制图2中只画出了一个取样桶，实际中应当有多个取样桶围绕在环形取样履带周围），所述的控制子系统中设有计算雨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统，其特征在于，包括：安装在四面有百叶窗顶部有集水盘的箱体中的取样子系统、测量子系统、控制子系统、电源子系统，清理子系统以及降雨传感器；多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形取样履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接；所述的取样子系统还设有与小区径流出水口管道连接的取样口，所述的取样口对准一个取样桶的上口并设有初测水位计，所述的初测水位计与控制子系统电连接，所述的控制子系统与带动环形取样履带运行的电机连接，所述的控制子系统中设有计算雨水充盈一个取样桶时间的计时器和一场降雨充盈取样桶次数的计次器；所述的测量子系统包括：环形取样履带下落机构和设置在一个取样筒停止位上的轨道，所述的轨道上设有复测水位计、超声波振动器和称重传感器，所述的取样筒上设有二维码，所述的控制子系统中设有二维码读取器。

【技术特征摘要】
1.一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统，其特征在于，包括：安装在四面有百叶窗顶部有集水盘的箱体中的取样子系统、测量子系统、控制子系统、电源子系统，清理子系统以及降雨传感器；多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形取样履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接；所述的取样子系统还设有与小区径流出水口管道连接的取样口，所述的取样口对准一个取样桶的上口并设有初测水位计，所述的初测水位计与控制子系统电连接，所述的控制子系统与带动环形取样履带运行的电机连接，所述的控制子系统中设有计算雨水充盈一个取样桶时间的计时器和一场降雨充盈取样桶次数的计次器；所述的测量子系统包括：环形取样履带下落机构和设置在一个取样筒停止位上的轨道，所述的轨道上设有复测水位计、超声波振动器和称重传感器，所述的取样筒上设有二维码，所述的控制子系统中设有二维码读取器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的取样筒为上部为倒圆台，下部为圆柱形，底部设有活门，圆柱部分设有至少两个卡固环。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的取样筒的圆台部分设有与轨道相配合的凹弧形卡固槽。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的电源子系统包括，蓄电池，所述的蓄电池与太阳能电池板连接。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的清理子系统包括：设置在一个取样筒停止位上的可开合震动环和自动冲洗器。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的自动清洗器包括：设置在所述箱体顶部的集水盘，所述的集水盘与带有过滤器的储水箱管道连接，所述的储水箱与冲洗泵管道连接，所述的冲洗泵与能够自动伸缩的喷头连接，所述集水盘中设有纵横排列的隔板。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的控制子系统中设有数据采集和存储器，并通过网络与远程控制中心连接。8.一种使用权利要求7所述系统的水土保持监测小区径流泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，冯伟，王浩，赵勇，卲薇薇，王英，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，水利部水土保持监测中心，
类型：发明
国别省市：北京,11