一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统及其安装方法技术方案

本发明专利技术公开一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统及其安装方法，涉及水文地质监测领域；该实时监测系统包括水平布置于监测孔顶部的定位杆，所述定位杆与设置于所述监测孔内的定位钢丝顶部固定连接，所述定位钢丝底部设有重量能够调节的配重锤；所述定位钢丝上安装有多个监测探头，多个所述监测探头分别连接到数据采集及传输机箱内，所述数据采集及传输机箱电连接有蓄电池，所述蓄电池电连接有太阳能板。本发明专利技术还公开了一种上述实时监测系统的安装方法，能够将上述系统的监测探头安装到所需的埋设深度，有效解决了高寒冻土区包气带土壤冻结过于坚硬或监测深度较深等各种不满足监测探头侧插施工的技术难题。测探头侧插施工的技术难题。测探头侧插施工的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统及其安装方法


[0001]本专利技术涉及水文地质监测
，特别是涉及一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统及其安装方法。

技术介绍

[0002]包气带水土监测一直是水文地质领域研究三水转化、获取渗透参数、观测凝结水循环等科学实验的重要监测项目，然而现有土壤水分监测探头相互独立，安装过程中需要开挖剖面侧插来完成，但在我国很多区域，存在包气带土壤冻结过于坚硬或监测深度较深等各种不满足监测探头侧插施工的技术难题。
[0003]由于青藏高原高寒、高海拔、多年冻土分布广泛的特点，同时监测工作多在无人区、荒漠区开展，施工难度大、生存条件苛刻，对于地质工作者和监测设备都有着极大的挑战。目前包气带水土监测设备布设多以人工开挖1
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3m深坑进行探头侧插后再将土壤回填，但将该方法用于青藏高原多年冻土区，人工开挖费时费力、难以达到既定深度，选择挖掘机作业，成本高昂，冻土剖面扰动较大，且有些多年冻土区域、无人区、荒漠区难以满足挖掘机进场或者冻土硬度较大，难以达到埋设深度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统及其安装方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过定位杆和定位钢丝能够达到所需的埋设深度，有效解决了包气带土壤冻结过于坚硬或监测深度较深等各种不满足监测探头侧插施工的技术难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统，包括水平布置于监测孔顶部的定位杆，监测孔是由履带式XY
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3X深孔取芯取样钻机钻探而成，其具有移动方便、对地形适应性好、成孔稳定等特点，其成孔孔径150mm，适合监测探头和定位钢丝进入；所述定位杆与设置于所述监测孔内的定位钢丝顶部固定连接，所述定位钢丝底部设有重量能够调节的配重锤；所述定位钢丝上依次梯度安装有多个监测探头，监测探头布置形式为上密下疏结构，多个监测探头垂向间距也可根据监测层位要求进行调整，监测探头可测量土壤体积含水率、土壤温度参数；多个所述监测探头分别连接到数据采集及传输机箱内，所述数据采集及传输机箱电连接有蓄电池，所述蓄电池电连接有太阳能板。
[0007]可选的，所述定位杆采用空心镀锌管，所述定位杆水平埋设于所述监测孔顶部的地表，且与地面齐平，所述定位钢丝顶部通过钢丝卡扣固定在所述定位杆中心位置处。
[0008]可选的，所述定位钢丝外包裹有耐腐蚀、防冻的橡胶层，所述定位钢丝上依次设置有多个卡扣及扎带，所述监测探头通过所述卡扣及扎带与所述定位钢丝固定连接。
[0009]可选的，所述数据采集及传输机箱内置有数据采集器、供电端子和多个接线柱，所述数据采集及传输机箱内还设有北斗传输/4G传输装置。
[0010]可选的，所述数据采集及传输机箱固定于立杆上，所述立杆底部通过水泥基础固定设置于监测孔一侧，所述太阳能板铰接于所述立杆顶部。
[0011]可选的，所述蓄电池采用密封包裹于地埋箱内的铅蓄电池，所述地埋箱埋设于所述水泥基础一侧。
[0012]可选的，多个所述监测探头的探头通讯线分别与所述数据采集器连接，所述监测探头和数据采集器的电源线分别与所述供电端子对应的接口连接；多个所述接线柱分别与数据采集器的总通讯线接口、供电端子总输出正负极、蓄电池正负极、太阳能板正负极以及北斗传输/4G传输装置的北斗/4G信号线连接。
[0013]本专利技术还提供一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统的安装方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一，按照监测深度要求选取定位钢丝，通过钢丝卡扣将定位钢丝顶端固定在定位杆中心位置；选取与定位钢丝同长度的钢卷尺，将有零刻度线一端固定在定位杆与定位钢丝交叉处；中间每间隔0.5m用轧带将定位钢丝和钢卷尺固定连接；
[0015]步骤二，根据拟设监测层位要求，将监测探头粘贴序号标签，之后由定位钢丝底端向顶端方向开始逐个安装，对照钢卷尺刻度，通过定位卡扣将监测探头与定位钢丝固定连接；
[0016]步骤三，采用橡胶层将监测探头、钢卷尺、定位钢丝、固定卡扣进行包裹，用电热烤灯进行烘烤，使其形成集成线缆；同时，将每个监测探头线缆超出定位杆部分橡胶层包裹，电热烤灯进行烘烤，使其形成集成线缆；监测探头的监测探针裸露在集成线缆外部；
[0017]步骤四，根据监测深度和监测探头数量选择配重锤，用钢丝卡扣将配重锤固定在定位钢丝末端；
[0018]步骤五，对应标签序号，将监测探头与数据采集器连接，同时将数据采集及传输机箱内部各接口对应连接；
[0019]步骤六，将各接线柱与继电器、低功耗测控终端、电源控制开关相连；
[0020]步骤七，预埋水泥基础，将立杆与水泥基础固定安装，将数据采集及传输机箱安装在立杆上，将北斗/4G天线固定在立杆顶端，将太阳能板安装在在立杆上部，将蓄电池装进地埋箱，然后将地埋箱埋在水泥基础旁边。
[0021]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0022]本专利技术通过定位杆和定位钢丝有效解决了包气带土壤冻结过于坚硬或监测深度较深等各种不满足监测探头侧插施工的技术难题，同时具备实时采集传输功能，是一种高效便捷的高寒冻土区包气带水土实时监测系统。该监测装置可将监测探头精确固定在拟设层位，且可满足自动连续工作，实时监测包气带土壤温湿度变化规律，提高了数据采集的精确性和完整性。本监测装置具有所需安装孔位小即可将监测探头精确定位的优势，从而突破了冻土区人工开挖难度大、挖掘机施工作业成本高昂的侧插技术方法。同时该装置具有远程实时传输、自动化程度高的特点，减少了人工定期到现场收集数据的人力物力成本。高精度、高频率、可远程控制的实时监测更加有利于收集高寒高海拔冻土区长序列监测数据。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术高寒冻土区包气带水土实时监测系统布置示意图；
[0025]图2为本专利技术数据采集及传输机箱示意图；
[0026]图3为本专利技术供电端子示意图；
[0027]图4为本专利技术定位杆、定位钢丝、配重锤以及监测探头布置连接示意图；
[0028]附图标记说明：1
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监测孔，2
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定位杆，3
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定位钢丝，4
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配重锤，5
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监测探头，6
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数据采集及传输机箱，7
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蓄电池，8
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太阳能板，9
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电源控制开关，10
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指示灯，11
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低功耗测控终端，12
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供电端子，13
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：包括水平布置于监测孔顶部的定位杆，所述定位杆与设置于所述监测孔内的定位钢丝顶部固定连接，所述定位钢丝底部设有重量能够调节的配重锤；所述定位钢丝上安装有多个监测探头，多个所述监测探头分别连接到数据采集及传输机箱内，所述数据采集及传输机箱电连接有蓄电池，所述蓄电池电连接有太阳能板。2.根据权利要求1所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：所述定位杆采用空心镀锌管，所述定位杆水平埋设于所述监测孔顶部的地表，且与地面齐平，所述定位钢丝顶部通过钢丝卡扣固定在所述定位杆中心位置处。3.根据权利要求1所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：所述定位钢丝外包裹有耐腐蚀、防冻的橡胶层，所述定位钢丝上依次设置有多个卡扣及扎带，所述监测探头通过所述卡扣及扎带与所述定位钢丝固定连接。4.根据权利要求1所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：所述数据采集及传输机箱内置有数据采集器、供电端子和多个接线柱，所述数据采集及传输机箱内还设有北斗传输/4G传输装置。5.根据权利要求1所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：所述数据采集及传输机箱固定于立杆上，所述立杆底部通过水泥基础固定设置于监测孔一侧，所述太阳能板铰接于所述立杆顶部。6.根据权利要求5所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：所述蓄电池采用密封包裹于地埋箱内的铅蓄电池，所述地埋箱埋设于所述水泥基础一侧。7.根据权利要求4所述的高寒冻土区包气带水土实时监测系统，其特征在于：多个所述监测探头的探头通讯线分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：李备，刘景涛，张玉玺，向小平，解飞，周冰，朱亮，陈玺，张美慧，石万鹏，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
国别省市：