【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境污染监测，尤其涉及一种城乡面源污染自动监测装置与方法。
技术介绍
1、截至2023年，我国城镇化率突破65％，随着我国城市化进程的不断加速，城市水资源及水环境问题也日益显著。2022年2月，生态环境部印发了《关于开展汛期污染强度分析推动解决突出水环境问题的通知》，明确指出在全国水环境质量明显改善的大背景下，部分地区城乡面源污染逐步上升为制约水环境持续改善的主要矛盾，一些地方旱季“藏污纳垢”、雨季“零存整取”等问题突出。同年11月，生态环境部公布了2022年1-9月全国水生态环境形势，也指出部分地区城乡面源污染防治亟待加强，个别城市治理完成的黑臭水体出现反弹。可以看出，城乡面源污染是我国水生态环境治理工作中存在的重要问题。
2、城乡面源污染是指城乡区域受降水过程驱动伴随产生的地表径流污染。随着城乡点源污染逐渐被控制，城乡面源污染的危害性逐渐被凸显出来，相关部门对于城乡面源污染治理工作投入了大量的人力和物力。其中，城乡面源污染的水量水质监测工作是所有研究工作的前提和基础，通过现场监测摸清降水过程中面源污染的水量水质变化特征，有助于开展有针对性的开展污染治理工作。相比于自然流域中水量和污染物在河道内输移，城乡区域受马路行洪和坡面汇流的影响，地表径流无固定的排水通道，一般随地形坡降呈漫流态势并表现出浅水位特征，这种特征造成了城乡面源污染监测存在以下几个技术难点：一是地表径流收集难，一般常用的泵吸式和截流式收集方式，受城乡区域地表径流浅水位的影响，泵吸式的吸盘和截留式的挡板不能被水位完全淹没，很难有效收集地表
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提出一种城乡面源污染自动监测装置与方法，以解决上述技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术公开一种城乡面源污染自动监测装置，所述装置包括感应机构与测量机构，所述感应机构包括设置在待监测区域地表处的地表径流汇集网格，所述地表径流汇集网格四周设置有移动滑轨，所述地表径流汇集网格四周还设置有多个进水孔洞，所述地表径流汇集网格中设置有网格出口开关，所述网格出口开关的启闭由电磁感应开关控制，所述电磁感应开关设置在与待监测区域地表相对应的地下空间中，所述电磁感应开关的一端与所述地表径流汇集网格固定连接，地表径流收集网格内无地表径流时，电磁感应开关处于断开状态，地表径流收集网格内的地表径流重量达到预设阈值后，电磁感应开关闭合进而开启网格出口开关，测量机构开始工作；在所述地表径流汇集网格底部四角处均竖直设置有复位弹簧，用于使地表径流收集网格复位。
4、所述测量机构包括设置在地下空间底部的杠杆平衡支撑体，所述杠杆平衡支撑体上转动连接有杠杆平衡木，所述杠杆平衡木的一端固定设置有配重体，另一端固定设置有地表径流收集筒，所述配重体的重量与所述地表径流收集筒为满水量时的重量一致，所述地表径流收集筒设置在网格出口开关的下方，确保网格出口开关开启时地表径流可以流入地表径流收集筒，所述地表径流收集筒的底部设置有双侧单向开关，所述地表径流收集筒的下方依次设置有压力感应计时器与地表径流导出管，压力感应计时器的高度与杠杆平衡木达到平衡状态时高度一致，用于记录地表径流收集筒蓄满水量的时间，地表径流导出管的入管口位置与双侧单向开关位置相对应，用于导出地表径流，地表径流导出管出管口一端连接有雨水管网，在地表径流导出管一侧竖直悬挂有水质监测传感器，水质监测传感器与地表径流导出管相连通，水质监测传感器的感应端位于地表径流导出管内，以监测地表径流水质。
5、进一步的是，所述电磁感应开关包括感应线圈和感应开关，所述感应线圈与所述地表径流汇集网格底部固定连接，所述感应开关固定设置在地下空间底壁处，感应线圈与感应开关之间的间距根据预设阈值设置。
6、进一步的是，所述地表径流汇集网格的材质为亚克力板，面积为1m×1m，高度不超过10cm；
7、进一步的是，所述移动滑轨为钢珠滑轨。
8、进一步的是，所述网格出口开关为带转轴的合页式开关。
9、进一步的是，所述杠杆平衡木与所述杠杆平衡支撑体均为不锈钢材质；所述杠杆平衡支撑体为四角支撑结构。
10、进一步的是，所述配重体为铅块；所述地表径流收集筒为pvc材质，所述地表径流收集筒呈上宽下窄锥型，所述地表径流收集筒容量不大于500ml。
11、进一步的是，所述地表径流导出管为pvc硬质管，所述地表径流导出管的入管口为上宽下窄的喇叭口，入管口的位置与双侧单向开关相对应，当杠杆平衡木达到平衡状态时，地表径流导出管依靠顶托力触发双侧单项开关，地表径流导出管的入管口伸入地表径流收集筒内部且高于收集桶底部的双侧单向开关，收集的地表径流通过地表径流导出管流出。
12、本专利技术还公开一种使用上述装置的城乡面源污染监测方法，所述方法包括以下步骤：
13、步骤1、收集地表径流：在待监测区域的汇水区低洼地表处布设地表径流汇集网格，通过地表径流汇集网格四周的进水孔洞对地表径流进行收集；
14、步骤2、开始测量：通过计算确定地表径流重量的预设阈值，并根据预设阈值设置电磁感应开关，当收集的地表径流重量达到预设阈值时，电磁感应开关闭合进而开启网格出口开关，测量机构开始工作；
15、地表径流重量阈值的计算公式为：
16、g＝α·n·p·s·ρ·g (1)
17、式中，g为待监测区域地表径流重量阈值，kg；α为待监测区域地表径流感知系数，取值10％～20％，当降水前期干燥天数大于10天时，取值20％，当降水前期干燥天数小于3天时，取值10％，当降水前期干燥天数为3～10天之间时，通过线性插值对α取值；n为地表径流系数，无量纲；p为待监测区域多年平均降水量，mm；s为地表径流收集网格的面积；ρ为水的密度，取值为1000kg/m3；g为重力加速度，取值为9.8n/kg；
18、步骤3、计算地表径流流量：电磁感应开关闭合时，开启网格出口开关，地表径流开始流入地表径流收集筒，此时同步向压力感应计时器发送信号，压力感应计时器记录开始工作时间，当地表径流收集筒蓄满水量时，杠杆平衡木达到平衡状态，触碰压力感应计时器，此时压力感应计时器再次记录时间，两个时间之差则为地表径流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述装置包括感应机构与测量机构，所述感应机构包括设置在待监测区域地表处的地表径流汇集网格，所述地表径流汇集网格四周设置有移动滑轨，所述地表径流汇集网格四周还设置有多个进水孔洞，所述地表径流汇集网格中设置有网格出口开关，所述网格出口开关的启闭由电磁感应开关控制，所述电磁感应开关设置在与待监测区域地表相对应的地下空间中，所述电磁感应开关的一端与所述地表径流汇集网格固定连接，地表径流收集网格内无地表径流时，电磁感应开关处于断开状态，地表径流收集网格内的地表径流重量达到预设阈值后，电磁感应开关闭合进而开启网格出口开关，测量机构开始工作；在所述地表径流汇集网格底部四角处均竖直设置有复位弹簧，用于使地表径流收集网格复位。
2.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述电磁感应开关包括感应线圈和感应开关，所述感应线圈与所述地表径流汇集网格底部固定连接，所述感应开关固定设置在地下空间底壁处，感应线圈与感应开关之间的间距根据预设阈值设置。
3.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述移动滑轨为钢珠滑轨。
5.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述网格出口开关为带转轴的合页式开关。
6.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述杠杆平衡木与所述杠杆平衡支撑体均为不锈钢材质；所述杠杆平衡支撑体为四角支撑结构。
7.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述配重体为铅块；所述地表径流收集筒为PVC材质，所述地表径流收集筒呈上宽下窄锥型，所述地表径流收集筒容量不大于500ml。
8.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述地表径流导出管为PVC硬质管，所述地表径流导出管的入管口为上宽下窄的喇叭口，入管口的位置与双侧单向开关相对应，当杠杆平衡木达到平衡状态时，地表径流导出管依靠顶托力触发双侧单项开关，地表径流导出管的入管口伸入地表径流收集筒内部且高于收集桶底部的双侧单向开关，收集的地表径流通过地表径流导出管流出。
9.一种使用权利要求1所述装置的城乡面源污染监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种城乡面源污染监测方法，其特征在于，水质监测传感器的感应端采用光萃取和电阻法相结合的探头，监测的水质指标包括水温、溶解氧、电导率、氧化还原电位、浊度、氨氮和化学需氧量。
...【技术特征摘要】
1.一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述装置包括感应机构与测量机构，所述感应机构包括设置在待监测区域地表处的地表径流汇集网格，所述地表径流汇集网格四周设置有移动滑轨，所述地表径流汇集网格四周还设置有多个进水孔洞，所述地表径流汇集网格中设置有网格出口开关，所述网格出口开关的启闭由电磁感应开关控制，所述电磁感应开关设置在与待监测区域地表相对应的地下空间中，所述电磁感应开关的一端与所述地表径流汇集网格固定连接，地表径流收集网格内无地表径流时，电磁感应开关处于断开状态，地表径流收集网格内的地表径流重量达到预设阈值后，电磁感应开关闭合进而开启网格出口开关，测量机构开始工作；在所述地表径流汇集网格底部四角处均竖直设置有复位弹簧，用于使地表径流收集网格复位。
2.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述电磁感应开关包括感应线圈和感应开关，所述感应线圈与所述地表径流汇集网格底部固定连接，所述感应开关固定设置在地下空间底壁处，感应线圈与感应开关之间的间距根据预设阈值设置。
3.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述地表径流汇集网格的材质为亚克力板，面积为1m×1m，高度不超过10cm。
4.根据权利要求1所述的一种城乡面源污染自动监测装置，其特征在于，所述移动滑轨为钢珠滑轨。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学凯，刘晓波，王若男，董飞，郑豪盈，任俊旭，李木子，郭雪峰，黄爱平，司源，王威浩，马冰，谢兵波，王伟杰，张剑楠，李今今，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
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