一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统和方法，包括：取样子系统、样品存储子系统、控制子系统、电源子系统，清理子系统；取样子系统包括：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，取样桶通过自动解锁机构与环形取样履带连接。并记录取样次数，同时按设定间隔或随机选择抽取取样桶进行储存，以便之后的研究，整个过程实现完全无人化的自动取样和自动抽样，经过对取样次数的计量可以精确的计算出土槽径流泥沙量，实现对土槽中径流泥沙过程的完全自动化取样和存储样品，大大减少了人员工作量，节约了人力和实验成本。

【技术实现步骤摘要】
一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统和方法
本专利技术涉及一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统和方法，是一种水文实验的系统和方法，是一种用于泥土坡面的水沙自动计量的系统和方法。
技术介绍
水土流失过程观测实验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研究、设计工作中获取参数的重要实验手段。实验通常是在人工降雨区域中设置一个倾斜的土槽，土槽中填埋土壤，这些土壤来自于被研究区域，土槽的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。即在土槽的出水口位置布设取样桶，通过人工间隔一定时间取一次水样并记录取样时间，计算水量和径流泥沙过程。这种传统取样方式采取人工取样，这需要大量的人工和反复重复的动作，实验操作、计时等会出现较大误差，但在实际中，人工换桶往往不能十分准确的把握接水的准确性。尽管可以采用多个土槽同时实验的方式，同时取多个水样，再进行平均处理，以减小实验的误差，但这样做就会增加实验的成本。如何提高实验的精度，并且将科研人员从繁复的取样工作中解放出来，提高工作效率，是一个需要解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统和方法。所述的系统和方法通过自动化取样和保存，实现了无需人力干涉的取样和计量，提高测量精度并节省了人力。本专利技术的目的是这样实现的：一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统，包括：取样子系统、样品存储子系统、控制子系统、清理子系统；所述的取样子系统包括：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土槽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取样桶取样时间的计时器和一场降雨取样次数的计次器；所述的样品存储子系统为设有蛇形轨道的样品存储区，所述的蛇形轨道起点设在一个取样桶的停止位上，所述的蛇形轨道起点设有环形存储履带。进一步的，所述的取样桶为上部为倒圆台，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，所述的取样桶的圆台部分设有与轨道相配合的凹弧形卡固槽。进一步的，所述的清理子系统包括：设置在一个取样桶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：与供水管道连接的冲洗泵管，所述的冲洗泵与能够自动伸缩的喷头连接。一种使用上述系统的室内土槽试验径流泥沙连续取样保存的方法，所述的方法的步骤如下：启动自动控制子系统的步骤：开启人工降雨时，同时开启自动控制子系统；取样的步骤：土槽产生径流时，径流经过取样口流入第一个取样桶，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；选择存储水样的步骤：根据观测需求依据设定间隔或者随机抽取取样桶送入存储器存储；清洗的步骤：没有被选中存储的取样桶沿环形取样履带进入清洗区，打开取样桶底部活门，放出取样桶中的水和泥沙，可开合震动环夹住取样桶并震动，开启冲洗泵，喷头伸出对取样桶进行清洗，清洗后取样桶随环形取样履带继续前行，准备下一次取样；实验结束的步骤：关闭人工降雨后，控制子系统收到降雨停止的信号，控制子系统根据径流状况适时停止运行，进入待机，如果继续进行实验则再次进入工作状态，如果停止实验则进入关闭状态。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过设置循环使用的取样桶，取样桶通过环形取样履带不断的对土槽中所产生的径流进行取样，并记录取样次数，同时按设定间隔或随机选择抽取取样桶进行储存，以便之后的研究，整个过程实现完全无人化的自动取样和自动抽样，经过对取样次数的计量可以精确的计算出土槽径流泥沙量，实现对土槽中径流泥沙过程的完全自动化取样和存储样品，大大减少了人员工作量，节约了人力和实验成本。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的蛇形轨道的结构示意图；图4是本专利技术实施例二所述的取样桶的结构示意图；图5是本专利技术实施例三所述的带凹弧的取样桶结构示意图；图6是本专利技术实施例五所述的清洗子系统结构示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统，如图1、2、3所示。本实施例包括：取样子系统1、样品存储子系统2、控制子系统3、清洗子系统4，见图1。所述的取样子系统包括：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土槽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取样桶取样时间的计时器和一场降雨取样次数的计次器；所述的样品存储子系统为设有蛇形轨道201（如图3所示）的样品存储区202，所述的蛇形轨道起点设在一个取样桶的停止位上，所述的蛇形轨道起点设有存储环形履带203。本实施例所述的土槽是一种倾斜的槽体，槽体中填埋了实验用的土壤，形成带有坡面的土壤实验区。倾斜槽体的上端设置产生水流的机构，以使水流从坡顶流下来，形成水流对坡面土壤的模拟冲刷。也可以不设置产生水流的机构，而是使用人工降雨的方式，产生径流，模拟雨水对土壤坡面的作用。槽体的下端设置接收径流的结构，将所有在坡面上人工降雨的雨水都要收集在一起，通过管道输出。本实施例则是将这些收集的人工降雨的雨水，包括坡面产生的径流和直接降下的雨水，一起计量，得到坡面径流和侵蚀泥沙过程的数据。本实施例所述的取样子系统是一套接水和计量径流量的机构，这套机构的主体是一条环形取样履带，有多个取样桶，各个取样桶当上口密集并排排列，一个接一个，以便能够将取样口流出的水流完全收集，尽量不洒出取样桶之外。环形取样履带由步进电机带动旋转，能够产生间歇的运动，当一个取样桶被径流装满后，步进电机带动环形取样履带运动一段，将另一个取样桶放在出水下方，继续收集取样，环形取样履带不断的间歇运动，带动一个个取样桶不断的在出水口下面接水，形成计量水量和泥沙的功能。环形取样履带上设有卡钩，卡钩与取样桶上的卡固环结合，形成环形取样履带与取样桶的连接机构。取样桶需要与环形取样履带脱离时，可以采用环形取样履带下降，取样桶被托起，卡钩与卡固环脱离，取样桶和环形取样履带脱离。取样口上可以设置水位计，计量取样桶中水位的高度，达到一定的高度后，水位计即通知控制子系统，控制子系统则控制环形取样履带运动，使正在接水的取样桶移开，换一个空取样桶继续接水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统，其特征在于，包括：取样子系统、样品存储子系统、控制子系统、清理子系统；所述的取样子系统包括：多个环绕在根据取水状况而间歇转动的取样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取样环形取样履带连接；所述的取样子系统还设有与土槽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取样环形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；所述的样品存储子系统为设有蛇形轨道的样品存储区，所述的蛇形轨道起点设在一个取样桶的停止位上，所述的蛇形轨道起点设有环形存储履带。

【技术特征摘要】
1.一种室内土槽试验径流泥沙连续取样保存系统，其特征在于，包括：取样子系统、样品存储子系统、控制子系统、清理子系统；所述的取样子系统包括：多个环绕在根据取水状况而间歇转动的取样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取样环形取样履带连接；所述的取样子系统还设有与土槽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取样环形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；所述的样品存储子系统为设有蛇形轨道的样品存储区，所述的蛇形轨道起点设在一个取样桶的停止位上，所述的蛇形轨道起点设有环形存储履带。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的取样桶为上部为倒圆台，下部为圆柱形，底部设有活门，圆柱部分至少设有两个卡固环。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的取样桶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所述系统，其特征在于，所述的清理子系统包括：设置在一个取样桶停止位上的可开合震动环和自动冲洗器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的自动清洗器包括：与供水管道连接的冲洗泵管，所述的冲洗泵与能够自动伸缩的喷头连接。6.一种使用权利要求5所述系统的室内土槽试验径流泥沙连续取样保存方法，其特征在于，所述的方法的步骤如下：启动自动控制子系统的步骤：开启...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，秦昌波，卲薇薇，赵勇，王浩，王英，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，环境保护部环境规划院，
类型：发明
国别省市：北京,11