一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，包括：地表径流监测装置、土壤层壤中流监测装置和破碎岩层壤中流监测装置；所述地表径流监测装置与土壤层壤中流监测装置固定连接；所述土壤层壤中流监测装置与破碎岩层壤中流监测装置固定连接；本系统解决了现有设备中没有一个完备的适用于山坡，能同时实时捕捉和观测到坡面径流和不同深度处壤中流的设备的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统
本专利技术属于水利工程领域，具体涉及一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统。
技术介绍
山区是重要的水资源涵养区，其面积约占全球陆地面积的1/5，探索和认识山坡水文过程对流域水资源可持续科学发展具有重要意义。目前山坡水文过程研究的手段主要有理论分析、室内及野外实验与观测和数值模拟。随着观测技术的进步和水文过程研究的深入，为真实反映山坡水文物理过程以及构建模型，需要山坡尺度更精细的观测和更全面的水文物理过程监测。壤中流与地表径流、地下径流一起构成流域的径流过程，在流域径流产生过程中具有相当重要的作用。壤中流的分布和产生受到降雨强度、坡度、土地利用方式、土层厚度等的影响，并对流域径流形成、土壤养分流失和土壤侵蚀等产生重要影响。并且地表径流和壤中流的产生，都具有阈值效应，在大部分降雨条件下产流量都较小。之前对壤中流的研究大多都假设地下暴雨径流主要发生在土层中，而近年现场观测表明，基岩裂隙中的水流在径流形成过程中也起重要作用。从目前的实验进展来看，还没有一个完备的适用于山坡，能同时实时捕捉和观测到坡面径流和不同深度处壤中流的设备。因此，需要设计一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度实时观测系统。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统解决了现有设备中没有一个完备的适用于山坡，能同时捕捉和观测到坡面径流和不同深度处壤中流的设备的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，包括：地表径流监测装置、土壤层壤中流监测装置和破碎岩层壤中流监测装置；所述地表径流监测装置与土壤层壤中流监测装置固定连接；所述土壤层壤中流监测装置与破碎岩层壤中流监测装置固定连接。进一步地：地表径流监测装置包括：地表水导水槽、地表小流量引水管、地表双翻斗流量计、地表大流量引水管、地表径流集水池、地表径流测井和地表测流水箱子系统；所述地表小流量引水管的一端与地表水导水槽固定连接，其另一端与地表双翻斗流量计固定连接；所述地表双翻斗流量计中的水通过管道导入地表径流集水池；所述地表大流量引水管一端与地表水导水槽固定连接，其另一端伸入地表径流集水池中；所述地表径流集水池的墙体中设置有地表径流测井；所述地表径流集水池中的水通过集水池集水槽引入地表测流水箱子系统中。进一步地：土壤层壤中流监测装置包括：土壤层过滤装置、土壤水导水槽、土壤层小流量引水管、土壤层双翻斗流量计、土壤层大流量引水管、土壤层壤中流集水池、土壤层壤中流测井和土壤层测流水箱子系统；所述土壤层过滤装置位于土壤层中；所述土壤水导水槽位于土壤层过滤装置的下方；所述土壤层小流量引水管的一端与土壤水导水槽固定连接，其另一端与土壤层双翻斗流量计固定连接；所述土壤层双翻斗流量计中的水通过管道引入土壤层壤中流集水池中；所述土壤层大流量引水管的一端与土壤水导水槽固定连接，其另一端伸入土壤层壤中流集水池；所述土壤层壤中流测井放置在土壤层壤中流集水池的墙体中；所述土壤层壤中流集水池中的水通过集水池集水槽引入土壤层测流水箱子系统。进一步地：破碎岩层壤中流监测装置包括：破碎岩层过滤装置、破碎岩层壤中流集水池、破碎岩层壤中流测井和破碎岩层测流水箱子系统；所述破碎岩层过滤装置位于破碎岩层壤中流集水池的背面；所述破碎岩层过滤装置一端与土壤水导水槽的底部固定，另一端延伸至破碎岩层壤中流集水池所在地面；所述破碎岩层壤中流测井放置在破碎岩层壤中流集水池的墙体中；所述破碎岩层壤中流集水池中的水通过集水池集水槽引入破碎岩层测流水箱子系统中。进一步地：地表径流集水池通过堰墙与破碎岩层壤中流集水池固定连接；所述破碎岩层壤中流集水池通过堰墙与土壤层壤中流集水池固定连接。进一步地：土壤层过滤装置和破碎岩层过滤装置结构均相同，均包括：第一卵石层、带孔钢板层、第二卵石层和带孔混泥土过流层；所述第一卵石层铺在带孔钢板层的前方；所述第二卵石层铺在带孔钢板层的后方和带孔混泥土过流层之间；所述土壤层过滤装置中的带孔混泥土过流层位于土壤水导水槽的前方，并与土壤水导水槽所在的墙体固定连接；所述破碎岩层过滤装置中的带孔混泥土过流层位于地表径流集水池、破碎岩层壤中流集水池和土壤层壤中流集水池的堰体后方。进一步地：地表测流水箱子系统、土壤层测流水箱子系统和破碎岩层测流水箱子系统结构相同，均包括：水箱、水箱出口、第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器和电磁阀；所述第一液位传感器设置于水箱的下底面；所述水箱出口位于水箱靠近底部的侧面上；所述第二液位传感器位于水箱中上部的侧面上；所述第三液位传感器位于水箱中下部的侧面上，并位于水箱出口的上方；所述水箱出口通过法兰螺母与电磁阀的进水口固定连接；所述电磁阀的出水口与涡轮流量传感器的进水口连接。进一步地：地表测流水箱子系统、土壤层测流水箱子系统和破碎岩层测流水箱子系统结构相同，还包括：电源、控制器、继电器、涡轮流量传感器模块和压力水位传感器模块；所述电源分别与控制器、继电器、涡轮流量传感器模块、压力水位传感器模块、第一液位传感器、第二液位传感器和第三液位传感器电连接；所述控制器分别与继电器、涡轮流量传感器模块、压力水位传感器模块、第一液位传感器、第二液位传感器和第三液位传感器通信连接；所述继电器与电磁阀电连接。进一步地：涡轮流量传感器模块包括：涡轮流量传感器、第一高精度电阻、第一空气开关和第一数据采集器；所述涡轮流量传感器的一端与电源的正极连接，其另一端与第一高精度电阻的一端连接；所述第一数据采集器并联在第一高精度电阻的两端上；所述第一高精度电阻的另一端与第一空气开关的一端连接；所述第一空气开关的另一端与电源的负极连接；所述第一数据采集器的信号输出端与控制器通信连接。进一步地：压力水位传感器模块包括：压力水位传感器、第二高精度电阻、第二空气开关和第二数据采集器；所述压力水位传感器的一端与电源的正极连接，其另一端与第二高精度电阻的一端连接；所述第二数据采集器并联在第二高精度电阻的两端上；所述第二高精度电阻的另一端与第二空气开关的一端连接；所述第二空气开关的另一端与电源的负极连接；所述第二数据采集器的信号输出端与控制器通信连接。本专利技术的有益效果为：一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，通过地表径流监测装置去监测地表径流量，通过土壤层壤中流监测装置监测浅层土壤壤中流径流量，通过破碎岩层壤中流监测装置监测深层土壤壤中流径流量，对每个监测装置设置测流水箱子系统，实时记录地表径流和壤中流的流量过程，有效提高径流量测量效率和精度。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，包括：地表径流监测装置、土壤层壤中流监测装置和破碎岩层壤中流监测装置；/n所述地表径流监测装置与土壤层壤中流监测装置固定连接；/n所述土壤层壤中流监测装置与破碎岩层壤中流监测装置固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，包括：地表径流监测装置、土壤层壤中流监测装置和破碎岩层壤中流监测装置；
所述地表径流监测装置与土壤层壤中流监测装置固定连接；
所述土壤层壤中流监测装置与破碎岩层壤中流监测装置固定连接。


2.根据权利要求1所述的分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，所述地表径流监测装置包括：地表水导水槽(1)、地表小流量引水管(2)、地表双翻斗流量计(3)、地表大流量引水管(4)、地表径流集水池(24)、地表径流测井(5)和地表测流水箱子系统；
所述地表小流量引水管(2)的一端与地表水导水槽(1)固定连接，其另一端与地表双翻斗流量计(3)固定连接；
所述地表双翻斗流量计(3)中的水通过管道导入地表径流集水池(24)；
所述地表大流量引水管(4)一端与地表水导水槽(1)固定连接，其另一端伸入地表径流集水池(24)中；
所述地表径流集水池(24)的墙体中设置有地表径流测井(5)；
所述地表径流集水池(24)中的水通过集水池集水槽(34)引入地表测流水箱子系统中。


3.根据权利要求2所述的分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，所述土壤层壤中流监测装置包括：土壤层过滤装置(6)、土壤水导水槽(7)、土壤层小流量引水管(8)、土壤层双翻斗流量计(9)、土壤层大流量引水管(10)、土壤层壤中流集水池(11)、土壤层壤中流测井(12)和土壤层测流水箱子系统；
所述土壤层过滤装置(6)位于土壤层中；
所述土壤水导水槽(7)位于土壤层过滤装置(6)的下方；
所述土壤层小流量引水管(8)的一端与土壤水导水槽(7)固定连接，其另一端与土壤层双翻斗流量计(9)固定连接；
所述土壤层双翻斗流量计(9)中的水通过管道引入土壤层壤中流集水池(11)中；
所述土壤层大流量引水管(10)的一端与土壤水导水槽(7)固定连接，其另一端伸入土壤层壤中流集水池(11)；
所述土壤层壤中流测井(12)放置在土壤层壤中流集水池(11)的墙体中；
所述土壤层壤中流集水池(11)中的水通过集水池集水槽(34)引入土壤层测流水箱子系统。


4.根据权利要求3所述的分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，所述破碎岩层壤中流监测装置包括：破碎岩层过滤装置(13)、破碎岩层壤中流集水池(14)、破碎岩层壤中流测井(15)和破碎岩层测流水箱子系统；
所述破碎岩层过滤装置(13)位于破碎岩层壤中流集水池(14)的背面；
所述破碎岩层过滤装置(13)一端与土壤水导水槽(7)的底部固定，另一端延伸至破碎岩层壤中流集水池(14)所在地面；
所述破碎岩层壤中流测井(15)放置在破碎岩层壤中流集水池(14)的墙体中；
所述破碎岩层壤中流集水池(14)中的水通过集水池集水槽(34)引入破碎岩层测流水箱子系统中。


5.根据权利要求4所述的分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，所述地表径流集水池(24)通过堰墙与破碎岩层壤中流集水池(14)固定连接；所述破碎岩层壤中流集水池(14)通过堰墙与土壤层壤中流集水池(11)固定连接。


6.根据权利要求5所述的分层监测山坡地表径流和壤中流的多精度观测系统，其特征在于，所述土壤层过滤装置(6)和破碎岩层...

【专利技术属性】
技术研发人员：田富强，温洁，崔珍，胡宏昌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11