【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生态环境监测，尤其涉及分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置与方法。
技术介绍
1、水文过程是影响湿地系统发育进而植被演替的决定性因素。在全球气候变化条件下，地表水与地下水径流过程都将产生不同程度的响应。此情境下，探明湿地植被水分利用来源分布是研究湿地生态系统对未来水文过程变化响应机制的关键。然而，相较于地表水体监测，地下水的水文要素监测难度更大，导致关于地下水对湿地植被的支撑作用的研究较少。受常规原位监测地下水水文要素的手段方法与装置的限制，使得地下水补给量变化与湿地植被生长动态数据在时间与空间上的连续监测难以实现。
2、目前关于地下水与湿地植被生长关系的研究以植被氢氧同位素技术为主，原位监测方法较为缺乏。植被氢氧同位素技术精度较高，但数据获取时间长，不利于长时间连续监测。此外，面对包含不同植物类型的研究区域或样方，采用植被氢氧同位素技术需要密集采样；针对湿地植被生长状态的监测，同样需要人工测量，两项工作都需要大量的时间和人力，且人工监测易受主观判断影响，难以量化。针对上述技术问题，本专利技术提出了一种可长时间序列监测湿地地表地下水文要素与湿地植被生长状态数据的原位试验装置与方法，以进一步分析地下水与湿地植被生长关系。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置与方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、分析地下水与湿地植被生长关系
4、探棒，位于湿地植被根系层以下，用于收集地表水-地下水交换数据；
5、自动水位计，位于研究区域或样方中心，用于监测研究区域或样方的水位变化量；
6、插销和固定底座；
7、控制终端，位于研究区域或样方边上，所述控制终端包括供电模块、数据存储模块、无人机起飞回收维护装置和装置存储部，控制终端通过插销固定在固定底座上；
8、数据传输线，所述探棒和自动水位计均通过数据传输线与控制终端连接；
9、无人机，所述无人机搭载高光谱成像仪并采用垂直起降固定翼；
10、所述探棒分为主管和探棒锥尖两部分，主管分为上管、中管和下管三部分；所述主管的顶部螺纹连接有上盖，主管的底部螺纹连接有探棒锥尖，主管内嵌空心管；在上管和下管部分，主管壁和空心管管壁分别均匀布设孔洞，且在主管内壁对应孔洞处嵌有一层砂网；主管和空心管之间装填有砂砾；上管和下管部分的空心管处均设有传感器；中管外壁不透水，中管在内部通过空心管与上管和下管连通，中管部分的空心管处设置有电磁流量计，电磁流量计用于实时记录发生水力交换的地表水和地下水的水流方向和通量；
11、所述自动水位计分为主体和自动水位计锥尖两部分，主体部分包括水位传感器与自动水位计外壁，自动水位计外壁标注有水位刻度线，自动水位计外壁靠近起始刻度处沿外壁周长设有30cm高度均匀布设的孔洞，且在主体内壁对应孔洞处嵌有一层砂网，砂网与水位传感器中间装填有砂砾；自动水位计顶端设有斜向下的通气孔。
12、进一步的，同研究区域或样方内若干所述探棒的电磁流量计位于同一水平面。
13、进一步的，所述自动水位计外壁的起始刻度与电磁流量计位于同一水平面。
14、进一步的，所述传感器和电磁流量计均与数据传输线的一端连接，数据传输线的另一端与控制终端连接。
15、进一步的，所述探棒的主管直径为5cm，空心管的直径为2cm。
16、进一步的，所述自动水位计的主体长度为2m，自动水位计锥尖的长度为0.3m。
17、分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验方法，包括以下步骤：
18、步骤1、准备阶段：根据实际环境和监测目的，设计探棒、自动水位计的数量和位置，以及无人机的飞行路线；组装控制终端，并将控制终端固定在固定底座上；
19、步骤2、安装探棒：向探棒内填砂，填砂完毕后，连接好数据传输线，并测试探棒的数据记录功能；将探棒缓慢插入土壤中，确保所有探棒的电磁流量计在同一水平面上；插入后静置一段时间，待水流稳定后打开开关开始测量；地表水和地下水分别透过管壁进入空心管中，此时两侧的传感器对地表水和地下水的压力和温度进行监测；地表水和地下水在空心管中的双向循环被电磁流量计记录下来；
20、步骤3、安装自动水位计：向自动水位计内填砂，填砂完毕后，测试自动水位计的数据记录准确性并进行校正；将自动水位计缓慢插入土壤中，确保起始刻度与探棒的电磁流量计在同一水平面上；静置一段时间，待水流稳定后打开开关开始测量；自动水位计连续监测研究区域或样方的水位变化量；
21、步骤4、无人机设置：在到达现场前根据踏勘结果规划无人机飞行路线和遥感影像范围；到达现场后进行人工试飞，调试设置参数及飞行路线；确保无人机可在无人机起飞回收维护装置自动起飞、降落、充电及数据传输；
22、步骤5、系统测试：测试所有装置是否能正常工作以及数据能否正常收集传输；确认无误后，开始原位监测；
23、步骤6、数据收集与分析：实时连续地监测地表水-地下水转化关系及通量，监测信号和数据通过数据传输线传入至控制终端进行分析处理并生成监测数据，数据最终存储在数据存储模块中或发送至远程的用户端。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
25、1、本专利技术设置了位于湿地植被根系层以下用于收集地表水-地下水交换数据的若干探棒，可连续监测湿地地表水-地下水转化关系并定量计算地下水对湿地植被根系层的补给量。
26、2、本专利技术设置了位于研究区域或样方中心的自动水位计，可连续监测研究区域或样方的水位变化量，自动水位计外壁和斜向下的通气孔设计，可防止降水、杂物包裹、野生动物溅水等情况导致的水位波动误差和损坏。
27、3、本专利技术通过搭载高光谱成像仪无人机，获取长时间序列研究区域或样方内湿地植被遥感影像，以准确反演表征湿地植被生理状态的植被指数与植被生态物理参数。
28、4、本专利技术提供了原位试验装置与方法，相对于仅采用植被氢氧同位素技术的传统监测方法，更加智能、经济，减少时间和人力的投入，实现了自动化数据采集。
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1.分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，同研究区域或样方内若干所述探棒的电磁流量计位于同一水平面。
3.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述自动水位计外壁的起始刻度与电磁流量计位于同一水平面。
4.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述传感器和电磁流量计均与数据传输线的一端连接，数据传输线的另一端与控制终端连接。
5.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述探棒的主管直径为5cm，空心管的直径为2cm。
6.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述自动水位计的主体长度为2m，自动水位计锥尖的长度为0.3m。
7.分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，同研究区域或样方内若干所述探棒的电磁流量计位于同一水平面。
3.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述自动水位计外壁的起始刻度与电磁流量计位于同一水平面。
4.根据权利要求1所述的分析地下水与湿地植被生长关系的原位试验装置，其特征在于，所述传...
【专利技术属性】
技术研发人员：方永军，李孜涵，王浩民，秦紫东，郭辉，杜新强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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