本發(fā)明涉及一種室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣測量保存系統(tǒng)和方法，是一種水文實驗的系統(tǒng)和方法，是一種用于泥土坡面的水沙自動測量的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

水土流失過程觀測實驗是開展水土保持研究、水土流失治理，以及生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治等研究、設(shè)計工作中獲取參數(shù)的重要實驗手段。實驗通常是在人工降雨區(qū)域中設(shè)置一個傾斜的土槽，土槽中填埋土壤，這些土壤來自于被研究區(qū)域，土槽的下游中間部位設(shè)出水口。其徑流泥沙過程監(jiān)測主要采用等量分流原理進行基于次降雨過程的監(jiān)測。即在土槽的出水口位置布設(shè)取樣桶，通過人工間隔一定時間取一次水樣并記錄取樣時間，計算水量和徑流泥沙過程。這種傳統(tǒng)取樣方式采取人工取樣，這需要大量的人工和反復(fù)重復(fù)的動作，實驗操作、計時等會出現(xiàn)較大誤差，但在實際中，人工換桶往往不能十分準確的把握接水的準確性。盡管可以采用多個土槽同時實驗的方式，同時取多個水樣，再進行平均處理，以減小實驗的誤差，但這樣做就會增加實驗的成本。如何提高實驗的精度，并且將科研人員從繁復(fù)的取樣工作中解放出來，提高工作效率，是一個需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣測量保存系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)和方法通過自動化取樣和測量，實現(xiàn)了無需人力干涉的取樣和測量，提高測量精度并節(jié)省了人力。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣測量保存系統(tǒng)，包括：取樣子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)、樣品存儲子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、清理子系統(tǒng)；所述的取樣子系統(tǒng)包括：多個環(huán)繞在根據(jù)取水狀況而間歇轉(zhuǎn)動的環(huán)形取樣履帶周圍的取樣桶，所述的取樣桶通過自動解鎖機構(gòu)與環(huán)形取樣履帶連接；所述的取樣子系統(tǒng)還設(shè)有與土槽徑流出水口管道連接的取樣口，所述的取樣口對準一個取樣桶的上口并設(shè)有初測水位計，所述的初測水位計與控制子系統(tǒng)電連接，所述的控制子系統(tǒng)與帶動環(huán)形取樣履帶運行的電機連接，所述的控制子系統(tǒng)中設(shè)有計算取樣桶取樣時間的計時器和一場降雨取樣次數(shù)的計次器；所述的樣品存儲子系統(tǒng)為設(shè)有蛇形軌道的樣品存儲區(qū)，所述的蛇形軌道起點設(shè)在一個取樣桶的停止位上，所述的蛇形軌道起點設(shè)有環(huán)形存儲履帶。

進一步的，所述的取樣桶為上部為倒圓臺，下部為圓柱形，底部設(shè)有活門，圓柱部分設(shè)有至少兩個卡固環(huán)。

進一步的，所述的取樣桶的圓臺部分設(shè)有與軌道相配合的凹弧形卡固槽。

進一步的，所述的測量子系統(tǒng)包括：環(huán)形取樣履帶下落機構(gòu)和設(shè)置在環(huán)形取樣履帶一側(cè)的軌道，所述的軌道上設(shè)有復(fù)測水位計、超聲波振動器和稱重傳感器，所述的取樣桶上設(shè)有二維碼，所述的控制子系統(tǒng)中設(shè)有二維碼讀取器。

進一步的，所述的清理子系統(tǒng)包括：設(shè)置在一個取樣桶停止位上的可開合震動環(huán)和自動沖洗器。

進一步的，所述的自動清洗器包括：與供水管道連接的沖洗泵管，所述的沖洗泵與能夠自動伸縮的噴頭連接。

一種使用上述系統(tǒng)的室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣保存測量的方法，所述的方法的步驟如下：

啟動自動控制子系統(tǒng)的步驟：開啟人工降雨時，同時開啟自動控制子系統(tǒng)；

取樣的步驟：土槽產(chǎn)生徑流時，徑流經(jīng)過取樣口流入第一個取樣桶，初測水位計以至少50次/秒的頻率計量取樣桶中的水位，控制子系統(tǒng)開始記錄出水口產(chǎn)流時間計時，當取樣桶中的水位達到設(shè)定值時，控制子系統(tǒng)停止計時并驅(qū)動環(huán)形取樣履帶轉(zhuǎn)動，使下一個取樣桶進入取樣口下方，進入下一輪取樣，如此循環(huán)往復(fù)，控制子系統(tǒng)不斷的記錄取樣桶的取樣次數(shù)和出水口產(chǎn)流時間，作為計量徑流量、含沙量的依據(jù)；

精確計量的步驟：取樣桶取水后，在下一個停止位進行精確測定：首先控制子系統(tǒng)的二維碼讀取器讀取取樣桶上帶有該取樣桶重量的二維碼，同時環(huán)形取樣履帶整體下降，使取樣桶落在軌道上，軌道上的超聲波振動器對取樣水進行超聲波震動，以排除水中的空氣，并粉碎水樣中可能存在的大塊泥土，震動之后，復(fù)測水位計測定取樣桶內(nèi)水深；稱重傳感器對取樣桶稱重，去除取樣桶重量后得到精確的取樣重量；

選擇存儲水樣的步驟：對經(jīng)過精確計量后的取樣桶，根據(jù)觀測需求依據(jù)設(shè)定間隔或者隨機抽取取樣桶送入存儲器存儲；

清洗的步驟：沒有被選中存儲的取樣桶沿環(huán)形取樣履帶進入清洗區(qū)，打開取樣桶底部活門，放出取樣桶中的水和泥沙，可開合震動環(huán)夾住取樣桶并震動，開啟沖洗泵，噴頭伸出對取樣桶進行清洗，清洗后取樣桶隨環(huán)形取樣履帶繼續(xù)前行，準備下一次取樣；

實驗結(jié)束的步驟：關(guān)閉人工降雨后，控制子系統(tǒng)收到降雨停止的信號，控制子系統(tǒng)根據(jù)徑流狀況適時停止運行，進入待機，如果繼續(xù)進行實驗則再次進入工作狀態(tài)，如果停止實驗則進入關(guān)閉狀態(tài)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明通過設(shè)置循環(huán)使用的取樣桶，取樣桶通過環(huán)形取樣履帶不斷的對土槽中所產(chǎn)生的徑流進行取樣，并記錄取樣次數(shù)，同時通過測量子系統(tǒng)對各個取樣進行精確的測量，實現(xiàn)完全無人化的自動取樣和自動測量，經(jīng)過對取樣次數(shù)的精確計量以及對每個取樣桶中的水和泥沙的精確稱重，實現(xiàn)對土槽中徑流泥沙過程的完全自動化取樣和精確計量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的實施例一所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一所述取樣子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例一所述的蛇形軌道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例二所述的取樣桶的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例三所述的帶凹弧的取樣桶結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例五所述的清洗子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣測量保存系統(tǒng)，如圖1所示。本實施例包括：取樣子系統(tǒng)1、測量子系統(tǒng)2、樣品存儲子系統(tǒng)3、控制子系統(tǒng)4、清洗子系統(tǒng)5，見圖1。所述的取樣子系統(tǒng)包括：多個環(huán)繞在根據(jù)取水狀況而間歇轉(zhuǎn)動的環(huán)形取樣履帶周圍的取樣桶，所述的取樣桶通過自動解鎖機構(gòu)與環(huán)形取樣履帶連接；所述的取樣子系統(tǒng)還設(shè)有與土槽徑流出水口管道連接的取樣口101，所述的取樣口對準一個取樣桶102的上口并設(shè)有初測水位計103，所述的初測水位計與控制子系統(tǒng)電連接，所述的控制子系統(tǒng)與帶動環(huán)形取樣履帶104運行的電機連接（如圖2所示，由于做圖的限制圖2中只畫出了一個取樣桶，實際中應(yīng)當有多個取樣桶圍繞在環(huán)形取樣履帶周圍），所述的控制子系統(tǒng)中設(shè)有取樣桶取樣時間的計時器和一場降雨取樣次數(shù)的計次器；所述的樣品存儲子系統(tǒng)為設(shè)有蛇形軌道301（如圖3所示）的樣品存儲區(qū)302，所述的蛇形軌道起點設(shè)在一個取樣桶的停止位上，所述的蛇形軌道起點設(shè)有存儲環(huán)形取樣履帶303。

本實施例所述的土槽是一種傾斜的槽體，槽體中填埋了實驗用的土壤，形成帶有坡面的土壤實驗區(qū)。傾斜槽體的上端設(shè)置產(chǎn)生水流的機構(gòu)，以使水流從坡頂流下來，形成水流對坡面土壤的模擬沖刷。也可以不設(shè)置產(chǎn)生水流的機構(gòu)，而是使用人工降雨的方式，產(chǎn)生徑流，模擬雨水對土壤坡面的作用。槽體的下端設(shè)置接收徑流的結(jié)構(gòu)，將所有在坡面上的雨水都要收集在一起，通過管道輸出。本實施例則是將這些收集的雨水，包括坡面產(chǎn)生的徑流和直接降下的雨水，一起計量，得到坡面徑流的數(shù)據(jù)。

本實施例所述的取樣子系統(tǒng)是一套接水和計量徑流量的機構(gòu)，這套機構(gòu)的主體是一條環(huán)形取樣履帶，有多個取樣桶，各個取樣桶當上口密集并排排列，一個接一個，以便能夠?qū)⑷涌诹鞒龅乃魍耆占?，盡量不灑出取樣桶之外。

環(huán)形取樣履帶由步進電機帶動旋轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生間歇的運動，當一個取樣桶被徑流裝滿后，步進電機帶動環(huán)形取樣履帶運動一段，將另一個取樣桶放在出水下方，繼續(xù)收集取樣，環(huán)形取樣履帶不斷的間歇運動，帶動一個個取樣桶不斷的在出水口下面接水，形成計量水量和泥沙的功能。

環(huán)形取樣履帶上設(shè)有卡鉤，卡鉤與取樣桶上的卡固環(huán)結(jié)合，形成環(huán)形取樣履帶與取樣桶的連接機構(gòu)。取樣桶需要與環(huán)形取樣履帶脫離時，可以采用環(huán)形取樣履帶下降，取樣桶被托起，卡鉤與卡固環(huán)脫離，取樣桶和環(huán)形取樣履帶脫離。

取樣口上可以設(shè)置初測水位計，計量取樣桶中水位的高度，達到一定的高度后，初測水位計即通知控制子系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)則控制環(huán)形取樣履帶運動，使正在接水的取樣桶移開，換一個空取樣桶繼續(xù)接水。水位傳感器可以采用超聲波傳感器，或其他能夠輸出電信號的水位測量傳感器。

取樣桶的形狀為倒圓臺形和圓柱體結(jié)合。圓臺上端直徑d1，下端直徑d2，下端接h2高度的圓柱形，圓臺體部分高度h3。上端1/5位置設(shè)內(nèi)凹弧形卡固槽，下端設(shè)鉸鏈與底連接和密封，并實現(xiàn)在傳動過程中自動與環(huán)形取樣履帶的卡固和底部密封。步進電機經(jīng)傳動齒輪驅(qū)動環(huán)形取樣履帶做圓周運動。環(huán)形取樣履帶每隔50cm設(shè)取樣桶卡固槽，環(huán)形取樣履帶直段1m長，弧段為直徑1m的半圓。超聲初測水位計用于監(jiān)測取樣桶內(nèi)水面高度，由控制系統(tǒng)高頻率讀取水位數(shù)據(jù)，達到設(shè)定水位，立即控制步進電機驅(qū)動環(huán)形取樣履帶結(jié)束取樣。同時準備下一次的取樣。

取樣桶也可以是其他形狀，如圓柱形，或多邊棱柱形等。

測量子系統(tǒng)的作用是將取樣桶中的樣品進行精確的測量，測量的項目包括：樣品的重量取樣桶中的精確水位等。

其中樣品的重量應(yīng)當去掉取樣桶本身的重量，這就需要在取樣之間精確的測量取樣桶的重量，由于取樣桶是反復(fù)使用的，每次使用后內(nèi)部很難清洗的十分干凈，因此每次使用后的重量可能都不太一樣，因此，在取樣之前，應(yīng)當對空取樣桶進行稱重，取樣后，對帶有樣品的取樣桶稱重后，就要減去取樣前空取樣桶的重量。這就需要對各個取樣桶進行識別，識別的方式可以在各個取樣桶上設(shè)置二維碼，或其他標志的方式進行識別。

關(guān)于水位的測量：在取樣桶取樣時，有初測水位計對取樣桶中的水位進行監(jiān)測，一旦達到要求的水位，則停止取樣，這是初測水位。設(shè)置初測水位的目的是為了適應(yīng)不同出流流量，保證取樣的有效性：避免小流量時的取樣量不足和大流量時取樣超量。初測水位的功能其主要是控制取樣桶中的水位，不能漫過取樣桶的高度，也不能取樣量太少，否則就無法精確的測定徑流和泥沙量。但初測水位是不精確的，因為，在初測的過程是在取樣中進行的，也就是水流正在進入取樣桶，當水位計計算水位時，水位不斷變化，當水位計察覺到達預(yù)定水位時，還有一定的反應(yīng)時間，才能是取樣桶離開取樣位置，換下一個取樣桶取樣。這段反應(yīng)時間由于各種原因會有一些差距，這些差距就造成了各個取樣桶的水位并不完全一致的問題。另一個影響取樣桶中水位差異的是：在樣品中不僅僅是水還有泥沙和土塊。各個取樣桶中的泥沙和土塊影響水位，造成了各個取樣桶中的水位取樣條件的差異。因此，在精確測量水位之前最好使用超聲波震動的方式，將震碎，并將泥沙均勻化，這樣去除了各個取樣桶中的水位取樣差異，可以精確的計量水位和重量之間的關(guān)系，確定取樣的各個參數(shù)。

因此，在測量子系統(tǒng)中，需要設(shè)置取樣桶標志，如二維碼，同時要設(shè)置精確的稱重設(shè)施，以及復(fù)測水位計。

所述的初測水位計和復(fù)測水位計均可以采用超聲波水位計，或其他類似能夠產(chǎn)生電子數(shù)據(jù)信號的水位傳感器。

測量子系統(tǒng)設(shè)置在取樣桶的一個稱為測量區(qū)的停止位上：進入測量區(qū)后，導(dǎo)軌下凹、外展，方案1：下部15cm與超聲震動環(huán)卡固，進行超聲震動5秒，松開卡固環(huán)；方案2：超聲震動器進入取樣桶內(nèi)震動5秒；然后進入稱重區(qū)，稱重區(qū)的導(dǎo)軌下凹、外展，使取樣桶落在稱重平臺上，稱重平臺下設(shè)重量傳感器，記錄水樣+取樣桶重量，利用復(fù)測水位計測量并記錄取樣桶內(nèi)水樣高度。測量完畢，稱重臺前移將取樣桶送入導(dǎo)軌。

樣品存儲子系統(tǒng)的作用是存儲一些在取樣過程中隨機抽取的取樣桶作為樣品存儲下來，以便進行進一步的分析。樣品存儲子系統(tǒng)利用取樣桶上部的內(nèi)凹弧形卡固槽和導(dǎo)軌進行緊密排列和傳動。取樣前在準備區(qū)呈蛇形緊密排列，取樣后在儲存區(qū)蛇形緊密排列。蛇形排布是增加軌道的多個轉(zhuǎn)彎，在相對小的空間內(nèi)盡量存儲更多的取樣桶。

清洗子系統(tǒng)的作用是將已經(jīng)經(jīng)過稱重測量后不打算存儲的取樣桶排出其中的水和泥沙，作為下一輪取樣使用。當取樣桶隨環(huán)形履帶達到清洗位置的時候，打開取樣桶底蓋，并進行其內(nèi)壁下2/3部位的一次往復(fù)清洗。清洗子系統(tǒng)包括儲水箱、水泵、導(dǎo)水管、由電機帶動伸縮的噴頭。水泵可以連接人工降雨設(shè)備的儲水箱，作為水源，利用水泵增加水壓，使噴頭噴射水流清洗取樣桶下2/3區(qū)域。在電機的帶動下循環(huán)往復(fù)幾次，將取樣桶清洗干凈，完畢后稱重待用。為清洗干凈，清洗子系統(tǒng)可以設(shè)置超聲波振動器，帶動清洗中的取樣桶震動，將取樣桶中的泥沙和水完全清除。

控制子系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)儲存功能的電子設(shè)備，可以是普通pc電腦，或者是工控計算機，或是嵌入式系統(tǒng)等?？刂谱酉到y(tǒng)可以與人工降雨設(shè)備電連接，降雨設(shè)備沒有開啟的時候，也就是沒有人工降雨的情況下，控制子系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，當人工降雨設(shè)備開始降雨時，向控制子系統(tǒng)發(fā)出降雨開始的信息，開啟控制子系統(tǒng)。也可以使控制子系統(tǒng)連接一個降雨傳感器，在人工降雨開始后，降雨傳感器獲得了降雨的信息，而啟動控制子系統(tǒng)。

控制子系統(tǒng)除了控制環(huán)形取樣履帶和環(huán)形存儲履帶的運行外，還要記錄降雨開始時間t1、降雨強度i、降雨量p，監(jiān)測小區(qū)出水口出流時間t2，取樣桶接取水樣開始時間t3、結(jié)束時間t4。控制超聲換能器對取樣桶內(nèi)水樣進行超聲震動。記錄復(fù)測水位計測定的取樣桶內(nèi)水深h1。記錄取樣桶+水樣重量m總。控制打開取樣桶底板，排空取樣桶?？刂萍訅罕煤臀⑿颓逑磭婎^往復(fù)清洗取樣桶。記錄取樣桶重量m桶。根據(jù)公式計算清水量、泥沙量、含沙量。根據(jù)設(shè)定值控制步進電機實現(xiàn)自動間隔取樣或根據(jù)降雨強度加密取樣。

由于整個系統(tǒng)帶有多種電子設(shè)備和自動化設(shè)備，為防止人工降雨中將電子設(shè)備打濕而發(fā)生故障，可以設(shè)置防雨箱體。防雨箱體材質(zhì)為塑料或不銹鋼，并在四個側(cè)面中部設(shè)百葉窗結(jié)構(gòu)通風窗。箱體一側(cè)上部設(shè)自動控制裝置的防雨控制面板。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關(guān)于取樣桶的細化。本實施例所述的取樣桶的上部為倒圓臺1021，下部為圓柱形1022，底部設(shè)有活門1023，圓柱部分設(shè)有至少兩個卡固環(huán)1024，如圖4所示。

取樣桶可以采用不銹鋼或高強度塑料制作?；铋T可以采用電磁開關(guān)控制打開和關(guān)閉。卡固環(huán)的作用與環(huán)形取樣履帶的卡鉤1041配合，卡鉤鉤在卡固環(huán)上，環(huán)形取樣履帶就可以帶動取樣桶運行。卡箍環(huán)可以設(shè)置2-4個，多設(shè)置卡箍環(huán)，可以使環(huán)形取樣履帶與取樣桶結(jié)合得更加穩(wěn)固，但卡箍環(huán)過多也會使系統(tǒng)過于復(fù)雜，容易產(chǎn)生故障。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于取樣桶的細化。本實施例所述的取樣桶的圓臺部分設(shè)有與軌道相配合的凹弧形卡固槽1025，如圖5。

凹弧形卡箍槽的作用是與軌道105配合，軌道嵌在凹槽中，使取樣槽能夠沿軌道滑動。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于測量子系統(tǒng)的細化。本實施例所述的測量子系統(tǒng)包括：環(huán)形取樣履帶下落機構(gòu)1042和設(shè)置在環(huán)形取樣履帶一側(cè)的軌道，所述的軌道上設(shè)有復(fù)測水位計107、超聲波振動器和稱重傳感器106，所述的取樣桶上設(shè)有二維碼，所述的控制子系統(tǒng)中設(shè)有二維碼讀取器，如圖5所示。

環(huán)形取樣履帶下落機構(gòu)能夠使環(huán)形取樣履帶上下移動（如圖5中箭頭方向），使環(huán)形取樣履帶與取樣桶結(jié)合與分離。

當環(huán)形取樣履帶抬起的時候，卡鉤鉤住取樣桶上的卡固環(huán)，使環(huán)形取樣履帶能夠帶動取樣桶移動，當環(huán)形取樣履帶落下時，取樣桶與軌道結(jié)合，軌道上的稱重傳感器、復(fù)測水位計和超聲波振動器對取樣桶進行超聲波震動和稱重，在稱重之前還要對取樣桶進行二維掃碼，以取得該取樣桶的精確重量等信息。超聲波震動后水中的泥沙和泥塊被震碎和均勻，往往會改變水位，因此，本實施例在規(guī)定上還設(shè)置了復(fù)測水位計，使用復(fù)測水位計對取樣桶中的水位進行再次精確的測量。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于清洗子系統(tǒng)的細化。本實施例所述清洗子系統(tǒng)包括：設(shè)置在一個取樣桶停止位上的可開合震動環(huán)107和自動沖洗器，如圖6所示。

可開合震動環(huán)的作用是：當取樣桶的活門打開的時候，取樣桶中的水和泥沙流出取樣桶，為了清理干凈，可開合震動環(huán)合上（圖6中箭頭方向），卡住取樣桶，并開始震動，將粘在取樣桶中的水和泥沙震動落下，配合自動清洗器將取樣桶清洗干凈。

實施例六：

本實施例是實施例上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于自動清洗器的細化。本實施例所述的自動清洗器包括：與供水管道連接的沖洗泵1081，所述的沖洗泵與能夠自動伸縮的噴頭1082連接，如圖6所示。

自動清洗器的作用是通過加壓的水柱將取樣桶中的泥沙清理干凈，水柱的壓力由水泵提供，水源可以從人工降雨設(shè)備所使用的水源中提取，通過水泵加壓后，有噴頭噴出。噴頭安裝在能夠自動伸縮的管子上，使噴頭可以伸縮旋轉(zhuǎn)，對取樣桶內(nèi)壁的上下左右進行全面的沖洗。

實施例七：

本實施例是一種使用上述系統(tǒng)的室內(nèi)土槽試驗徑流泥沙連續(xù)取樣測量保存的方法，所述的方法的步驟如下：

（一）啟動自動控制子系統(tǒng)的步驟：開啟人工降雨時，同時開啟自動控制子系統(tǒng)。

由于人工降雨設(shè)備的降雨即能夠模擬自然降雨開始時的逐步增加降雨量，也可以直接開啟至實驗要求的降雨量，因此，開啟降雨的取樣和測量系統(tǒng)將應(yīng)當直接進入取樣和測量的工作狀態(tài)，以便應(yīng)對人工降雨設(shè)備的任何降雨開啟狀態(tài)。

（二）取樣的步驟：土槽產(chǎn)生徑流時，徑流經(jīng)過取樣口流入第一個取樣桶，初測水位計以至少50次/秒的頻率計量取樣桶中的水位，控制子系統(tǒng)開始記錄出水口產(chǎn)流時間計時，當取樣桶中的水位達到設(shè)定值時，控制子系統(tǒng)停止計時并驅(qū)動環(huán)形取樣履帶轉(zhuǎn)動，使下一個取樣桶進入取樣口下方，進入下一輪取樣，如此循環(huán)往復(fù)，控制子系統(tǒng)不斷的記錄取樣桶的取樣次數(shù)和出水口產(chǎn)流時間，作為計量徑流量、含沙量的依據(jù)。

取樣的過程必須十分的精確，因此，在取樣的時候通過水位計測量取樣桶中的水位，一旦達到了要求的高度，離開啟動取樣環(huán)形取樣履帶，更換取水的取樣桶。由于取樣桶中的水和泥沙量將在下面精確計量，因此，只要計量取樣桶更換的次數(shù)，就可以精確的計算出徑流量。

設(shè)定值是預(yù)先設(shè)置的一個水位值，正常水位值比取樣桶的高度略低，這樣就會使取樣后取樣桶中的水位略低于取樣桶的上緣，樣品就可以十分穩(wěn)定的保留掉了取樣桶中，不會因為取樣桶的移動而晃出取樣桶中。但這個水位值也不能太低，太低則影響取樣效率，一般在80-90%的取樣桶高度為宜。

（三）精確計量的步驟：取樣桶取水后，在下一個停止位進行精確測定：首先控制子系統(tǒng)的二維碼讀取器讀取取樣桶上帶有該取樣桶重量的二維碼，同時取樣環(huán)形取樣履帶整體下降，使取樣桶落在軌道上，軌道上的超聲波振動器對取樣水進行超聲波震動，以排除水中的空氣，并粉碎水樣中可能存在的大塊泥土，震動之后，復(fù)測水位計測定取樣桶內(nèi)水深；稱重傳感器對取樣桶稱重，去除取樣桶重量后得到精確的取樣重量。

為精確的稱量取樣桶中的水和泥沙重量，首先需要將取樣桶本身的重量去除，取樣桶本身中重量事先在清洗取樣桶后即進行稱重，這樣可以保證，即使取樣桶中還有剩余的泥沙沒有清理干凈，其重量也不會影響洗一次的測量精度。當取樣環(huán)形取樣履帶落下時，環(huán)形取樣履帶上的卡鉤不在承擔取樣桶的重量，取樣桶的全部重量落在了軌道上，軌道上的振動器開始震動，將水中的大塊泥沙震碎，使水和泥沙均勻混合，這時在進行稱重，就可以十分精確的得到水和泥沙的重量。稱重后對取樣桶中的水位進行精確的復(fù)測，由于超聲波震動，將水中的大塊泥土粉碎，使泥沙和水混合均勻，或者說將各個取樣桶中水位測量條件一致化，這樣更有利于精確的計算樣品的各個參數(shù)。

取樣桶中水和泥沙重量的計算公式：

根據(jù)取樣桶內(nèi)水深h1計算取得的水和泥沙樣總體積：

h1≤h2時：v總=3.14×h2×（d2/2）²

h1＞h2時：v總=3.14×h2×（d2/2）²+1/3π(h1－h(huán)2)(（d1）²+（d2）²+d1×d2)/4

根據(jù)取樣桶+水樣質(zhì)量m總和m桶計算取得的水和泥沙樣總質(zhì)量m樣：

m樣=m總－m桶

根據(jù)公式計算含沙量：

s沙=γ沙/v總×(m樣－γ水×v總)/(γ沙－γ水)

其中：s沙為含沙量，γ沙為取樣桶中的泥沙總體積，γ沙和γ水分別為泥沙和水的容重。

（四）選擇存儲水樣的步驟：對經(jīng)過精確計量后的取樣桶，根據(jù)觀測需求依據(jù)設(shè)定間隔或者隨機抽取取樣桶送入存儲器存儲。

取樣桶經(jīng)過精確的稱重后，可以根據(jù)實驗需要設(shè)定一定間隔抽取一些取樣桶，作為標本，放入存儲器中存儲，以便在之后的分析中使用。由于存儲器容量有限，一般可以選擇環(huán)形取樣履帶轉(zhuǎn)一周抽取一個或幾個取樣桶。也可以隨機的抽取一些取樣桶，連帶其中的水和泥沙一起儲存，以便降雨后進行進一步的分析。

（五）清洗的步驟：沒有被選中存儲的取樣桶沿環(huán)形取樣履帶進入清洗區(qū)，打開取樣桶底部活門，放出取樣桶中的水和泥沙，可開合震動環(huán)夾住取樣桶并震動，開啟沖洗泵，噴頭伸出對取樣桶進行清洗，清洗后取樣桶隨環(huán)形取樣履帶繼續(xù)前行，準備下一次取樣。

抽取一些樣品儲存后，其他不需要的水和泥沙就倒掉，并清理取樣桶中的泥沙，以便下一次取樣。

（六）實驗結(jié)束的步驟：關(guān)閉人工降雨后，控制子系統(tǒng)收到降雨停止的信號，控制子系統(tǒng)根據(jù)徑流狀況適時停止運行，進入待機，如果繼續(xù)進行實驗則再次進入工作狀態(tài)，如果停止實驗則進入關(guān)閉狀態(tài)。

當人工降雨設(shè)備關(guān)閉時，同時控制子系統(tǒng)也獲得了降雨停止的信息，由于徑流是有滯后的，因此，測量系統(tǒng)不能離開關(guān)閉，而是應(yīng)當再延續(xù)工作一段時間，直到徑流完全停止。

最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案（比如與人工降雨設(shè)備的連接、取樣桶的形式、取樣過程、系統(tǒng)的總體構(gòu)成等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。