本實(shí)用新型涉及測(cè)量坡面徑流中泥沙含量檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)坡面徑流泥沙含量的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在農(nóng)田水利、森林生態(tài)、環(huán)保等部門的野外檢測(cè)項(xiàng)目中，坡面徑流含沙量是監(jiān)測(cè)坡地水土流失狀況的重要參數(shù)。由于受野外現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特殊性和復(fù)雜性限制，目前國內(nèi)外對(duì)土壤侵蝕中徑流小區(qū)的產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量一直采用人工收集徑流、人工測(cè)量的方法。該方法操作過程繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，若取樣的代表性不好還會(huì)影響測(cè)量精度，不能夠快速、連續(xù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量坡面徑流含沙量。

現(xiàn)有測(cè)量泥沙含量的手段很多，如γ射線法、電容法和烘干稱量法。γ射線法是利用γ射線穿透物體后的衰減規(guī)律來測(cè)量泥沙含量的，在標(biāo)定好被測(cè)對(duì)象的伽馬射線吸收率參數(shù)后可以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度，但γ射線穿透物體后衰減較快，確定吸收率參數(shù)很困難，使得對(duì)被測(cè)對(duì)象的要求以及測(cè)量精度都受到影響，且該類系統(tǒng)成本高，不易維護(hù)。電容法是利用泥沙含量與由液體及圓筒狀極板組成的電容器的電容的對(duì)應(yīng)關(guān)系來計(jì)算泥沙含量的，當(dāng)圓筒狀極板中的液體泥沙含量發(fā)生變化時(shí)相當(dāng)于電介質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而改變電容器的容量，這種方法適合做連續(xù)在線測(cè)量，但是受到液體導(dǎo)電率的影響，測(cè)量范圍及測(cè)量精度局限性較大。上述測(cè)量方法都存在測(cè)量范圍小、誤差大、測(cè)量精度低等諸多問題。

而烘干稱量法是人工野外采樣，通過在室內(nèi)對(duì)樣液進(jìn)行過濾、烘干、稱重等操作，確定樣液的泥沙含量。具體操作步驟為取一定體積的含沙徑流水樣，沉淀排水后放入烤箱中加熱除去水分(105℃烘箱中烘24h以上)，冷卻后稱得泥沙質(zhì)量。這種烘干稱量法采用如下公式表示為：ρ_v＝W/V，其中ρ_v為徑流泥沙含量(kg/m³)，W為烘干后稱得的泥沙質(zhì)量(kg)，V為水沙混合液體體積(m³)，若ρ_v＝0時(shí)，說明該徑流為壤中流(相當(dāng)于清水)，即水中含沙極少；若ρ_v>0時(shí)，說明該徑流為表面徑流(相當(dāng)于混水)，即水中含有一定的泥沙。該烘干稱量方法雖然能夠通過不同的時(shí)間段采集徑流樣品以檢測(cè)分析泥沙含量變化，但是存在測(cè)量過程繁瑣、工作量大、周期長的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型能夠?yàn)橥寥狼治g動(dòng)力過程的模擬研究、土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型的建立提供基礎(chǔ)資料、為監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)水土流失過程及水土流失治理決策提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)研究土壤侵蝕動(dòng)態(tài)過程非常重要，提供一種能夠快速、連續(xù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量坡面徑流含沙量、縮短檢測(cè)周期、提高測(cè)量精度、簡(jiǎn)化操作的動(dòng)態(tài)檢測(cè)坡面徑流泥沙含量的系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)坡面徑流泥沙含量的系統(tǒng)，它包括稱重傳感器、設(shè)置于稱重傳感器頂部的過流筒以及安裝于過流筒頂部的筒蓋，所述的筒蓋上設(shè)置有貫穿筒蓋的引流管，引流管上連接有截止閥，所述的過流筒的側(cè)壁上設(shè)置有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一端連接有位于過流筒內(nèi)的環(huán)形水管，另一端連接有水泵，環(huán)形水管的柱面上且沿其柱面上分布有多個(gè)噴水孔，所述的過流筒的底部設(shè)置有弧形凹槽，弧形凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)安裝有螺旋桿，螺旋桿的一軸頸連接有電機(jī)，所述的過流筒的外底表面上設(shè)置有連通過弧形凹槽且與過流筒底表面呈夾角設(shè)置的斜管，斜管上連接有電磁閥，所述的過流筒內(nèi)側(cè)壁上、位于螺旋桿與環(huán)形水管之間設(shè)置有液位開關(guān)，所述的過流筒內(nèi)底表面上設(shè)置有零液位傳感器，該系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)與電磁閥、截止閥、稱重傳感器、水泵、電機(jī)、零液位傳感器以及液位開關(guān)連接。

所述的斜管與過流筒底表面之間的夾角為45～60°。

所述的引流管垂直于筒蓋設(shè)置。

所述的引流管的軸線與環(huán)形水管的軸線重合。

所述的零液位傳感器位于螺旋桿的下方。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本實(shí)用新型能夠快速、連續(xù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量坡面徑流含沙量、縮短檢測(cè)周期、提高測(cè)量精度、簡(jiǎn)化操作。(2)本實(shí)用新型能夠?yàn)橥寥狼治g動(dòng)力過程的模擬研究、土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型的建立提供基礎(chǔ)資料、為監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)水土流失過程及水土流失治理決策提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)研究土壤侵蝕動(dòng)態(tài)過程非常重要。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為環(huán)形水管的俯視圖；

圖3為弧形凹槽與螺旋桿的安裝示意圖；

圖中，1-稱重傳感器，2-過流筒，3-筒蓋，4-引流管，5-截止閥，6-導(dǎo)管，7-環(huán)形水管，8-水泵，9-噴水孔，10-螺旋桿，11-電機(jī)，12-斜管，13-電磁閥，14-液位開關(guān)，15-零液位傳感器，16-計(jì)算機(jī)，17-弧形凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述：

如圖1～3所示，一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)坡面徑流泥沙含量的系統(tǒng)，它包括稱重傳感器1、設(shè)置于稱重傳感器1頂部的過流筒2以及安裝于過流筒2頂部的筒蓋3，所述的筒蓋3上設(shè)置有貫穿筒蓋3的引流管4，引流管4垂直于筒蓋3設(shè)置，引流管4上連接有截止閥5，所述的過流筒2的側(cè)壁上設(shè)置有導(dǎo)管6，導(dǎo)管6的一端連接有位于過流筒2內(nèi)的環(huán)形水管7，引流管4的軸線與環(huán)形水管7的軸線重合，另一端連接有水泵8，環(huán)形水管7的柱面上且沿其柱面上分布有多個(gè)噴水孔9，所述的過流筒2的底部設(shè)置有弧形凹槽17，弧形凹槽17內(nèi)旋轉(zhuǎn)安裝有螺旋桿10，螺旋桿10的一軸頸連接有電機(jī)11，所述的過流筒2的外底表面上設(shè)置有連通過弧形凹槽17且與過流筒2底表面呈夾角設(shè)置的斜管12，斜管12與過流筒2底表面之間的夾角為45～60°，以加快泥沙和水在自重下加速流動(dòng)，斜管12上連接有電磁閥13，斜管12上連接有電磁閥13。

所述的過流筒2內(nèi)側(cè)壁上、位于螺旋桿10與環(huán)形水管7之間設(shè)置有液位開關(guān)14，所述的過流筒2內(nèi)底表面上設(shè)置有零液位傳感器15，零液位傳感器15位于螺旋桿10的下方，零液位傳感器15用于檢測(cè)過流筒2的底部是否還含有泥沙。如圖1所示，該系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)16，所述的計(jì)算機(jī)16與電磁閥13、截止閥5、稱重傳感器1、水泵8、電機(jī)11、零液位傳感器15以及液位開關(guān)14連接。

如圖1所示，所述的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)坡面徑流泥沙含量的方法，它包括以下步驟：

S1、初始狀態(tài)下截止閥5和電磁閥13均處于關(guān)閉狀態(tài)，過流筒2內(nèi)不含任何泥沙和水；利用稱重傳感器1稱取過流筒2、過流筒2內(nèi)的部件、筒蓋3以及筒蓋3上的部件的總質(zhì)量為W₁(kg)，稱重傳感器1將重量信息傳遞給計(jì)算機(jī)16存儲(chǔ)；

S2、第一組坡面徑流泥沙含量的檢測(cè)，將待檢測(cè)坡面徑流連接到引流管4上，打開截止閥5，坡面徑流經(jīng)引流管4進(jìn)入過流筒2內(nèi)，坡面徑流在過流筒2內(nèi)形成相對(duì)穩(wěn)流狀態(tài)且逐漸抬高液面，當(dāng)液面上升到液位開關(guān)14位置時(shí)，液位開關(guān)14發(fā)出電信號(hào)給計(jì)算機(jī)16，計(jì)算機(jī)16控制截止閥5立刻關(guān)閉，同時(shí)計(jì)算機(jī)16接受到該電信號(hào)后觸發(fā)稱重傳感器1動(dòng)作，稱重傳感器1稱取過流筒2、過流筒2內(nèi)的部件、筒蓋3以及筒蓋3上的部件的總質(zhì)量為W₂(kg)，稱重傳感器1將重量信息傳遞給計(jì)算機(jī)16存儲(chǔ)，稱完后計(jì)算機(jī)16控制電磁閥13打開，過流筒2內(nèi)的泥沙和水沿著斜管12經(jīng)電磁閥13逐漸排出；經(jīng)一段時(shí)間后，計(jì)算機(jī)16控制電機(jī)11啟動(dòng)，電機(jī)11帶動(dòng)螺旋桿10轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋桿10加快將沉積于弧形凹槽17內(nèi)的泥沙及水輸送到斜管12內(nèi)；經(jīng)1～2min后，計(jì)算機(jī)16控制水泵8啟動(dòng)，水泵8將外部清水經(jīng)導(dǎo)管6抽入環(huán)形水管6內(nèi)，高壓清水沿各方向噴射出，以沖刷過流筒2內(nèi)表面和底表面的泥沙，其目的是為了提高第二組測(cè)量泥沙的精確性；經(jīng)30～40s后，利用零液位傳感器15檢測(cè)過流筒2內(nèi)是否有泥沙存在并實(shí)時(shí)將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)16，若沒有泥沙，則計(jì)算機(jī)16控制水泵8、電機(jī)11、電磁閥13關(guān)閉，以為第二組檢測(cè)做準(zhǔn)備；

S3、第一組坡面徑流泥沙含量ρ的計(jì)算，計(jì)算機(jī)16根據(jù)公式：G＝W₂-W₁計(jì)算出被檢測(cè)徑流中泥沙及水的總質(zhì)量G(kg)；

根據(jù)公式：計(jì)算出被檢測(cè)坡面徑流中泥沙含量ρ(kg/m³)，其中ρ_s為標(biāo)準(zhǔn)泥沙密度，ρ_s＝2.65x10³(kg/m³)，ρ_w為清水密度，ρ_w＝1.0x10³kg/m³；V(m³)為液位開關(guān)14距弧形凹槽17底面間的容積；

S4、第二組徑流泥沙含量的計(jì)算，打開截止閥5，隨后重復(fù)步驟S1～S3，即可得到第二組徑流泥沙含量；如此循環(huán)操作即可制作出徑流泥沙含量ρ與時(shí)間t的關(guān)系圖，為土壤侵蝕動(dòng)力過程的模擬研究、土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型的建立提供基礎(chǔ)資料、為監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)水土流失過程及水土流失治理決策提供科學(xué)依據(jù)。

此外，該動(dòng)態(tài)泥沙含量系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的烘干法檢測(cè)，能夠快速、連續(xù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量坡面徑流含沙量，具有檢測(cè)周期短、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制操作，無需人工值守，減輕操作者勞動(dòng)量。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，則都應(yīng)在本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。