一种坡面径流泥沙收集与监测装置及方法与流程

本技术涉及坡面径流泥沙收集和监测，具体涉及一种坡面径流泥沙收集与监测装置及方法。

背景技术：

1、坡面径流泥沙的收集与监测是土壤侵蚀规律研究、水土保持效益评价以及农业生产环境监测的重要基础手段，其数据的准确性与连续性直接影响相关科学结论和管理决策的可靠性。

2、现有的坡面径流小区观测设施通常为大型固定式构筑物，其建设成本高、安装过程复杂，且一经建成便难以拆卸和迁移，无法灵活地适用于不同地域、不同坡度类型的坡面观测需求。此外，此类设施在功能上主要针对降雨期的径流与泥沙进行收集测定，缺乏对非降雨期由风力侵蚀和重力侵蚀产生的干沙进行有效收集与分离的专门结构，导致干沙样本在自然条件下易受蒸发、风沙和动物干扰等因素的影响而发生质量变化，难以获得准确的侵蚀数据。发明人在付出创造劳动后发现，上述缺陷的根源在于现有设施缺乏一套能够根据降雨状态自动切换流体流向的分离收集机制，以及缺乏与坡面条件相适应的可调节、可拆装的坡面径流泥沙收集与监测装置。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种坡面径流泥沙收集与监测装置及方法，用于解决现有技术中坡面径流泥沙观测设施成本高昂、安装复杂、难以适应不同坡度地形、且无法有效分离收集降雨期径流泥沙与非降雨期干沙的技术问题，具有结构简单、成本低廉、适应性强、样本分离可靠且不易受污染的有益效果。

2、第一方面，本技术提供的一种基坡面径流泥沙收集与监测装置，采用如下的技术方案：

3、一种坡面径流泥沙收集与监测装置，包括：

4、集沙组件，其设于坡面上，用于收集坡面的径流与泥沙；

5、支撑组件，其与所述集沙组件连接，用于支撑并固定所述集沙组件；

6、分流控制组件，其与所述集沙组件的出口连通，用于根据降雨状态切换流体流向；

7、径流测定组件，其与所述分流控制组件的第一出口连通，用于测定降雨期的径流泥沙参数；

8、干沙收集组件，其与所述分流控制组件的第二出口连通，用于收集非降雨期的干沙。

9、通过采用上述技术方案，集沙组件设于坡面上，用于收集坡面的径流与泥沙；支撑组件与集沙组件连接，不仅能够支撑并固定集沙组件，而且和坡面的拆装非常方便，能够灵活地适用于不同地域观测需求；分流控制组件与集沙组件的出口连通，用于根据降雨状态切换流体流向；径流测定组件与分流控制组件的第一出口连通，用于测定降雨期的径流泥沙参数；干沙收集组件与分流控制组件的第二出口连通，用于收集非降雨期的干沙；

10、可选的，所述集沙组件包括：

11、呈倾斜设置的集沙槽和集沙管，所述集沙槽设于所述坡面上，所述集沙槽的入口用于承接坡面径流；所述集沙管两端分别与所述集沙槽的出口和所述分流控制组件的入口密封连接；

12、所述集沙组件还包括角度调节件，其设于所述集沙管与所述集沙槽的连接处或所述集沙管的管段上，用于调节所述集沙管相对于所述集沙槽的倾斜角度。

13、通过采用上述技术方案，集沙组件通过倾斜设置的集沙槽和集沙管衔接坡面径流，依靠重力作用实现泥沙的顺畅自流输送，无需外部动力源，使得整体结构得以简化，大幅降低了制造成本。集沙管与集沙槽之间设置角度调节件，使得集沙管的倾斜角度能够根据坡面实际坡度灵活调整，确保集沙管入口端始终能调整到倾斜且略低于集沙槽出口的位置，促使泥沙在重力作用下顺畅流入后续组件，有效避免了因坡面角度差异导致的泥沙在管道内堆积堵塞问题。

14、可选的，所述集沙槽的横截面呈v形或u形，所述集沙槽靠近坡面的一侧设置有用于插入坡面的导流板，所述集沙槽的入口上方两侧分别设有防溅挡板。

15、通过采用上述技术方案，集沙槽横截面呈v形或u形，使得径流与泥沙在槽内能够自然向槽底中心汇集，避免泥沙在槽体边缘淤积；导流板插入坡面，不仅能够紧密贴合坡面土壤且能够有效引导坡面径流进入集沙槽，减少泥沙从下方渗漏；防溅挡板设于集沙槽入口上方两侧，能够圈定所测区域的泥沙，确保在降雨期或者非降雨期都只收集监测面积的泥沙或者干沙。

16、可选的，所述支撑组件包括：

17、三角形的支撑架，其与所述集沙槽连接；

18、锚固件，其设于所述支撑架的底部，用于将所述支撑架固定于地面。

19、通过采用上述技术方案，支撑架和导流板一起构成完整的三角形结构，利用三角形稳定性原理，在坡面地形条件下为集沙槽提供稳固支撑；同时锚固件将支撑架固定于坡面，增强了装置在风力等外力作用下的抗倾覆能力。当需要观测其他地域或者坡面时，拔出锚固件、导流板、防溅防板之后，可以非常便携的移动整个装置至待观测的地域或者坡面。

20、可选的，所述支撑架由不锈钢管制成且包含中空的横管和纵管，所述横管和所述纵管分别固定连接在所述集沙槽的两端；

21、所述横管连通所述集沙管，能够对所述集沙管进行冲洗，所述横管中设置有阻挡泥沙倒流至所述横管中的防堵组件。

22、通过采用上述技术方案，横管连通集沙管，使得外部冲洗流体能够经由横管注入集沙管内部进行反向冲洗，从而清除管道内壁附着的泥沙沉积物，保持管道通畅；横管内设置的防堵组件在正常输送状态下不阻碍流体的正向流动，而当泥沙因重力或压力差发生倒流时，固定片与转动片在泥沙回流作用下共同形成封堵反作用力，阻挡泥沙进入横管内部，避免横管被淤堵失效。

23、可选的，所述防堵组件包括多个和所述横管的内管壁固定连接的固定片、和多个所述横管的内管壁转动连接的转动片；

24、各个所述固定片之间和各个所述转动片之间均间隔设置，所述固定片和所述转动片一起围成圆锥体；

25、当泥沙回流作用至防堵组件上时，所述固定片和所述转动片一起形成泥沙回流至所述横管中的封堵反作用力。

26、通过采用上述技术方案，横管内设置的防堵组件在正常输送状态下不阻碍流体的正向流动，而当泥沙因重力或压力差发生倒流时，转动片和固定片分别对彼此产生径向的压力上并使两者互相压紧，共同形成封堵反作用力，阻挡泥沙进入横管内部，避免横管被淤堵失效。

27、可选的，所述分流控制组件包括：

28、雨量检测单元，其用于检测降雨状态并生成降雨信号；

29、控制单元，其与所述雨量检测单元信号连接，用于接收所述降雨信号并输出切换指令；

30、电动阀门单元，其与所述控制单元电连接，所述电动阀门单元的入口与所述集沙管连通，所述电动阀门单元的第一出口与所述径流测定组件连通，所述电动阀门单元的第二出口与所述干沙收集组件连通，所述电动阀门单元根据所述控制单元指令导通所述入口与所述第一出口或所述第二出口。

31、通过采用上述技术方案，分流控制组件通过雨量检测单元实时感知降雨状态并生成降雨信号，控制单元据此输出切换指令，电动阀门单元响应切换指令导通相应通路，实现了降雨期与非降雨期流路的自动切换，无需人工现场干预，确保了装置在野外长期无人值守条件下的自动化运行。

32、可选的，所述雨量检测单元包括雨量筒以及设于所述雨量筒内的红外传感器，所述控制单元包括与所述红外传感器电连接的延时继电器，所述电动阀门单元为电动二通阀门，所述延时继电器用于在所述红外传感器检测到降雨停止并延时预设时间后，控制所述电动二通阀门切换至导通所述入口与所述第二出口。

33、可选的，所述干沙收集组件包括：

34、集沙桶，其与所述分流控制组件的第二出口连通；

35、密封盖，其盖设于所述集沙桶的顶部开口处，所述密封盖上设有供流体流入的过流孔；

36、取样阀，其设于所述集沙桶的底部，用于排出桶内流体或提取样本。

37、通过采用上述技术方案，密封盖盖设于集沙桶顶部开口处，在非降雨期能够有效防止桶内干沙样本因蒸发而损失水分、因风沙吹入而混入杂质以及因动物触碰而受到扰动，保证了干沙样本的原始性和代表性；取样阀设于集沙桶底部，便于在不扰动桶内沉积物的情况下排出多余流体或提取样本，提高了采样操作的便捷性和样本的准确性。

38、第二方面，本技术提供一种坡面径流泥沙收集与监测方法，使用前述的坡面径流泥沙收集与监测装置，采用如下的技术方案：

39、一种坡面径流泥沙收集与监测方法，包括：

40、安装步骤：将所述集沙组件安装于坡面上，并通过所述支撑组件进行固定；

41、降雨期测定步骤：在降雨期间，所述分流控制组件将所述集沙组件收集的径流与泥沙导流至所述径流测定组件进行测定；

42、干沙收集步骤：在降雨停止后，所述分流控制组件延时预设时间后，将所述集沙组件收集的干沙导流至所述干沙收集组件进行收集。

43、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

44、1、在本发明提供的坡面径流泥沙收集与监测装置及监测方法中，所述集沙组件直接设于坡面上，径流与泥沙经由集沙组件的入口进入后，经出口进入分流控制组件。所述分流控制组件根据降雨状态切换流体流向，在降雨期间将径流与泥沙导向第一出口所连通的径流测定组件进行实时测定，在非降雨期则将干沙导向第二出口所连通的干沙收集组件进行密封收集。由此，所述装置通过分流控制组件的状态切换功能，实现了降雨期径流泥沙与非降雨期干沙的自动分流与分离收集，克服了现有技术中仅能监测降雨侵蚀而无法获取风力侵蚀和重力侵蚀数据的缺陷，同时避免了干沙样本因暴露于自然环境而受到蒸发、风沙和动物干扰等污染，保证了不同时段侵蚀样本的纯净度和数据的完整性。