一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝及其控制系统的制作方法

1.本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝及其控制系统。


背景技术：

2.北方干旱山区，年降水量大多在400mm左右甚至更少，其中60％以上的降水以暴雨形式集中在作物或经济林草生长发育需水量最大的七、八、九三个月，而60％以上的暴雨因强度大、历时短形成洪水，携泥裹沙下泄。坡面作物和林草因得不到及时灌溉而减产甚至枯萎；而下泄的洪水上游冲毁农田、道路、村庄，下游则淤积河道、抬高河床，造成极大的损失。为了防治水土流失、增加耕地，各地政府在沟道修建了大量的淤地坝，虽然保土增地、防治水土流失的目的初步达到，但保水、用水功能的开发还是一片空白，仅保土不保水。对地多水少的干旱山区群众而言，多一块少一旱地无足轻重，而多一点水源将会有直接的效益产生，在保土的同时，必须保住水，保住了水就保住了群众的收益，才会为绿水青山的建设创造了必要条件。
3.干旱山区防治水土流失、洪水资源利用的主要方式是沟道治理工程，目前主要是淤地坝。由于淤地坝位置较高，结构简单，洪水设计标准低，一般不考虑储水功能，也就导致了汛期过后，作物或林果生长发育所需水分跟不上，直接影响淤地坝的经济收益，挫伤了群众建设、养护淤地坝的积极性，要实现干旱山区农业发展是非常艰难的。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝及其控制系统，解决了传统淤地坝结构简单，洪水设计标准低，一般不考虑储水功能，只保土，不保水的问题。
5.一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝，包括坝体，坝体的截面为梯形结构，坝体的内部开设有储水腔，坝体的迎水面一侧从上到下开设有若干个进水孔，进水孔与储水腔相连通，坝体背水面的另一侧底部开设有排水孔，排水孔与储水腔相连通，坝体的顶部开设有检修井，检修井与储水腔相连通。
6.进水孔从上到下设置多层，各层之间间隔布置，每一层具有一个或者多个进水孔，每层的进水孔处于同一水平线上，进水孔为由坝体的外壁至储水腔的内部向下倾斜设置。
7.坝体靠近进水孔一侧的外壁修建有若干个台阶，每一层进水孔均对应一个台阶，台阶沿坝体迎水面宽度方向铺设。
8.一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝的控制系统，所述空心淤地坝为权利要求1
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3中任一项所述的空心淤地坝，所述控制系统包括泥沙含量检测装置以及储水控制模块，所述泥沙含量检测装置检测洪水中泥沙含量的垂直分布，并将检测结果发送给储水控制模块，储水控制模块控制相应的进水孔打开或者关闭，使得清水进入储水腔内部。
9.泥沙含量检测装置包括竖杆，竖杆为竖直设置，竖杆的外壁从上到下间隔固定连接有若干个泥沙传感器，竖杆的顶部固定连接有控制器。
10.储水控制模块包括进水阀，储水控制器和排水阀，每个进水孔内均设置有进水阀。
11.所述储水控制器分别与进水阀和排水阀电性连接，所述泥沙含量检测装置中的控制器与储水控制器通过无线信号连接。
12.所述泥沙含量检测装置位于坝体上游，与坝体间隔设置。
13.从上到下每个泥沙传感器与从上到下的每层进水孔一一对应，即同一水平线上包括一个泥沙传感器和进水孔。
14.所述进水阀和排水阀均为电磁阀，同一水平线上的多个进水孔内的所有进水阀由储水控制器的一路信号控制，不同水平线上的进水阀由储水控制器不同的信号控制。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、通过设置的空心淤地坝拦水，又用储水腔储水，使不能利用或难利用的洪水能够有效利用。空心淤地坝建设，尤如在山坡地旁边建了一个蓄水池，将在一定程度上有效的解决山坡地、林果地用水不足的问题，为生态文明建设创造有利条件。
17.2、通过设置的单个进水孔由进水阀控制，若同一水平线上设置多个进水孔，则多个进水孔内的进水阀只受同一水平面下的泥沙传感器的影响，并由一路信号控制，以达到防止泥沙进入的效果。
18.3、通过设置的泥沙传感器检测到泥沙的含量超过预定的值时，会发出信号到控制器，控制器将会控制同一水平面下的进水阀闭合，使泥沙含量较高的洪水不会顺着进水孔进入储水腔的内部，而上层泥沙含量较低的清水则会顺着进水孔流入储水腔的内部，使得储水腔内部所储存的水均为清水，可以方便后续人们的使用。
19.4、通过设置的检修井用来检查水质，水量以及在坝体内无水时检修坝体内部，使用非常方便。
20.5、通过在控制器11与储水控制器之间设置了信号处理模块，并将信号处理模块设置在储水控制器前端，在信号处理模块中利用信号接收电路中的三极管q2来实现对测量信号的幅值的检测，当三极管q2导通时将信号放大电路导通，利用放大器中的与门u1a对雨量信号和测量信号得到高电平，进而开启三极管q5为测量信号进行放大，即只在暴雨天气时对测量信号进行放大，以补偿测量信号在暴雨天气时出现的储水控制器常常接收不到信号，或者接收的测量信号特别弱的问题，避免储水控制器无法对信号进行识别与分析，进而影响到储水控制器对于进水孔的控制的准确率的问题发生，同时将放大后的信号与标准信号利用运放器u2b进行减法运算，用来控制三极管q5对信号的放大作用进行控制，同时运用滤波器来以避免空气中存在的电磁干扰如出现暴雨天气时伴随的雷电现象带来的电磁干扰，提高测量信号的准确性。
附图说明
21.图1为本发明的俯视结构示意图；
22.图2为本发明的使用时的剖视结构示意图；
23.图3为本发明的图2中a处结构放大示意图。
24.图4为本发明设置的信号处理模块的电路原理图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1
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3所示，一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝，包括坝体1，坝体1的截面为梯形结构，坝体1的内部开设有储水腔3，坝体1的迎水面一侧从上到下开设有若干个进水孔4，进水孔4与储水腔3相连通，坝体1背水面的另一侧底部开设有排水孔6，排水孔6与储水腔3相连通，坝体1的顶部开设有检修井5，检修井5与储水腔3相连通。
27.本实施方案中，通过设置的空心坝拦水，又用储水腔3储水，使不能利用或难利用的洪水能够有效利用。空心坝建设，尤如在山坡地旁边建了一个蓄水池，将在一定程度上有效的解决山坡地、林果地用水不足的问题，为生态文明建设创造有利条件。
28.本实施例中，通过设置的检修井5用来检查水质，水量以及在坝体1内无水时检修坝体1内部，使用非常方便。
29.进水孔4从上到下设置多层，各层之间间隔布置，每一层具有一个或者多个进水孔，每层的进水孔处于同一水平线上。
30.进水孔4为由坝体1的外壁至储水腔3的内部向下倾斜设置，倾斜的进水孔4方便水沿着进水孔4进入储水腔3的内部。
31.坝体1靠近进水孔4一侧的外壁修建有若干个台阶12，每一层进水孔均对应一个台阶12，台阶12沿坝体1迎水面宽度方向铺设。台阶12的设置，方便检修人员沿着台阶上下左右移动，到达任何一个进水孔附近,同时便于检修和维护。
32.本技术还包括一种基于泥沙自检测系统的可储水式空心淤地坝控制系统，所述控制系统包括泥沙含量检测装置2以及储水控制模块，所述储水控制模块位于坝体1上，泥沙含量检测装置2用于检测不同水位的泥沙含量；储水控制模块用于根据不同水位的泥沙含量选择性的打开不同水位的进水孔，使得清水流入空心淤地坝内部并被储水腔储存；储水控制模块包括进水阀7，储水控制器和排水阀8，泥沙含量检测装置2包括竖杆9，竖杆9为竖直设置，竖杆9的外壁从上到下间隔固定连接有若干个泥沙传感器10，竖杆9的顶部固定连接有控制器11；所述储水控制器分别与进水阀7和排水阀8电性连接，所述泥沙含量检测装置2中的控制器11与储水控制器通过无线信号连接。
33.所述泥沙含量检测装置2位于坝体1上游，与坝体1间隔设置。
34.本实施例中，泥沙含量检测装置2中的多个泥沙传感器10测量洪水中不同水位深度的泥沙含量，实时检测洪水中泥沙含量的垂直分布，同时，每个泥沙传感器也用于标定不同的水位。
35.从上到下每个泥沙传感器10与从上到下的每层进水孔一一对应，即同一水平线上包括一个泥沙传感器和进水孔。
36.本实施例中，每个进水孔4内均设置进水阀7，所述进水阀7为电磁阀，若同一水平线上只设置一个进水孔，则每个进水孔中的电磁阀均由储水控制器单独控制；若同一水平线上设置多个进水孔4，则同一水平线上的多个进水孔4内的所有进水阀7由储水控制器的一路信号控制，不同水平线上的进水阀7由储水控制器不同的信号控制，保证同一水平线上
的所有进水孔同时打开或者关闭，不同水平线上的进水孔可以单独控制。
37.泥沙含量检测装置2中的多个泥沙传感器10测量洪水中不同水位深度的泥沙含量，同时，每个泥沙传感器也用于标定不同的水位，每个泥沙传感器10的测量结果通过控制器11发送到储水控制器中，由于洪水中泥沙含量从上到下依次增大，因此储水控制器根据接收到的测量结果，判定是否有泥沙传感器测得的泥沙含量低于预定值，即为可储存的清水，如果某个泥沙传感器测得的泥沙含量低于预定值，则将该泥沙传感器对应水位上方的进水孔全部打开，使得清水进入空心淤地坝内部，被储水腔3储存，而该水位下侧的进水孔关闭，防止大量泥沙进入空心淤地坝内部。
38.而在控制器11将测量信号通过无线传输的方式发送至储水控制器的过程中，其中，测量信号代表测量结果，常常因为天气的不同而出现不同的状况，当天气较好时如晴天，储水控制器能够正常接收到信号，而当下雨尤其是暴雨等天气出现时，由于暴雨经常伴随着打雷等恶劣天气，而本技术中的空心淤地坝均位于野外，由于雷电的电磁干扰以及雨衰等影响，导致储水控制器常常接收不到信号或者接收的测量信号特别弱，储水控制器无法对信号进行识别与分析，进而影响到储水控制器对于进水孔的控制的准确率。
39.故在控制器11与储水控制器之间设置了信号处理模块，所述信号处理模块位于储水控制器内且位于储水控制器前端，所述信号处理模块包括信号接收电路、信号放大电路，所述信号接收电路接收控制器11传输过来的测量信号，经过接收器后传输至选频器和信号放大电路，测量信号将信号放大电路中的放大器导通后，经过减法电路后将测量信号传输至选频器，滤波器将测量信号传输至储水控制器。
40.所述信号接收电路包括接收器和选频器，接收器利用三极管q1将控制器11传输过来的测量信号进行接收，并对测量信号进行跟随处理，也实现对测量信号的阻抗匹配，避免测量信号在储水控制器内产生阻抗不匹配的问题发生，当信号未将三极管q2导通时，表明测量信号的幅值处于正常状态，接收器将测量信号传输至选频器上，经电阻r12、电容c3、电阻r16、电容c4进行选频，将测量信号选择出来，以避免空气中存在的电磁干扰如出现暴雨天气时伴随的雷电现象带来的电磁干扰，最后将测量信号传输至储水控制器内进行分析，而当信号将三极管q2导通时，则表明测量信号的幅值过于微弱，则将信号放大电路导通；
41.所述接收器包括电阻r1，电阻r1的一端连接控制器11，电阻r1的另一端分别连接电阻r2的一端、三极管q1的基极，三极管q1的集电极分别连接电阻r2的一端、电阻r4的一端、三极管q2的发射极并连接正极性电源vcc，三极管q2的发射极分别连接电阻r3的一端、三极管q2的基极、电阻r4的另一端，，电阻r3的另一端与电阻r18的一端相连接并连接地，电阻r18的另一端与三极管q2的基极相连接；
42.所述选频器包括电阻r12，电阻r12的一端分别连接接收器中的三极管q2的基极、三极管q1的发射极，电阻r12的另一端与电容c3的一端相连接，电容c3的另一端分别连接电阻r16的一端、电容c4的一端、储水控制器，电容c4的另一端分别连接电阻r16的另一端、放大器中的电故障r18的一端并连接地；
43.所述信号放大电路包括放大器和减法电路，所述信号放大电路被测量信号导通后，输出高电平至与门u1a的7引脚上，若与门u1a的5引脚通过电阻r6接收到传感器检测的雨量信号，则表明此时降雨天气，但是此时三极管q2导通，则表明测量信号出现了大幅度衰减，则表明此时是暴雨天气，则与门u1a输出的结果将三极管q3导通，三极管q3导通后，令继
电器k1导通，继电器k1使开关s1从断开状态变为闭合状态，开关s1是继电器k1的引脚开关，此时三极管q5的集电极与正极性电源vcc连接，正极性电源通过闭合的开关s1、电阻r10为三极管q5供电，三极管q5此时起放大作用，用来将微弱的测量信号进行放大，电阻r8是三极管q5的反馈电阻，放大后的测量信号传输至减法电路上，减法电路通过电阻r9传输至运放器u2b上，运放器u2b和电阻r11、电阻r15组成减法器，将放大后的测量信号与标准信号进行减法运算，表混信号即为天气较好时的信号幅值，若是运放器u2b输出的是高电平并将二极管d1导通，则表明三极管q5对测量信号的放大倍数过大，易引起储水控制器的浪涌现象，故二极管d1将三极管q4导通，此时三极管q4与电阻r8并联，进而控制三极管q5的放大倍数，直至运放器u2b输出低电平将三极管q6导通，当运放器u2b输出低电平时并将三极管q6导通，表明此时放大后的测量信号与标准信号的幅值相差无几，此时三极管q6使继电器k2导通，继电器k2使开关s2从断开状态变为闭合状态，开关s2是继电器k2的引脚开关，则此时放大后的测量信号通过闭合的开关s2传输至信号接收电路中的选频器上，经电阻r12、电容c3、电阻r16、电容c4进行选频，将测量信号选择出来，以避免空气中存在的电磁干扰如如暴雨出现时伴随的雷电现象带来的电磁干扰，最后将测量信号传输至储水控制器内进行分析；
44.所述放大器包括电阻r5,电阻r5的一端分别连接信号接收电路中的三极管q2的发射极、继电器k1的一端、开关s1的一端并连接正极性电源vcc，电阻r5的另一端与与门u1a的7引脚相连接，与门u1a的5引脚与电阻r6的一端相连接，电阻r6的另一端与雨量信号相连接，与门u1a的输出端与三极管q3的基极相连接，三极管q3的集电极与继电器k1的另一端相连接，开关s1的另一端与电阻r10的一端相连接，电阻r10的另一端分别连接电阻r8的一端、三极管q5的集电极，三极管q5的基极分别连接电阻r8的另一端、电容c1的一端，三极管q5的发射极分别连接电阻r14的一端、电容c2的一端，电容c2的另一端分分别连接电阻r14的另一端、电阻r7的一端、信号接收电路中的电阻r18的一端并接地，电阻r7的另一端与三极管q3的发射极相连接；
45.所述减法电路包括电阻r9，电阻r9的一端分别连接三极管q4的发射极、放大器中的电阻r10的另一端、电阻r8的一端、三极管q5的集电极，电阻r9的另一端分别连接电阻r11的一端、开关s2的一端、运放器u2b的同相端，运放器u2b的反相端分别连接电阻r13的一端、电阻r15的一端，电阻r13的另一端连接标准信号，运放器u2b的输出端分别连接电阻r15的另一端、三极管q6的基极、二极管d1的正极，三极管q6的发射极与放大器中的继电器k1的一端相连接并连接正极性电源vcc，三极管q6的集电极与继电器k2的一端相连接，继电器k2的另一端与电阻r11的另一端相连接并接地，二极管d1的负极与三极管q4的基极相连接，三极管q4的集电极分别连接放大器中的电容c1的一端、三极管q5的基极、电阻r8的另一端，开关s1的另一端分别连接信号接收电路中的三极管q1的发射极、三极管q2的基极。
46.所述控制器11和储水控制器均通过自带的太阳能电池板供电。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。