一种径流小区径流泥沙测定装置的制作方法

1.本实用新型涉及径流泥沙监测技术领域，具体地，涉及一种径流小区径流泥沙测定装置。


背景技术：

2.径流小区是对坡地水土流失规律、水土保持效益、土壤侵蚀模型参数率定进行定量研究的一种测验设施，在水土保持监测中发挥着重要作用。目前径流小区径流泥沙监测方法有人工取样观测和自动化监测设备。人工取样观测主要是通过搅拌集流桶中水沙混合液，待水沙混合液均匀后取样(一般取3个)测定样本中的含沙量，然后通过含沙量计算总的泥沙量。人工取样法受搅拌均匀度和人为主观经验的影响，存在精度低、费时费力等问题，且有些集流池年久失修经常漏水和渗水造成测量误差很大。现有的径流小区自动采样设备主要是通过测定含沙量实现，如γ—射线法、超声法、电容法、光电法、激光法等，γ—射线法虽然有很大的测量优势，但是由于137cs放射源安全防护困难，对人体危害大，无法广泛使用。超声法测量含沙量范围窄，仅适合于低含沙量状态下测量。电容法受温度和流速的影响，电容两端输出电压随温度、土壤含盐量呈非线性变化，导致测量精度低。光电法精度受泥沙比重影响而未能广泛使用。激光法也由于泥沙粒径组成随时间不断变化而导致存在较大测量误差。通过称重法实现自动化测量的设备主要由于进水阀门极易堵塞，常导致设备精度低甚至失效等问题，如hl-1型径流泥沙自动检测系统。而且目前自动化监测设备价格较高，这也在一定程度上限制了设备的大范围推广。
3.坡面产沙随时间变化呈非线性变化，特别是南方红壤区、西南紫色土区、岩溶区等地土壤粘性强、颗粒大、含沙量不均一、极易堵塞，导致诸多在西北黄土高原地区应用效果较好的测验设备难以使用。为此，有必要提出一种新的径流小区径流泥沙测定装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种径流小区径流泥沙测定装置，可以对径流小区产流产沙进行精准、稳定的测定，同时该设备可适用于多种土壤侵蚀类型区，且具有操作简单、经济实用的优点。
5.根据本实用新型的一个方面，提供一种径流小区径流泥沙测定装置，包括过滤桶、集流桶、导流管、压力水表、浊度传感器、土壤水分测定仪和重力传感器；所述过滤桶用于过滤径流小区测流槽注入的粗颗粒沙石，所述土壤水分测定仪设于所述过滤桶的内部；所述过滤桶套设于所述集流桶内，所述过滤桶的底部与所述集流桶的底部不接触；所述重力传感器设于所述集流桶与所述过滤桶的衔接处；所述导流管的一端安装于所述集流桶底部，用于排出所述集流桶中的水沙浑浊液；自所述导流管的一端起，所述压力水表和所述浊度传感器依次设于所述导流管上。
6.优选地，所述过滤桶包括过滤桶圆台部和过滤桶体部，所述过滤桶圆台部为设于
所述过滤桶体部的顶部边缘的翻边结构。
7.优选地，所述集流桶包括集流桶圆台部和集流桶体部，所述集流桶体部用于承接所述过滤桶排出的水沙浑浊液，所述集流桶圆台部为设于所述集流桶体部的顶部边缘的翻边结构，所述集流桶圆台部与所述过滤桶圆台部契合。
8.优选地，所述过滤桶和所述集流桶均采用不锈钢桶。
9.优选地，所述导流管为pvc管。
10.优选地，所述重力传感器包扩重力接收部件、信号处理部件和显示部件，所述重力接收部件用于接收过滤桶的重力信号；所述信号处理部件用于将所述重力信号转化为电流信号；所述显示部件用于将所述电流信号可视化为重量值。
11.优选地，所述重力传感器的数量为四个，四个所述重力传感器在所述集流桶圆台部上均匀布置。
12.优选地，还包括用于固定所述装置的基台，所述集流桶设于所述基台上。
13.优选地，所述基台包括基台面和台脚，所述台脚设于所述基台面的下方，用于支撑所述基台面。
14.优选地，所述基台采用钢或混泥土浇筑形成。
15.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
16.本实用新型的径流小区径流泥沙测定装置，解决了产流过程中含沙量不均一，设备易堵塞等问题，可以对径流小区产流产沙进行精准、稳定的测定，水沙测、排同步进行，无需进行泥沙清理，只需进行简单设备维护，减小了人工输出；而且装置价格低，同时，本实用新型的径流小区径流泥沙测定装置可适用于多种土壤侵蚀类型区，适合推广，具有经济普适的特点，对于推动水土保持定位观测研究具有重要意义。
附图说明
17.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
18.图1为本实用新型实施例的径流小区径流泥沙测定装置的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例的过滤桶的剖面示意图；
20.图3为本实用新型实施例的重力传感器的结构示意图；
21.图中：1为过滤桶，101为过滤桶圆台部，102为土壤水分测定仪，103为过滤桶体部，2为重力传感器，201为重力接收部件，202为信号处理部件，203为显示部件，3为集流桶，301为集流桶圆台部，302为集流桶体部，4为导流管，5为压力水表，6为浊度传感器，701为基台面，702为基脚。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
23.本实用新型实施例提供一种径流小区径流泥沙测定装置，如图1-3所示，该装置包
括过滤桶1、集流桶3、导流管4、压力水表5、浊度传感器6、土壤水分测定仪102和重力传感器2；过滤桶1用于过滤径流小区测流槽注入的粗颗粒沙石，土壤水分测定仪102设于过滤桶1的内部，用于测定过滤后的土壤含水量；集流桶3用于承接过滤桶1排出的水沙浑浊液，过滤桶1套设于集流桶3内，过滤桶1的底部与集流桶3的底部不接触；重力传感器2设于集流桶3与过滤桶1的衔接处，用于测定过滤桶1内的泥沙重量；导流管4的一端安装于集流桶3底部，用于排出集流桶3中的水沙浑浊液；自导流管4的一端起，压力水表5和浊度传感器6依次设于导流管4上，压力水表5用于测定导流管4排出的径流量，浊度传感器6用于测定导流管4排出的含沙量。
24.在一个具体的实施方式中，过滤桶1包括过滤桶圆台部101和过滤桶体部103，过滤桶圆台部101为设于过滤桶体部103的顶部边缘的翻边结构，过滤桶体部103可以为呈桶体状的过滤网。
25.在一个具体的实施方式中，集流桶3包括集流桶圆台部301和集流桶体部302，集流桶体部302用于承接过滤桶1排出的水沙浑浊液，集流桶圆台部301为设于集流桶体部302的顶部边缘的翻边结构，集流桶圆台部301与过滤桶圆台部101契合，以承托过滤桶1，使过滤桶1悬空于集流桶3内。
26.在一个具体的实施方式中，过滤桶1和集流桶3均采用不锈钢桶。
27.在一个具体的实施方式中，导流管4为pvc管。
28.在一个具体的实施方式中，如图3所示，重力传感器2包括重力接收部件201、信号处理部件202和显示部件203，重力接收部件201用于接收过滤桶1的重力信号；信号处理部件202用于将重力信号转化为电流信号；显示部件203用于将电流信号可视化为重量值。
29.在一个具体的实施方式中，重力传感器2的数量为四个，四个重力传感器2在集流桶圆台部301上均匀布置，以测定过滤桶1内的泥沙重量。
30.在一个具体的实施方式中，还包括用于固定装置的基台，集流桶3设于基台上。
31.在一个具体的实施方式中，基台包括基台面701和台脚702，台脚702设于基台面701的下方，用于支撑基台面701。
32.在一个具体的实施方式中，基台可以采用钢浇筑形成，以起到可靠的固定作用。
33.在另一具体的实施方式中，基台可以采用混泥土浇筑形成。
34.由于上述技术方案，本实用新型实施例中的径流小区径流泥沙测定装置，解决了现有技术中存在的产流过程中设备易堵塞、含沙量不均一、径流流速不稳定、精度低、价格高等问题，可以对径流小区产流产沙进行精准、稳定的测定，水沙测、排同步进行，无需进行泥沙清理，只需进行简单设备维护，减小了人工输出，同时该设备可适用于多种土壤侵蚀类型区，操作简单，经济实用，具有经济普适的特点，对于推动水土保持定位观测研究具有重要意义。
35.本实施例中的装置监测径流小区径流量和泥沙含量的实施过程具体如下：
36.当径流小区产流时，泥水会进入过滤桶1，过滤后的泥水流入集流桶3，经导流管4，流经压力水表5和浊度传感器6。产流结束后，大颗粒泥水沙滞留在过滤桶1内，重力传感器2测出滞留在过滤桶1的过滤网中的泥沙湿重，土壤水分测定仪102测定过滤桶1的过滤网中土壤含水量，压力水表5测出流经压力水表5的浑水流量，浊度传感器6测定流经压力水表5的含沙量。
37.(1)设产流结束后重力传感器2读数为m，则m＝m0 m1，其中m0为过滤桶的质量，是已知量；m1是过滤桶中湿土的质量，单位kg；土壤水分测定仪102读数为cw，表示过滤桶体部中土壤质量含水量，单位％；则过滤桶中泥沙质量采用如下1.1式计算：
[0038][0039]
过滤桶中径流质量采用如下1.2式计算：
[0040][0041]
(2)设压力水表5的读数为q，代表浑水流量，单位为m3；浊度传感器6的读数为s，代表含沙量，单位为kg/m3；则产流后经导流管流入压力水表(5)的泥沙量采用2.1式计算：
[0042]m沙2
'＝q
×sꢀꢀ
(2.1)
[0043]
由于流经压力水表5的液体为泥沙混合液，其读数q是水和细颗粒土的体积之和，因此水的体积v
水
采用2.2公式计算：
[0044][0045]
上式中，ρ
沙
为沙粒密度，为已知量，取中值2.65g/cm3，v
水
单位为m3；则：
[0046][0047]
因为纯水密度为1000kg/m3，为已知量，所以流经压力水表5的水体质量采用2.4式计算：
[0048][0049]
上式中，m
水2’的单位为kg。
[0050]
(3)一场降雨产流量和产沙量分别为滞留在过滤桶1的过滤网中的水量和泥沙量与流经压力水表的水量和泥沙量之和，所以产流量m
径流
和产沙量m
泥沙
分别采用3.1和3.2式计算：
[0051][0052][0053]
上式中，产流量m
径流
和产沙量m
泥沙
的单位均为kg。
[0054]
本实用新型的上述实施例，具有如下有益效果：本实用新型实施例中的径流小区径流泥沙测定装置，解决了产流过程中含沙量不均一、设备易堵塞等问题，可以对径流小区产流产沙进行精准、稳定的测定，水沙测、排同步进行，无需进行泥沙清理，只需进行简单设备维护，减小了人工输出；而且装置价格低，同时，本实用新型实施例的径流小区径流泥沙测定装置可适用于多种土壤侵蚀类型区，适合推广，具有经济普适的特点，对于推动水土保持定位观测研究具有重要意义。
[0055]
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。