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1、(10)申请公布号 CN 102401825 A (43)申请公布日 2012.04.04 CN 102401825 A *CN102401825A* (21)申请号 201110241821.0 (22)申请日 2011.08.22 G01N 33/24(2006.01) (71)申请人 华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区朱辛庄北农路 2 号 (72)发明人 李中 黄国和 阳艾利 张晓东 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 史双元 (54) 发明名称 一种集成式坡面径流模拟与监测装置 (57) 摘要 本发明公开了属于水文模拟技术领域的一种。
2、 集成式坡面径流模拟与监测装置。该装置由三个 组成部分组成 ： 可拆装式多道多级变坡钢槽， 用 于承载模拟流域下垫面的土样和植被 ； 产流采集 与监测系统， 用于实现自动计量和记录产流 ； 一 体化下垫面监测系统， 用于自动监测产流动态过 程中下垫面参数的变化并将数据传输到操作控制 台。本发明的系统结构紧凑， 集成下垫面模拟、 监 测以及小区产流的采集和记录， 易于安装， 设备操 作简单， 易于维护， 运行安全可靠。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102401827 A1/1 页 2 。
3、1. 一种集成式坡面径流模拟与监测装置， 其特征在于， 钢槽隔板 (8) 置于液压变坡钢 槽(6)内， 钢槽隔板(8)两端底部有可拆卸安装的滚轮， 可依据坡面径流试验的需要把液压 变坡钢槽 (6) 分隔成两道或两道以上， 各级液压变坡钢槽 (6) 分别由对应的液压油缸 (7) 及其支架 (2) 与底座 (1) 连接， 土样进料口 (3) 依次与土样槽 (4) 和传送带输送机 (5) 相 连， 传送带输送机 (5) 和传送带控制台 (9) 相连 ； 集水槽 (13) 通过导流管 (16) 与总集水 槽 (14) 相连， 总集水槽 (14) 与排水孔 (17) 相连， 水位仪 (15) 置于集水槽。
4、 (13) 内 ； 探头架 (18) 置于液压变坡钢槽 (6) 中的土样内， 探头架 (18) 上放置监测设备， 监测设备的探头连 接数据存储设备， 数据存储设备与操作控制台 (10) 相连接。 2.根据权利要求1所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置， 其特征在于， 土样槽(3) 由土料斗本体 (11) 和闸门提升机 (12) 组成。 3. 根据权利要求 1 所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置， 其特征在于， 液压变坡 钢槽 (6) 依次与液压油缸 (7) 和液压变坡钢槽控制台 (19) 连接， 变坡幅度为 0 45。 4. 根据权利要求 1 所述一种集成式坡面径流模拟与监测装置， 其特征在。
5、于， 所述监测 设备为土壤蒸渗仪、 植物蒸腾测定仪、 温度测量仪、 土壤入渗仪、 土壤含水率测定仪、 雨量 计、 地表坡面径流测量仪中的一种或一种以上。 权 利 要 求 书 CN 102401825 A CN 102401827 A1/3 页 3 一种集成式坡面径流模拟与监测装置 技术领域 0001 本发明属于水文模拟技术领域， 具体涉及一种集成式坡面径流模拟与监测装置。 背景技术 0002 近百年来， 受人类活动和气候变化的影响， 洪旱灾害更为频繁， 水资源短缺问题日 益严峻， 水资源管理已经成为全球性的迫切问题。 水文模型可预测径流量， 被认为是水资源 管理最有效的工具之一。产汇流过程是水。
6、文模拟的核心， 与坡面产流有关的下垫面参数是 水文模型必不可少且最为关键的输入。由于下垫面特性的高度异质性， 其坡面径流机制复 杂， 其产汇流区模型的参数也各异， 分布式水文模型中下垫面参数的复杂性很高。 传统上主 要依赖于野外实测和依照水文气象资料率定的方法获取下垫面水文参数。然而， 野外试验 在有限地点测定的参数难以反映其在整个流域的空间分布规律， 且现场试验需要花费很大 的人力和物力 ； 而依据流域出口断面水文资料来率定为数众多的子流域或子区域的参数， 其结果也存在很大不确定性。为弥补两种传统方法的缺陷， 国内外均进行了产流过程室内 模拟的尝试， 但已有的研究仍主要停留于对小区产流的采集。
7、和计量方法的研究， 无法反映 全面坡面产流的复杂性 ； 且由于缺乏对下垫面整体的模拟和监测， 无法解决获取分布式水 文模型下垫面水文参数的问题。因此， 如何低成本、 有效、 准确的获取多种不同下垫面的产 汇流参数， 是当前产汇流机制以及水文模型研究面临的一大问题。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种集成式坡面径流模拟与监测装置。 0004 一种集成式坡面径流模拟与监测装置， 该装置由三个组成部分组成 ： 可拆装式多 道多级变坡钢槽， 产流采集与监测系统和一体化下垫面监测系统 ； 可拆装式多道多级变坡 钢槽包括底座 1、 支架 2、 土样进料口 3、 土样槽 4、 传送带输送机 5、 。
8、液压变坡钢槽 6、 液压油 缸 7、 钢槽隔板 8、 传送带控制台 9、 操作控制台 10 ； 钢槽隔板 8 置于液压变坡钢槽 6 内， 隔板 两端底部有可拆卸安装的滚轮， 可依据坡面径流试验的需要把液压变坡钢槽 6 分隔成两道 或两道以上， 各级液压变坡钢槽 6 分别由对应的液压油缸 7 及其支架 2 与底座 1 连接， 支架 2 垂直于底座 1 放置， 土样进料口 3 依次与土样槽 4、 传送带输送机 5、 和传送带控制台 9 相 连 ； 产流采集与监测系统包括集水槽13、 总集水槽14、 水位仪15、 导流管16和排水孔17 ； 集 水槽 13 通过导流管 16 与总集水槽 14 相连，。
9、 总集水槽 14 与排水孔 17 相连， 水位仪 15 置于 集水槽 13 内 ； 一体化下垫面监测系统包括探头架 18、 监测设备和数据存储设备 ； 探头架 18 置于液压变坡钢槽 6 中的土样内， 探头架 18 上放置监测设备， 监测设备的探头连接数据存 储设备， 数据存储设备与操作控制台 10 相连接。 0005 土样槽 3 由土料斗本体 11 和闸门提升机 12 组成。 0006 液压变坡钢槽 6 变坡幅度为 0 45。 0007 所述监测设备为土壤蒸渗仪、 植物蒸腾测定仪、 温度测量仪、 土壤入渗仪、 土壤含 水率测定仪、 雨量计、 地表坡面径流测量仪中的一种或一种以上。 说 明 书。
10、 CN 102401825 A CN 102401827 A2/3 页 4 0008 本发明的有益效果 ： 1、 集成下垫面模拟、 监测以及小区产流的采集和记录， 系统结 构紧凑， 能反映坡面产流过程的复杂性。 2、 能配合不同产流机制研究的需要， 灵活拆卸和安 装各部件， 以满足下垫面宽度、 坡度以及土质和植被类型的模拟需要。 3、 可实现下垫面模拟 土样和植被自动进样， 省时省力。4、 可实现小区产流流量及其他多个下垫面参数的全过程 测量与记录。5、 易于安装， 设备操作简单， 易于维护， 运行安全可靠。6、 全自动操作， 无需专 人看管。 附图说明 0009 图 1 为集成式坡面径流模拟。
11、与监测装置示意图 ； 0010 图 2 为集成式坡面径流模拟与监测装置侧视图 ； 0011 图 3 为集成式坡面径流模拟与监测装置俯视图 ； 0012 图中， 1- 底座、 2- 支架、 3- 土样槽、 4- 土样进料口、 5- 传送带输送机、 6- 液压变坡 钢槽、 7- 液压油缸、 8- 钢槽隔板、 9- 传送带控制台、 10- 操作控制台、 11- 土料斗本体、 12- 闸 门提升机、 13- 集水槽、 14- 总集水槽、 15- 水位仪、 16- 导流管、 17- 排水孔、 18- 探头架、 19- 液压变坡钢槽控制台。 具体实施方式 0013 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步。
12、说明。 0014 一种集成式坡面径流模拟与监测装置(如图1-3所示)， 该装置由三个组成部分组 成 ： 可拆装式多道多级变坡钢槽， 产流采集与监测系统和一体化下垫面监测系统 ； 可拆装 式多道多级变坡钢槽包括底座1、 支架2、 土样槽3、 土样进料口4、 传送带输送机5、 液压变坡 钢槽 6、 液压油缸 7、 钢槽隔板 8、 传送带控制台 9、 操作控制台 10 ； 钢槽隔板 8 置于液压变坡 钢槽 6 内， 隔板两端底部有可拆卸安装的滚轮， 可依据坡面径流试验的需要把液压变坡钢 槽 6 分隔成两道或两道以上， 各级钢槽分别由对应的液压油缸 7 及支架 2 与底座 1 连接， 支 架 2 垂直。
13、于底座 1 放置， 土样进料口 3 依次与土样槽 4、 传送带输送机 5、 和传送带控制台 9 相连 ； 产流采集与监测系统包括集水槽13、 总集水槽14、 水位仪15、 导流管16和排水孔17 ； 集水槽 13 通过导流管 16 与总集水槽 14 相连， 总集水槽 14 与排水孔 17 相连， 水位仪 15 置 于集水槽 13 内 ； 一体化下垫面监测系统包括探头架 18、 监测设备和数据存储设备 ； 探头架 18 置于液压变坡钢槽 6 中的土样内， 探头架 18 上放置监测设备， 监测设备的探头连接数据 存储设备， 数据存储设备与操作控制台10相连接 ； 土样槽3由土料斗本体11和闸门提升。
14、机 12 组成。 0015 液压变坡钢槽 6 由结构件、 液压油缸、 控制元部件及辅助装置组成。结构件包括底 座和连接杆等， 其主要功能是承受和传递钢槽的载荷 ； 液压油缸实现钢槽的变坡收放， 由液 压变坡钢槽控制台 19 实现变坡幅度的控制。本液压变坡钢槽分两节， 可自由组合以模拟不 同的坡度， 变坡幅度为 0 45。坡面径流模拟试验准备阶段， 土样在重力和闸门提升机 的共同作用下落至传送带输送机 5 上， 传送带输送机 5 由传送带控制台 9 控制。传送带输 送机由橡胶输送带、 中部构架、 托辊、 驱动装置和张紧装置组成， 并作防水处理， 在坡面径流 试验准备阶段可辅助将土样填装到液压变坡。
15、钢槽 6 里。传送带输送机 5 动力消耗低、 输送 机能灵活。坡面径流试验土样量重且量大， 将其均匀地填装到变坡钢槽原本需要很大的人 说 明 书 CN 102401825 A CN 102401827 A3/3 页 5 力物力， 传送带输送机 5 的辅助可以极大程度的节约人力。可拆装式多道多级变坡钢槽由 操作控制台 10 进行调控， 控制土样进料的速率、 传送带的输送速率以及各节钢槽的坡度变 幅。 0016 集水槽 13 的水可通过有排流闸阀控制的导流管 16 排入总集水槽 14 最终通过排 水孔 17 排出。该产流采集系统结构简单， 可同时监测任意时刻多种下垫面不同深度的径流 过程， 且能实。
16、现自动计量和记录产流， 与传统产流采集方法相比， 操作更简单， 监测更高效。 0017 坡面监测装置及参数测量设备包括探头架 18、 监测设备和数据存储设备。探头架 置于变坡钢槽的土样中， 可依据试验需要灵活拆卸和安装。探头架放置土壤蒸渗仪、 植物 蒸腾测定仪、 温度测量仪、 土壤入渗仪、 土壤含水率测定仪、 雨量计及地表坡面径流测量仪， 全自动监测产流动态过程中下垫面参数的变化。探头实时监测的数据传输到操作控制台 10 的存储主控机中集中保存。存储主控机可本地存储大量数据， 也可在现场通过数据接口 下载数据 ； 或在有远程请求时通过向管理中心传输数据。与现有事件记录仪或数据采集器 相比， 该。
17、监测系统可同时使用多种、 多个的监测设备， 灵活性高， 自动化程度高， 运行管理方 便。 0018 为克服坡面径流模拟试验中降雨量波动过大所引起的小区产流排水的困难， 集成 式坡面径流模拟系统允许用户特别选择具有反馈控制功能的调节器， 将雨量信号直接引入 控制器， 控制器按照降雨量值按比例控制集水槽排水阀， 在大降雨量波动条件下进行反馈 调节， 实现整个系统在设定降雨强度浓度范围内的准确控制。 说 明 书 CN 102401825 A CN 102401827 A1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102401825 A CN 102401827 A2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 102401825 A 。