专利名称：农田或坡地径流水流量监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业灌溉监测技术，特别涉及一种农田或坡地径流水流量监测装置。
背景技术：
水土流失、面源污染、农林地养分流失、污染物和养分在土壤中的迁移是目前我国生态、环境、农林业所面临的严峻问题，其中，径流是导致这些问题的引发者和主要载体，因此，对径流的研究和监测有着十分重要的意义。目前，对径流的研究和监测主要集中于径流的精确测量上，分为连续性径流测量和间歇性径流测量。本发明针对间歇性径流测量进行说明，也就是对农田径流、坡面径流、 土壤渗透流等无压、低水头、小流量、间歇性的径流进行研究。现有测量间歇性径流采用的方法是集水池法，即在径流出口处修建一个径流池 (有些带有分流装置)，将径流水收集在水池中，然后计算集水池中的水量，根据计算得到的集水池中水量以及统计的积水时间，获取径流相关参数，例如，获取统计时间内的径流总量、径流量、径流量分布曲线等。但上述的集水池法，存在比较明显的缺陷，例如，只能测量径流的总量或者平均径流量，不能获取径流的动态过程，举例来说，不能获取径流量、与时间的实时关系曲线，从而使得获取的径流相关参数实时性较差；进一步地，当径流量大时，集水池容易发生溢出，影响径流的测量精度。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种农田或坡地径流水流量监测装置，提高径流监测的实时性以及径流的测量精度。为达到上述目的，本发明提供的一种农田或坡地径流水流量监测装置，包括径流水收集器、虹吸管、虹吸管进水口阀、进水口阀浮子、连杆、虹吸管排气阀、虹吸管出水口阀、 压力传感器以及虹吸发生器，其中，径流水收集器，用于收集农田或坡地径流水；虹吸管，用于将来自虹吸管进水口阀的径流水经虹吸管出水口阀虹吸至虹吸发生器；虹吸管进水口阀，用于在进水口阀浮子的控制下，通过开启或关闭控制径流水收集器内径流水的流向；进水口阀浮子，设置于虹吸管进水口阀下方，可在虹吸管进水口阀下方浮动，用于在径流水收集器内的水位降低时，逐渐关闭虹吸管进水口阀；在径流水收集器内的水位升高时，逐渐开启虹吸管进水口阀；连杆，用于连接虹吸管进水口阀与进水口阀浮子；虹吸管排气阀，用于在虹吸管进水口阀和虹吸管出水口阀关闭时，往虹吸管内注水并排出虹吸管内空气，并在虹吸管内注满水时关闭；
虹吸管出水口阀，用于将虹吸管内的水导出至虹吸发生器；压力传感器，用于感测径流水收集器内液面压力参数并存储；虹吸发生器，设置有溢流口，溢流口液面高度小于径流水收集器内液面高度。所述连杆为弹簧，一端与进水口阀浮子固连，另一端与虹吸管进水口阀固连。进一步包括无线发射器，用以将压力传感器采集的液面压力参数信息进行发送。所述压力传感器感测到液面压力参数超过预先设定的第一阈值时，触发进水口阀浮子控制器开启虹吸管进水口阀，在感测到液面压力参数低于预先设定的第二阈值时，触发进水口阀浮子控制器关闭虹吸管进水口阀。由上述技术方案可见，本发明实施例的农田或坡地径流水流量监测装置，径流水收集器，用于收集农田或坡地径流水；虹吸管，用于将来自虹吸管进水口阀的径流水经虹吸管出水口阀虹吸至虹吸发生器；虹吸管进水口阀，用于在进水口阀浮子的控制下，通过开启或关闭控制径流水收集器内径流水的流向；进水口阀浮子，设置于虹吸管进水口阀下方，可在虹吸管进水口阀下方浮动，用于在径流水收集器内的水位降低时，逐渐关闭虹吸管进水口阀；在径流水收集器内的水位升高时，逐渐开启虹吸管进水口阀；连杆，用于连接虹吸管进水口阀与进水口阀浮子；虹吸管排气阀，用于在虹吸管进水口阀和虹吸管出水口阀关闭时，往虹吸管内注水并排出虹吸管内空气，并在虹吸管内注满水时关闭；虹吸管出水口阀， 用于将虹吸管内的水导出至虹吸发生器；压力传感器，用于感测径流水收集器内液面压力参数并存储；虹吸发生器，设置有溢流口，溢流口液面高度小于径流水收集器内液面高度。 这样，可以获取累积径流量与时间的分布曲线、瞬时径流速度与时间的关系曲线，从而可以动态观察径流，提高了径流监测的实时性；在径流水量超出预先设置的容量时，将装置中径流水引出至外部的容器中，避免了径流量较大时，径流水量溢出装置导致的径流的测量精度较低的问题；而且，本发明的农田或坡地径流水流量监测装置结构简单、可动态放置，机动性好，能够实现多点监测，可以测量不同时段、不同气候条件下农田或坡地径流水的变化情况。


图1为本发明农田或坡地径流水流量监测装置结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。现有技术中，集水池法修建的集水池属于固定性设施，机动性较差，且容易受径流量大的影响产生溢出现象，此外，只能获取一段时间内的径流水量以计算其平均径流参数。当液态分子间引力与位能存在差异时将导致虹吸现象，S卩如果两个容器内的液面存在水柱压力差时，通过连通管的作用，水会从液面压力大的容器流向液面压力小的容器， 直至两个容器的液面压力差为零，即两容器内的液面变成相同的高度，虹吸作用停止。本发明中，基于现有集水池法存在的缺点，结合虹吸原理，考虑采用流量监测装置代替集水池，使之具有机动性，可在多点同时布置该装置；并在该装置中利用虹吸原理，当装置中的水位达到预先设置的阈值时，通过虹吸作用将装置中的径流水引出至外部的容水器以避免装置中径流水溢出的问题，同时计算引出的水量；而且，在装置中设置压力传感模块，用于感知装置中液面压力参数，以便于后续结合该液面压力参数以及外部容水器中的容水量分析径流的动态特性。图1为本发明农田或坡地径流水流量监测装置结构示意图。参见图1，该监测装置包括径流水收集器11、虹吸管12、虹吸管进水口阀13、进水口阀浮子14、连杆15、虹吸管排气阀16、虹吸管出水口阀17、压力传感器18以及虹吸发生器19，其中，径流水收集器11，用于收集农田或坡地径流水；虹吸管12，用于将来自虹吸管进水口阀13的径流水经虹吸管出水口阀17虹吸至虹吸发生器19 ；虹吸管进水口阀13，用于在进水口阀浮子14的控制下，通过开启或关闭控制径流水收集器11内径流水的流向；进水口阀浮子14，设置于虹吸管进水口阀13下方，可在虹吸管进水口阀13下方浮动，用于在径流水收集器11内的水位降低时，逐渐关闭虹吸管进水口阀13 ；在径流水收集器11内的水位升高时，逐渐开启虹吸管进水口阀13 ；连杆15，用于连接虹吸管进水口阀13与进水口阀浮子14 ；当然，实际应用中，连杆15也可以为弹簧，一端与进水口阀浮子14固连，另一端与虹吸管进水口阀13固连。虹吸管排气阀16，用于在虹吸管进水口阀13和虹吸管出水口阀17关闭时，往虹吸管12内注水并排出虹吸管12内空气，并在虹吸管12内注满水时关闭；虹吸管出水口阀17，用于将虹吸管12内的水导出至虹吸发生器19 ；压力传感器18，用于感测径流水收集器11内液面压力参数并存储；实际应用中，也可以设置无线发射器，用以将压力传感器18采集的液面压力参数信息进行发送，使得技术人员通过特定的软件，可以实时获取该农田或坡地径流水相关参数。虹吸发生器19，设置有溢流口 20，溢流口液面高度小于径流水收集器11内液面高度。下面对该农田或坡地径流水流量监测装置的工作过程进行说明。预先在需要进行农田或坡地径流水流量监测的地方放置径流水收集器11以及虹吸发生器19，虹吸发生器19上设置有溢流口，溢流口液面高度小于径流水收集器内液面高度，也就是低于径流水收集器11内最低液面高度，并将压力传感器18装置于径流水收集器 11内，在径流水收集器11内液面超过压力传感器18时，感测径流水收集器11内液面压力参数并与相应的时间信息进行存储；在径流水收集器11和虹吸发生器19之间安装好虹吸管12，虹吸管进水口阀13通过连杆15与进水口阀浮子14相连，通过进水口阀浮子14控制虹吸管进水口阀13的开闭。然后，关闭虹吸管进水口阀13以及虹吸管出水口阀17，通过虹吸管排气阀16往虹吸管12中注水以排出虹吸管12内空气，注满水后，关闭虹吸管排气阀 16。当径流水收集器11收集农田或坡地径流水后，径流水收集器11内液面升高，压力传感器18感测液面压力参数并存储，同时，进水口阀浮子14往上浮动，通过支架15克服虹吸管进水口阀13的开启预紧力，当液面上升到一定高度，进水口阀浮子14上浮的浮力完全克服虹吸管进水口阀13的开启预紧力，开启虹吸管进水口阀13，在虹吸原理的作用下，径流水收集器11内收集的农田或坡地径流水通过虹吸管12流出至虹吸发生器19，随着径流水收集器11内液面的升高，虹吸管进水口阀13开启程度也相应增大，随后，径流水收集器11内液面下降，进水口阀浮子14上浮的浮力减小，虹吸管进水口阀13在预紧力作用下逐渐关闭虹吸管进水口阀13，在径流水收集器11内液面下降至一定位置时，虹吸管进水口阀13关闭，虹吸停止。由于径流水收集器11、虹吸管12的结构尺寸可以通过测量得到，通过获取径流水收集器11内液面压力参数，根据现有相关技术文献资料以及实验结果，可以得到液面压力参数与径流水收集器11内液面高度的关系曲线，从而可以计算出相应时间点对应的流入径流水收集器11的径流总量以及径流速度；同时，根据虹吸原理相关技术文献，也可以从上述液面压力参数获取对应的相应时间点流出径流水收集器11的径流总量以及径流速度，这样，根据流入以及流出径流水收集器11的相关参数，可以获取两时间点内的农田或坡地径流水总量、平均径流水流量以及瞬时径流水流量，从而可以动态观察径流，提高了径流监测的实时性，径流的测量精度高。实际应用中，也可以在压力传感器18感测到液面压力参数超过预先设定的第一阈值时，触发进水口阀浮子控制器迅速开启虹吸管进水口阀13，而在压力传感器18感测到液面压力参数低于预先设定的第二阈值时，触发进水口阀浮子控制器迅速关闭虹吸管进水口阀13。这时，虹吸管进水口阀可以为电磁阀。较佳地，可以设置虹吸管管径较大，以尽快排出径流水收集器11内的径流水，这样，由于排水时间较短，压力传感器18在该排水期间感测到的液面压力参数可不参与计算，只需要计算压力传感器18感测到的从第二阈值到第一阈值时存储的液面压力参数，这样，可以简化计算，对径流的测量精度影响不大。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进及优化等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种农田或坡地径流水流量监测装置，其特征在于，该装置包括径流水收集器，用于收集农田或坡地径流水；虹吸管，用于将来自虹吸管进水口阀的径流水经虹吸管出水口阀虹吸至虹吸发生器；虹吸管进水口阀，用于在进水口阀浮子的控制下，通过开启或关闭控制径流水收集器内径流水的流向；进水口阀浮子，设置于虹吸管进水口阀下方，可在虹吸管进水口阀下方浮动，用于在径流水收集器内的水位降低时，逐渐关闭虹吸管进水口阀；在径流水收集器内的水位升高时， 逐渐开启虹吸管进水口阀；连杆，用于连接虹吸管进水口阀与进水口阀浮子；虹吸管排气阀，用于在虹吸管进水口阀和虹吸管出水口阀关闭时，往虹吸管内注水并排出虹吸管内空气，并在虹吸管内注满水时关闭；虹吸管出水口阀，用于将虹吸管内的水导出至虹吸发生器；压力传感器，用于感测径流水收集器内液面压力参数并存储；虹吸发生器，设置有溢流口，溢流口液面高度小于径流水收集器内液面高度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连杆为弹簧，一端与进水口阀浮子固连，另一端与虹吸管进水口阀固连。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，进一步包括无线发射器，用以将压力传感器采集的液面压力参数信息进行发送。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述压力传感器感测到液面压力参数超过预先设定的第一阈值时，触发进水口阀浮子控制器开启虹吸管进水口阀，在感测到液面压力参数低于预先设定的第二阈值时，触发进水口阀浮子控制器关闭虹吸管进水口阀。
全文摘要
本发明公开了一种农田或坡地径流水流量监测装置。包括收集农田或坡地径流水的径流水收集器；将来自虹吸管进水口阀的径流水经虹吸管出水口阀虹吸至虹吸发生器的虹吸管；在进水口阀浮子的控制下控制径流水收集器内径流水流向的虹吸管进水口阀；设置于虹吸管进水口阀下方的进水口阀浮子；连接虹吸管进水口阀与进水口阀浮子的连杆；用于在虹吸管内注水并排出虹吸管内空气，在虹吸管注满水时关闭的虹吸管排气阀；将虹吸管内的水导出至虹吸发生器的虹吸管出水口阀；感测径流水收集器内液面压力参数并存储的压力传感器；设置有溢流口液面高度小于径流水收集器内液面高度的虹吸发生器。应用本发明，可以提高径流监测的实时性以及径流的测量精度。
文档编号G01F11/32GK102455200SQ20101051489
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者龙怀玉 申请人:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所