专利名称：一种近地表风沙流长期监测方法
技术领域：
本发明涉及一种大气环境沙尘量长期监测方法，具体涉及一种近地表风沙流长期 监测方法。
背景技术：
近地表风沙流输沙通量是研究风沙运动规律以及沙区工程设计必须考虑的问题。 常用的风沙流监测方法是直接捕获法，使用的工具为各种类型的集沙仪。按照收集原理，集 沙仪可分为主动式和被动式，主动式多用于风洞内，而被动式由于使用方便，被大量使用。 被动式集沙仪已发展出众多的类型。分析发现，它们存在以下问题(1)大部分被动式集沙 仪的储沙空间极为有限，只适合短时段观测，长时间观测集沙效率下降，误差增加；(2)部 分只能收集一个方向的风沙流输沙，而少部分能够收集所有方向的输沙，对于后者，多数只 将各方向的输沙混合收集，得到总输沙量，极少部分能够按照不同风向分别进行收集，得到 各方向的输沙量。风沙监测集沙仪(专利号200620092161. 9)是一种带有旋转装置的楔形集沙仪， 不仅能够区分不同高度的输沙，而且收集所有风向的输沙总量，但是它的集沙空间较小，不 适合长时间观测。风沙流流量监测仪(专利号200610105285.0)是一种带有旋转装置的 管状集沙仪，进沙口均勻连接在一个剖开的金属管上，沙物质通过进沙口、金属管到达地下 的储沙盒，可以收集所有风向的总输沙，它有较大的储沙空间，可以实现所有风向输沙较长 时段观测。但该集沙仪的金属管没有排气装置，而将通气孔设计在集沙桶的盖板上，集沙 管内涡流发育，沙颗粒容易溢出，导致整体集沙效率降低。不同风向定点集沙仪(专利号 97229178. 4)是一种圆筒形集沙仪，圆筒的侧壁从上到下安装有进沙口和引沙通道，圆筒中 间为排气通道，各方向的沙粒经引沙通道收集到地下相应的集沙盒中。它有较大的储沙空 间，可以实现不同风向输沙较长时段观测，获得所有方向的总输沙量。但它地上部分为圆筒 形，体积较大，对风沙流场干扰较大，同时进沙口从上到下呈均勻布设，下层对风沙流阻力 较大，导致观测误差增大。本发明针对以上几种全向被动式集沙仪风沙流输沙观测方法存在的问题，同时借 鉴它们的优点，提供出一种对气流干扰小、排气性能好、集沙空间大、区分风向收集积沙的 近地表风沙流输沙监测方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有上述监测方法存在的不足，提供一种适于风沙流长期监 测的集沙仪和监测方法，该方法中涉及装置地上部分为采沙装置由采沙器、风力驱动转向 装置及地面保护环组成，地下部分为储沙装置由固定外桶及集沙盒组成。自然风力作用下 风向标产成旋转力矩，围绕轴承、转轴，支撑杆带动旋转圆盘及与它焊接在一起的采砂器随 风转动。采用该方法可以利用风力驱动采沙器转动，使进沙口始终正对风向，而同一风向范 围的输沙都收集在同一个积沙盒中，能够有效防止采沙器周围风蚀造成的观测数据失真现
3象发生，大的储沙空间能够实现长时间连续观测。该方法适合于野外无人看管条件下风沙 流长期定点观测，可以减轻观测者的野外工作强度。本发明所述的一种近地表风沙流长期监测方法，该方法中涉及装置的地上部分采 沙装置由采沙器、风力驱动转向装置及地面保护环和地下部分储沙装置为固定外桶及集沙 盒组成，其中采沙器是由叠加进沙通道(1)、导沙通道(3)、排气网(2)、出沙口(4)、挡沙槽 (5)、辅助挡沙板(25)和采沙器口罩(6)组成；风力驱动转向装置是由旋转圆盘(7)、支撑 杆(8)、尾翼(9)、转轴(10)、旋转轴承(11)、固定环(12)、固定螺丝(13)组成；地面保护环 是由圆环(23)和裙边(24)组成；固定外桶是由固定外桶(17)和支撑横杆(19)组成。具 体操作按下列步骤进行a、选择一个地形平坦地块，用铁锹挖一个略大于固定外桶(17)直径的圆坑，坑深 度稍大于固定外桶(17)的高度，坑底部铺衬木板或砖，平整；b、将固定外桶(17)放于坑内，固定外桶(17)的上沿与地表平齐，用罗盘定出“北” 方向，旋转固定外桶(17)，使任一相邻两支撑横杆(19)之间的桶壁中线刻度(21)对准正北 方向，并在桶壁中线(21)上用记号笔标出“N”，同样在其它的相邻两支撑横杆(19)之间的 桶壁中线(21)上标出相应方位；再将挖出的土回填到桶外与坑壁之间的间隙，并踏实；C、将集沙盒(18)分别放置于相邻支撑横杆(19)之间，集沙盒(18)的折边(22) 悬挂在两边的支撑横杆(19)上，用记号笔在各集沙盒外壁上写上与桶壁上标示的方位；d、将采沙器中的进沙通道⑴和导沙通道(3)相互贯通，成45-60°夹角焊接，排 气网(2)焊接在进沙通道(1)后端两侧壁上，出沙口(4)对接固定在旋转圆盘(7) —侧的 槽(15)中；支撑杆(8)焊接在旋转圆盘(7)的圆心，旋转轴承(11)、转轴(10)与固定外桶 (17)内的支撑横杆(19)采用螺母(20)固定；固定环(12)焊接在旋转轴承(11)外环上； 调整旋转圆盘(7)，使固定孔(16)与固定环(12)上的孔对正，用固定螺丝(13)固定；尾翼 (9)的一端固定在支撑杆(8)的上部，尾翼(9)与采沙器分别处于支撑杆(8)两侧，两者在 同一竖直平面上；挡沙槽(5)和辅助挡沙板(25)固定在旋转圆盘(7)底部的槽(15)上，由 四块挡沙片连接在一起，围成一个上大下小的楔形空间；e、防护圆环(23)的外沿焊接有向下的裙边(24)，其侧面与水平面斜交，将防护圆 环(23)套在固定外桶(17)上沿外的土地上，上面铺撒一层自然地表土壤，近似恢复原始地 表状态；f、采沙装置周围的沙面稳定一段时间后，将采沙器口罩(6)从进沙通道(1)上取 下，记下当时的时刻，作为仪器开始工作时间，工作一段时间后，盖上采沙器口罩(6)，记下 当时时刻，为仪器暂停工作时间；松开固定螺丝(13)，将旋转圆盘(7)取出，并小心放在一 边，按照次序拿出各集沙盒(18)，将集沙盒(18)内收集的沙物质倒入样品袋中，并在样品 袋上写上集沙盒上标记的方位；样品逐个取完后，将固定外桶(17)底部堆积的沙物质清理 干净；g、按照标记的方位将各积沙盒(18)放入相应的位置，再将旋转圆盘(7)安装到原 位，重新开始再次观测。所述方法中步骤b固定外桶(17)的内壁上部焊接有等角度排列的支撑横杆(19)， 它将固定外桶内部空间分成若干个等份的扇柱。所述方法中步骤c的集沙盒(18)为扇柱形。
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所述方法中步骤d进沙通道(1)采用垂直不均勻叠加排列方式，截面为矩形，采沙 器口罩(6)安装在进沙通道⑴的口上。本发明所述的一种近地表风沙流长期监测方法，该方法的特点为风向标、采砂 器、旋转圆盘通过支撑杆刚性连接在一起，采沙装置能够随风转动，可以收集所有风向的输 沙；旋转圆盘与固定外筒之间有间隙，可以确保地面风沙活动不影响采沙装置转动；集沙 盒具有较大储沙空间，能够连续进行长时间观测；集沙装置能够区分不同风向来的输沙，并 分别收集在不同的容器内；采沙装置地上部分外形对近地表气流扰动小，能提高积沙效率； 采沙装置周围沙面相对稳定，提高长期观测的数据可靠性。本发明所述的一种近地表风沙流长期监测方法的有益效果有(1)本发明储沙空间大，可收集不同风向的风沙流输沙，非常适合野外风沙流长期 定点监测，可以获得较长监测时间段内各风向的输沙量。观测数据对于沙漠地区工程防沙 设计具有重要的参考价值，可用于干旱、半干旱区的沙漠以及半湿润区和沙地等有风沙活 动的区域，可与气象站配合建立风沙监测站。(3)本发明地上部分体积小，对气流扰动小；采沙器设有较大面积的通风网，进入 储沙装置内的气流能够方便排出，具有较好的等动力性；进沙通道口垂直不均勻叠加排列， 下层通道口径放大，减轻对近地面气流的阻力，能够有效提高集沙效率。(3)本发明具有保护邻近地面的功能，可以保证地表状态的长期稳定，确保观测数 据的准确性。
图1为本发明结构示意2为本发明进沙通道示意3为本发明挡沙槽示意4为本发明旋转圆盘仰视5为本发明旋转圆盘俯视6为本发明固定外桶俯视7为本发明固定外桶内集沙盒组合8为本发明集沙盒俯视9为本发明防护装置示意图
具体实施例方式实施例a、选择一个地形平坦地块，用铁锹挖一个略大于固定外桶17直径的圆坑，坑深度 稍大于固定外桶17的高度，坑底部铺衬木板或砖，使地表呈水平状态；b、将固定外桶17放于坑内，固定外桶17的上沿与地表平齐，用罗盘定出“北”方 向，旋转固定外桶17，使任一相邻两支撑横杆19之间桶壁中线刻度21对准正北方向，并在 桶壁中线21上用记号笔标出“N”，同样在其它的相邻两支撑横杆19之间的桶壁中线21上 标出相应方位；固定外桶17的内壁上部焊接有等角度排列的支撑横杆19，它将固定外桶内 部空间分成若干个等份的扇柱，再将挖出的土回填到桶外与坑壁之间的间隙，并踏实；
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C、集沙盒18为扇柱形，将集沙盒18分别放置于相邻支撑横杆19之间，集沙盒18 的折边22悬挂在两边的支撑横杆19上，同时用记号笔在各集沙盒外壁上写上与桶壁上标 注的相同方位；d、将采沙器中的进沙通道1和导沙通道3相互贯通，成45-60°夹角焊接，进沙通 道1采用垂直不均勻叠加排列方式，截面为矩形，下层进沙通道1 口适当放大，减轻多靠近 地面气流的阻力；排气网2焊接在进沙通道1后端两侧壁上，采用40-60 μ m可通风滤网， 两侧排气网2的总面积大于进气口面积；采沙器口罩6安装在进沙通道1的口上，出沙口 4 对接固定在旋转圆盘7 —侧的槽15中；旋转轴承11、转轴10与固定外桶17内的支撑横杆 19采用螺母20固定，固定环12焊接在旋转轴承11外环上；调整旋转圆盘7，使固定孔16 与固定环12上的孔对正，用固定螺丝13固定；旋转圆盘7的直径略小于固定外桶17，安装 后，两者之间留有小缝隙；在挡沙槽5外安装有辅助挡沙板25，一些沙粒可以直接跌入集沙 盒18外的固定外桶17内，取样时清除；尾翼9的一端固定在支撑杆8的上部，尾翼9与采 沙器分别处于支撑杆8两侧，两者在同一竖直平面上，挡沙槽5和辅助挡沙板25固定在旋 转圆盘7底部的槽15上，由四块挡沙片连接在一起，围成一个上大下小的楔形空间，用以收 集从导沙通道出口跌落的沙物质，并收集到地下相应的集沙盒内，避免沙粒飘逸；e、防护圆环23的外沿焊接有向下的裙边24，形成圆锥台状，其侧面与水平面成 20-45°夹角，圆环23内径略大于固定外桶17外径，环宽5-20cm，将防护圆环23套在固定 外桶17上沿外的土地上，上面铺撒一层自然地表土壤，近似恢复原始地表状态；f、采沙装置周围的沙面稳定一段时间后，将采沙器口罩6从进沙通道1上取下，记 下当时的时刻，作为仪器开始工作时间；风沙流中沙物质由采沙器捕获，并跌落并收集在集 沙盒18内，风力驱动转向装置随风转动，使采沙器进沙通道1 口始终保持对准风流方向，风 沙流中沙物质由采沙器捕获，并跌落并收集在集沙盒18内；工作一段时间后，盖上采沙器 口罩6记下当时时刻，为仪器暂停工作时间；松开固定螺丝13，将旋转圆盘7取下，并小心 放在一边，按照次序拿出各集沙盒18，将集沙盒18内收集的沙物质倒入样品袋中，并在样 品袋上写上与集沙盒上标记的相同方位；样品逐个取完后，将固定外桶17底部堆积的沙物 质清理干净；g、按照标记的方位将各积沙盒18放入相应的位置，再将旋转圆盘7安装到原位， 重新开始再次观测。
权利要求
一种近地表风沙流长期监测方法，其特征在于该监测方法中涉及装置由地上采沙装置为采沙器、风力驱动转向装置及地面保护环和地下储沙装置为固定外桶及集沙盒组成，其中采沙器是由叠加进沙通道(1)、导沙通道(3)、排气网(2)、出沙口(4)、挡沙槽(5)、辅助挡沙板(25)和采沙器口罩(6)组成，风力驱动转向装置由旋转圆盘(7)、支撑杆(8)、尾翼(9)、转轴(10)、旋转轴承(11)、固定环(12)、固定螺丝(13)组成，地面保护环由圆环(23)和裙边(24)组成，固定外桶由固定外桶(17)和支撑横杆(19)组成，具体操作按下列步骤进行a、选择一个地形平坦地块，用铁锹挖一个略大于固定外桶(17)直径的圆坑，坑深度稍大于固定外桶(17)的高度，坑底部铺衬木板或砖，使地面水平；b、将固定外桶(17)放于坑内，固定外桶(17)的上沿与地表平齐，用罗盘定出“北”方向，旋转固定外桶(17)，使任一相邻两支撑横杆(19)之间的桶壁中线刻度(21)对准正北方向，并在桶壁中线(21)上用记号笔标出“N”，同样在其它的相邻两支撑横杆(19)之间的桶壁中线(21)上标出相应方位，再将挖出的土回填到桶外与坑壁之间的间隙，并踏实；c、将集沙盒(18)分别放置于相邻支撑横杆(19)之间，集沙盒(18)的折边(22)悬挂在两边的支撑横杆(19)上，同时用记号笔在各集沙盒外壁上写上与桶壁上标示的方位；d、将采沙器中的进沙通道(1)和导沙通道(3)相互贯通，成45 60°夹角焊接在一起，排气网(2)焊接在进沙通道(1)后端两侧壁上，出沙口(4)对接固定在旋转圆盘(7)一侧的槽(15)中，支撑杆(8)焊接在旋转圆盘(7)的圆心，旋转轴承(11)、转轴(10)与固定外桶(17)内的支撑横杆(19)采用螺母(20)固定，固定环(12)焊接在旋转轴承(11)的外环上，调整旋转圆盘(7)，使固定孔(16)与固定环(12)上的孔对准，用固定螺丝(13)固定，尾翼(9)的一端固定在支撑杆(8)的上部，尾翼(9)与采沙器分别处于支撑杆(8)两侧，两者在同一竖直平面上，挡沙槽(5)和辅助挡沙板(25)固定在旋转圆盘(7)底部的槽(15)上，由四块挡沙片连接在一起，围成一个上大下小的楔形空间；e、防护圆环(23)的外沿焊接有向下的裙边(24)，其侧面与水平面斜交，将防护圆环(23)套在固定外桶(17)上沿外的土地上，上面铺撒一层自然地表土壤，近似恢复原始地表状态；f、采沙装置周围的沙面稳定一段时间后，将采沙器口罩(6)从进沙通道(1)上取下，记下当时的时刻，作为仪器开始工作时间，工作一段时间后，盖上采沙器口罩(6)，记下当时时刻，为仪器暂停工作时间；松开固定螺丝(13)，将旋转圆盘(7)取出，并小心放在一边，按照次序拿出各集沙盒(18)，将集沙盒(18)内收集的沙物质倒入样品袋中，并在样品袋上写上集沙盒上标记的方位；样品逐个取完后，将固定外桶(17)底部堆积的沙物质清理干净；g、按照标记的方位将各积沙盒(18)放入相应的位置，再将旋转圆盘(7)安装到原位，重新开始再次观测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b固定外桶(17)的内壁上部焊接有等 角度排列的支撑横杆(19)，它将固定外桶内部空间分成若干个等份的扇柱。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c的集沙盒(18)为扇柱形。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d进沙通道(1)采用垂直不均勻叠加 排列方式，截面为矩形，采沙器口罩(6)安装在进沙通道(1)的口上。
全文摘要
本发明提供一种近地表风沙流长期监测方法，该方法中涉及装置由地上部分为采沙装置为采沙器、风力驱动转向装置及地面保护环和地下储沙装置为固定外桶及集沙盒组成。采用该方法可以利用风力驱动采沙器转动，使进沙口始终正对风向，同一风向范围的输沙都能收集在同一个积沙盒中，还能够有效防止采沙器周围风蚀造成的观测数据失真，大的储沙空间能够保证长时间连续观测。该方法适合于野外无人看管条件下风沙流长期定点观测，可以减轻观测者的野外工作强度。
文档编号G01M9/00GK101949763SQ20101028852
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者徐新文, 李生宇, 王海峰, 雷加强 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所