多级森林径流测量系统的制作方法

本发明涉及水土流失和森林水文学测量技术领域，具体地说是一种多级森林径流测量系统。

背景技术：

森林径流是指大气降水后除直接蒸发、植被截留、枯落物层截留外，其余在地面由重力作用下沿着一定方向和路径流动的水流，其大小取决于地形、降水强度、土壤渗透性、地面植被和地表覆盖等，它能引起水土和养分流失，是水循环的一个重要环节。准确测定一定降水时间内森林径流流量的变化信息是研究森林坡面水文过程、土壤和养分流失的重要基础。

然而，传统的森林径流观测设施只能测量降水过程中的地表径流，对于土壤入渗过程以及壤中流产生和变化过程不能测量。另外为了防止径流外溢，常常需要建立多级分流设施，不仅增加了成本，而且清理泥沙工作费时费工，并且径流过程中的流量自动测量是目前野外试验中的难题，现有技术中多级径流池多为人工或自记水位计测定，不能实时或过程测定，限制了实时测量径流的动态变化，所得数据不能满足实际需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多级森林径流测量系统，能够对不同土壤层的径流进行测量，并且采用流量计和双翻斗式雨量计进行双重测量，既可以满足不同地区径流的测量，也可以确保不同数量级径流的测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种多级森林径流测量系统，包括径流区、集水槽、控制系统、流量计和双翻斗式雨量计，径流区不同土壤层的径流分别流入相应集水槽中，所述各个集水槽分别通过连接管路与不同的双翻斗式雨量计相连，流量计设置于连接管路上，双翻斗式雨量计内均设有盛水漏斗、第一计量翻斗、第二计量翻斗和集成传感器，径流流入后经由所述盛水漏斗落入第一计量翻斗中，第一计量翻斗内的一部分径流流入第二计量翻斗中，所述第一计量翻斗和第二计量翻斗翻倒时均向所述集成传感器发出信号，所述集成传感器与所述控制系统相连。

所述双翻斗式雨量计上的盛水漏斗、第一计量翻斗、第二计量翻斗均设置于一个壳体中，在所述壳体中部设有一个隔板，所述第一计量翻斗设置于所述隔板上侧，所述第二计量翻斗设置于所述隔板下侧，在所述第一计量翻斗和第二计量翻斗之间设有导流漏斗，在所述隔板上设有计量调节阀，在所述第二计量翻斗下侧设有一个底座，在所述底座上设有倾斜调节阀和集成传感器。

第一计量翻斗上设有第一电磁阀，第二计量翻斗上设有第二电磁阀，所述第一计量翻斗翻倒时，第一电磁阀接通电路并向所述集成传感器输送脉冲信号，第二计量翻斗翻倒时，第二电磁阀接通电路并向所述集成传感器输出脉冲信号。

所述隔板上设有排水孔。

所述径流区呈长方形，在所述径流区左右两侧边界及高坡段边界设有挡板。

所述集水槽与所述径流区低坡段的土壤剖面之间设有引流板，集水槽上侧有条形豁口，所述引流板一端插入所述径流区低坡段的土壤剖面中，另一端由所述条形豁口伸入所述集水槽内。

所述集水槽下端设有集水槽导流管与连接管路相连。

所述集水槽外侧设有挡墙，且所述集水槽整体全部位于挡墙内。

所述连接管路设有控制电磁阀和流量计，所述控制电磁阀和流量计与所述控制系统相连。

所述连接管路上设有一段u型导管，所述控制电磁阀设置于所述u型导管的输入侧，所述流量计设置于所述u型导管的弧状中部。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明能够对不同土壤层的径流进行测量，并且采用双翻斗式雨量计，既可以满足不同地区径流的测量，也可以确保大、小径流的测量精度，而且连接管路上的流量计联合双翻斗式雨量计测量，进一步保证测量精度。

2、本发明采用的双翻斗式雨量计，且每个计量翻斗上均设有电磁阀，计量翻斗每次翻倒时电磁阀发出信号并传输至控制系统中，精确测量径流量，并且本发明通过计量调节阀调节第一计量翻斗分辨率，以适应不同数量级径流，通过倾斜调节阀调整第二计量翻斗倾斜角度，进一步保证测量精度。

3、本发明可实现多种工作模式，当第一计量翻斗内积水能够达到设置分辨率时，第一计量翻斗和第二计量翻斗均翻倒发出信号，两个计量翻斗总量为径流量，当第一计量翻斗内的积水达不到设置的最大分辨率时，第一计量翻无法倾斜，但第一计量翻斗内的径流会通过导流漏斗，进入第二计量翻斗进行计量。

4、本发明在集水槽与双翻斗式雨量计之间的连接管路上设有控制电磁阀，所述控制电磁阀可减少没有径流时系统的耗电，延长偏远地区电池供电的工作时间，减少电池更换的工作量。

5、本发明采用本地存储和无线传输双模式，时效性和安全性大大提高，使用方便，稳定性强。

6、本发明能够实现森林不同径流的自动、实时测量，并且具有精度高、稳定、适用性强等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中的集水槽结构示意图，

图3为图1中的u型导管示意图，

图4为图1中的双翻斗式雨量计结构示意图。

其中，1为径流区，101为挡板，2为集水槽，3为引流板，4为控制电磁阀，5为流量计，6为u型导管，7为双翻斗式雨量计，701为盛水漏斗，702为导流漏斗，703为排水孔，704为第一电磁阀，705为第一计量翻斗，706为计量调节阀，707为第二计量翻斗，708为集成传感器，709为倾斜调节阀，710为第二电磁阀，711为壳体，712为隔板，8为控制系统，9为集水槽导流管，10为挡墙，

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括径流区1、集水槽2、控制系统8、流量计5和双翻斗式雨量计7，其中所述径流区1不同土壤层的径流分别流入相应集水槽2中，所述各个集水槽2分别通过连接管路与不同的双翻斗式雨量计7相连，流量计5设置于连接管路上，如图4所示，所述双翻斗式雨量计7内设有盛水漏斗701、第一计量翻斗705、第二计量翻斗707和集成传感器708，径流流入后经由所述盛水漏斗701落入第一计量翻斗705中，第一计量翻斗705内的一部分径流流入第二计量翻斗707中，所述第一计量翻斗705和第二计量翻斗707翻倒时均向所述集成传感器708发出信号，所述集成传感器708与所述控制系统8相连。

如图1所示，所述径流区1呈长方形，本实施例中的径流区1宽5m，水平投影长20m，水平投影面积100m²，在所述径流区1左右两侧边界及高坡段边界挖有深度达母质层、宽度为0.2m的细沟，该细沟内部用挡板101填充，挡板101上端露出地表20cm，本实施例中，所述挡板101为不锈钢板，在各挡板101的接缝处用电焊将其密封，并回填土夯实，防止径流区1外部水分渗入，将所述径流区1的低坡段边界挖成深至母质层的土壤剖面。

如图1～2所示，本发明设有多个集水槽2对应收集不同土壤层径流，所述多个集水槽2均设置于所述径流区1低坡段的土壤剖面处且与不同土壤层一一对应，每个集水槽2均通过引流板3将对应土壤层径流引入槽内，所述引流板3一端插入所述径流区1低坡段的对应土壤层中，另一端伸入所述集水槽2内，在所述集水槽2外侧设有挡墙10，本实施例中，所述挡墙10厚度为15～20cm，所述集水槽2整体全部位于挡墙10内，所述集水槽2整体呈v型且下侧窄端设有集水槽导流管9，每个集水槽2下端的集水槽导流管9通过连接管路与对应的双翻斗式雨量计7相连。

本实施例中，所述集水槽2上部横截面为矩形，长为5m，宽10～20cm，高依据分层情况确定，下部收窄，其纵截面呈“v”型，底部倾斜度为30°，低端设有φ5cm圆形集水槽导流管9，集水槽2上部内侧有长5m条形豁口供引流板3伸入，其余侧面、顶部均密封。引流板3和集水槽2的两端分别与对应长边的挡板固定并密封连接。所述引流板3长5m、宽10cm，且一端插入对应土壤层中5cm，另一端从所述条形豁口伸入集水槽内2。

如图1和图3所示，所述连接管路上设有控制电磁阀4、流量计5和一段u型导管6，所述控制电磁阀4设置于所述u型导管6的输入侧，所述流量计5设置于所述u型导管6的弧状中部，所述控制电磁阀4和流量计5通过所述控制系统8控制。

如图4所示，所述双翻斗式雨量计7上的盛水漏斗701、第一计量翻斗705、第二计量翻斗707均设置于一个壳体711中，在所述壳体711中部设有一个隔板712，所述第一计量翻斗705设置于所述隔板712上侧，所述第二计量翻斗707设置于所述隔板712下侧，所述盛水漏斗701下侧锥端设有导管将径流凹入第一计量翻斗705内，在所述第一计量翻斗705下侧设有一个通孔，所述通孔下侧设有一个导流漏斗702，第一计量翻斗705内的一部分径流经由所述通孔和导流漏斗702流入第二计量翻斗707中，在所述隔板712上设有计量调节阀706,所述计量调节阀706用于调节第一计量翻斗705分辨率，以适应不同数量级径流，在所述第二计量翻斗707下侧设有一个底座，所述底座上设有倾斜调节阀709和集成传感器708，所述倾斜调节阀709用于调整第二计量翻斗倾斜角度，此为本领域公知技术。

如图4所示，第一计量翻斗705上设有第一电磁阀704，第二计量翻斗707上设有第二电磁阀710，所述集成传感器708包括记录器和信号输出端子，径流流入第一计量翻斗705时，当积水量达到第一计量翻斗705设置的最大分辨率时，第一计量翻斗705失去平衡翻倒，而每一次翻倒，都使第一电磁阀704接通电路，向集成传感器708上的记录器输送一个脉冲信号，与此同时第一计量翻斗705内的一小部分径流通过导流漏斗702流入第二计量翻斗707内进行计量，第二计量翻斗707翻倒后使第二电磁阀710接通电路，也向集成传感器708上的记录器输出一个脉冲信号。集成传感器708利用多通道电子技术控制计数器将第一计量翻斗705和第二计量翻斗707的脉冲信号记录下来，并传输到控制系统8中。所述集成传感器708为本领域公知技术。

如图4所示，在所述隔板712上设有排水孔703，第一计量翻斗705翻倒后倾倒的水由所述排水孔703流下。

本实施例中，所述控制系统8为市场定制的控制系统，由数据采集、存储、无线传输等多个模块集成，所述控制系统8设有多个接线端子分别与各个连接管路上的控制电磁阀4、流量计5以及各个双翻斗式雨量计7的集成传感器708相连。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，首先，根据实际径流情况，调节双翻斗式雨量计7中的计量调节阀706至适宜分辨率位置，然后启动控制系统8，控制系统8发出控制信号，设置流量计5各项参数和双翻斗式雨量计7的数据采集间隔时间，径流区1不同土壤层的径流分别流入对应的集水槽2中，再经连接管路流经u型导管6进入对应的双翻斗式雨量计7中。

径流通过u型导管6弧形中部时，控制电磁阀4接通电源，流量计5开始工作，随后流入双翻斗式雨量计7后，由上侧的盛水漏斗701流入第一计量翻斗705，当积水量达到第一计量翻斗705设置的最大分辨率时，第一计量翻斗705失去平衡翻倒，而每一次翻倒，都使第一电磁阀704接通电路，向集成传感器708上的记录器输送一个脉冲信号，与此同时第一计量翻斗705内的一小部分径流通过导流漏斗702流入第二计量翻斗707内进行计量,且第二计量翻斗707翻倒后使第二电磁阀710接通电路，也向集成传感器708上的记录器输出一个脉冲信号。集成传感器708利用多通道电子技术控制计数器将第一计量翻斗705和第二计量翻斗707的脉冲信号记录下来，并传输到控制系统8中，如此重复将径流量测量下来，两个计量翻斗总量为径流量。

当第一计量翻斗705内的积水达不到设置的最大分辨率时，第一计量翻斗705无法倾斜，但第一计量翻斗705内的径流会通过导流漏斗702，进入第二计量翻斗707进行计量。

本发明采用流量计5和双翻斗式雨量计7的双重测量结构，一方面可以满足不同地区径径流的测量，另一方面又可以确保不同数量级径流的测量精度。