一种地下水位监测装置及胡杨林生态需水预报预警方法与流程

本发明属于地下水位监测领域，具体涉及一种地下水位监测装置及胡杨林生态需水预报预警方法，重点针对干旱荒漠条件下进行地下水位监测，有效减少胡杨林的衰退。
背景技术：
：塔里木河是南疆各族人民的母亲河，塔里木河流域的胡杨林是在干旱荒漠条件下所形成的一种独特森林类型，是维系塔里木河流域荒漠生态系统的主体，也是荒漠陆地生态系统中最稳定的生态系统。几十年来，随着人类工程的增加以及水资源的不断开发利用，塔里木河中下游地区植被衰败，大片胡杨林死亡，沙漠化面积增加，生态环境严重恶化。近几年来，为了有效地减少胡杨林的衰退，胡杨林的更新复壮越来越受到国内外学者和政府部门的广泛关注，经过多方努力，截止目前已经基本上逆转了胡杨不断衰退的趋势。胡杨林的生长与地下水的埋深有着密切关系，经野外调查和相关文献表明，地下水埋深不低于4m，胡杨长势良好；地下水埋深在4～6m时，胡杨呈现衰败现象；当地下水埋深低于10m时，已经达到胡杨生长的极限，此时胡杨开始死亡。由此可见，监测地下水的变化对塔里木河流域生态输水、胡杨的更新复壮以及塔里木河生态环境的恢复有重要意义。以往通过远程实时无线监测地下水位变化，采用简易的方法为工程实践提供有效数据，目前已有的地下水位监测装置自动化程度较低、装置耐腐蚀性较差、集水井底端易堵塞、单路供电系统也可能因电量不足造成设备停止工作的隐患，更达不到可以预警预报的效果。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种地下水位监测装置及胡杨林生态需水预报预警方法，能够准确实现远程监测与控制，数据传输稳定，自动化程度高。为了实现上述目的，本发明地下水位监测装置采用如下的技术方案实现：包括在待监测区域地面开挖的地下水观测井，地下水观测井中布置有投入式液位变送器，投入式液位变送器连接外部的数据采集模块，数据采集模块通过gprs无线传输模块将数据传输至环境监测云平台，通过环境监测云平台向预留号码的移动设备发送胡杨林生态需水预报预警的信息；所述的数据采集模块连接双路自动转换供电系统，双路自动转换供电系统具有冗余设置的两路太阳能电源系统，两路太阳能电源系统通过双电源自动转换开关进行供电。所述的太阳能电源系统包括太阳能电池板，太阳能电池板产生的电量经过太阳能电池板控制器存储至蓄电池当中，双电源自动转换开关控制蓄电池将电量供给数据采集模块。所述的数据采集模块通过三脚支架支撑设置在地面上方，太阳能电池板安装在三脚支架上；太阳能电池板控制器、蓄电池、双电源自动转换开关以及数据采集模块封装在不锈钢保护箱当中；所述的不锈钢保护箱采取密封措施，出线孔布置在底部。所述的三脚支架由多根支杆以及连接在支杆上的多根拉杆组成，所述的两个太阳能电池板平行固定在两根拉杆上，不锈钢保护箱通过卡扣以及保险索连接在位于支架中部的拉杆底端，支架底脚分别通过螺丝固定在混凝土块上。地下水观测井的侧壁采用pvc材质制成，地下水观测井的下部具有均匀分布的透水孔，使井内的水位与地下水的水位保持一致；透水孔及其下方的观测井侧壁先通过一层土工布包裹，再通过砂层进行包裹，所述的砂层包括由内向外依次设置的细砂、中砂、粗砂。所述的数据采集模块上集成有gprs流量模块和gprs无线传输模块并设置有外置吸盘天线接口和投入式液位变送器接口，投入式液位变送器接口通过同轴电缆连接投入式液位变送器，外置吸盘天线接口上连接外置吸盘天线。本发明的胡杨林生态需水预报预警方法，包括以下步骤：步骤一、将投入式液位变送器放置于地下水观测井当中，通过投入式液位变送器实时采集信号，并将信号传输至外部的数据采集模块；步骤二、向数据采集模块中的gprs流量模块发送设置短信完成数据设置，设置数据包括两个临界水位，以胡杨林实地生长地下水位为依据划分，正常临界水位即良好与不好之间转化的临界水位以及和预警临界水位即不好与危及生命之间转化的临界水位；步骤三、数据采集模块通过gprs无线传输模块将数据传输至远端的环境监测云平台，环境监测云平台将采集到的水位数据与设置数据进行对比；步骤四、依据胡杨林生态需水评价体系，环境监测云平台通过预留的手机号，在规定时间间隔内将预报预警信号发送至移动设备，向数据采集模块中的gprs流量模块发送设置短信完成时间间隔的设置；在不同的地下水位段，发送不同的预报预警信号，预报预警信号通过短信的方式传达，且短信的内容能够远程设置。所述的步骤二获取两个临界水位的方法包括：首先在塔里木河流域选择不同生长状况的胡杨林作为监测样方地，然后在各实验点以采样方式获取实地胡杨林地下水位数据。步骤二设定4m、9m分别为塔里木河流域胡杨生长的正常临界水位和预警临界水位。所述步骤四胡杨林生态需水评价体系的建立方法为：以步骤二中的两个临界水位为基础，正常临界水位及正常临界水位以上的水位为胡杨生长良好段，预警临界水位及预警临界水位以下为危及胡杨生命段，正常临界水位和预警临界水位之间为胡杨生长不好段；预报预警信号的建立方法为：当环境监测云平台得到的数据在正常临界水位及正常临界水位以上时，向预留手机号的移动设备发送短信内容“丰水”；当在正常和预警临界水位之间时，向移动设备发送短信内容“缺水”；当在预警临界水位及预警临界水位以下时，向移动设备发送短信内容“严重缺水”。与现有技术相比，本发明的地下水位监测装置有如下技术效果：远程对设备监测与控制，实时监控地下水的水位变化，通过移动设备接收到的短信，即可对胡杨林是否需要输水做出预报预警，且数据精准操作简单方便，避免人为操作的麻烦和误差，节省时间和费用，适合人为操作难度大的恶劣环境。采用双路自动转换供电系统，当一路电量微弱时，双电源自动转换开关自动感应切换到另一路供电，电量微弱的一路通过太阳能电池板转化的电能蓄电，同时供电一路在有太阳的情况保持边充边用，减少电能的损耗，达到长期稳定供电的要求。进一步的，本发明三脚支架安装方便快捷，性能稳定，可有效固定太阳能电池板，且附带的不锈钢保护箱对供电系统和数据采集模块起到很好保护作用，防止风化腐蚀对其的危害。进一步的，本发明地下水观测井的侧壁采用pvc材质制成，加工容易，施工方便，替代了耗时费力的施工打井。另一方面，地下水观测井的下部具有均匀分布的透水孔，透水孔及其下方的观测井侧壁先通过一层土工布包裹，再通过细砂、中砂、粗砂依次进行包裹，不仅保证了地下水的水位与地下水观测井的水位一致，也解决了底部泥沙堵塞的问题。与现有技术相比，本发明胡杨林生态需水预报预警方法具有如下的有益效果：通过实地采集数据，保证数据准确性，也为预报预警方法提供实地准确数据，在胡杨林生长区域选取实验点，以采样方式获取实地胡杨林地下水位数据，采样方式和数据处理过程科学。胡杨林生态需水评价体系建立合理，能准确评价地下水位变化对胡杨生长的影响，以胡杨林实地测得的正常临界水位和预警临界水位为划分依据，将评价体系划为三层，即胡杨生长良好、不好和危及胡杨生命。地下水位监测与预报预警结合，通过移动设备即能够了解胡杨林生态需水评价结果，将地下水位监测得到的数据与评价体系对比，得出结果并远程发送至移动设备。附图说明图1本发明地下水位监测装置的整体结构示意图；图2本发明双路自动转换供电系统连接关系示意图；图3本发明三脚支架及不锈钢保护箱结构示意图；图4本发明投入式液位变送器与数据采集模块结构示意图；图5本发明胡杨林生态需水预报预警方法流程图；附图中：1-投入式液位变送器；2-地下水观测井；3-三脚支架；3-1.支杆；3-2.拉杆；3-3.螺栓；3-4.卡扣；3-5.保险索；3-6.螺丝；4-太阳能电池板；5-不锈钢保护箱；6-数据采集模块；6-1.gprs无线传输模块；6-2.gprs流量模块；6-3.外置吸盘天线接口；6-4.投入式液位变送器接口；6-5.外置吸盘天线；7-蓄电池；8-双电源自动转换开关；9-太阳能电池板控制器；10-pvc材质井壁；11-砂层；12-透水孔；13-同轴电缆。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1，本发明地下水位监测装置包括用于产生地下水位变化信号的投入式液位变送器1，投入式液位变送器1放置于地下水观测井2中，地下水观测井2的内壁采用pvc材质制成，投入式液位变送器1再与数据采集模块6连接，数据采集模块6通过gprs无线传输模块6-1将数据传输至环境监测云平台。经过数据处理，环境监测云平台向预留号码的移动设备发送短信，完成对胡杨林生态需水情况的预报预警。本发明采用双路自动转换供电系统对数据采集模块6供电，供电系统由太阳能电池板4连接太阳能电池板控制器9再接蓄电池7，并有相同组合的一路(太阳能电池板4连接太阳能电池板控制器9再接蓄电池7)与其共同接入双电源自动转换开关8，双电源自动转换开关8自动调控将某一路接入数据采集模块6，完成供电工作，太阳能电池板4安装于三脚支架3的中部，三脚支架3的底部附有不锈钢保护箱5，能够将太阳能电池板控制器9、蓄电池7、双电源自动转换开关8和数据采集模块6放置其中，达到保护作用。参见图2、图4，投入式液位变送器1与数据采集模块6通过同轴电缆13连接，太阳能电池板4、太阳能电池板控制器9、蓄电池7、双电源自动转换开关8以及数据采集模块6都采用导线连接。参见图4，数据采集模块6包括gprs流量模块6-2、外置吸盘天线接口6-3、投入式液位变送器接口6-4和gprs无线传输模块6-1。投入式液位变送器1稳定性好，精度高，安装方便，完成信号发生；数据采集模块6完成数据采集和gprs无线信号传输。参见图1，地下水观测井2的侧壁采用pvc材质井壁10，pvc材质具有质轻、耐腐蚀、加工容易和施工方便等优点，下部具有均匀分布的透水孔12，使地下水观测井2井内水位与地下水水位保持一致，保证了数据的准确性，透水孔12及透水孔以下先用一层土工布包裹，再用细砂、中砂、粗砂依次包裹，操作简单、节省财力且解决了底部泥沙堵塞问题。参见图2，双路自动转换供电系统包括两个太阳能电池板4、两个太阳能电池板控制器9、两个蓄电池7和一个双电源自动转换开关8，太阳能电池板4产生的电能通过太阳能电池板控制器9将电能储存在蓄电池7中，太阳能电池板控制器9起到短路开路保护、过充过放保护的作用。双路自动转换供电系统由两路电源系统为数据采集模块6供电，当供电一路电流微弱时，双电源自动转换开关8自动感知跳转到另一电路供电；一般白天，供电一路边充边用，太阳能电池板4将转化的电能通过太阳能电池板控制器9储存在蓄电池7中，蓄电池7经双电源自动转换开关8为数据采集模块6供电，未供电一路太阳能电池板4将转化的电能通过太阳能电池板控制器9储存在蓄电池7中，太阳能电池板控制器9起到过充保护作用。本发明的三脚支架3材质为不锈钢钢管，不锈钢管具有不锈、耐腐蚀、耐热和强度高等性能，能适应恶劣环境且很好地稳定太阳能电池板4，三脚支架3附带的不锈钢保护箱5采取密封措施，出线孔布置在底部，防止雨水进入，保护箱内设备，使其正常运行。参见图3，三脚支架3由12根不锈钢钢管和保护箱组成，12根钢管又分为6根支杆3-1和6根拉杆3-2，两个太阳能电池板平行固定在两根拉杆3-2上，拉杆3-2通过螺栓3-3与支杆3-1连接，保护箱通过钢索卡扣3-4连接在中间拉杆3-2上，附加钢丝保险索3-5，且三脚分别用螺丝3-6固定于混凝土块上，达到固定太阳能电池板的效果。三脚支架3的支杆3-1长度均为1m，两两嵌套用螺丝3-3固定，组成3个2m的长杆，安装时支杆3-1应与地面呈45度夹角，满足太阳能电池板4安装要求，使太阳能电池板4更多接受光能，提高电能转化效率。参见图5，本发明胡杨林生态需水预报预警方法，包括以下步骤：步骤一、将投入式液位变送器1放置于地下水位观测井2中，实时产生信号，并将信号传输至数据采集模块6；步骤二、数据采集模块6通过内置的gprs无线传输模块6-1将数据传输至远端的环境监测云平台；步骤三、环境监测云平台用得到的数据与设置数据(向数据采集模块中的gprs流量模块6-2发送设置短信完成数据设置)对比，设置数据包括两个临界水位，以胡杨林实地生长地下水位为依据划分，正常临界水位(良好与不好之间转化的临界水位)和预警临界水位(不好与危及生命之间转化的临界水位)。得到两个临界水位的方法主要包括选点和采样，首先在塔里木河流域选择不同生长状况的胡杨林为监测样方地，分别为生长良好的胡杨林和生长不好的胡杨林；然后在各实验点以采样方式获取实地胡杨林地下水位数据。样方地可视实际情况增减，但不宜过少，通过野外调查，经野外调查测定4组胡杨生长情况良好的地下水位数据、3组胡杨生长较差的地下水位数据、3组胡杨已出现大量枯死的地下水位数据。经实测数据与相关文献确定地下水位不超过4m时，胡杨生长良好；地下水位超过9m时，胡杨出现枯死现象。即4m、9m分别为塔里木河流域胡杨生长的正常临界水位和预警临界水位。步骤四、依据胡杨林生态需水评价体系，环境监测云平台通过预留的手机号，在规定时间间隔内(向数据采集模块中的gprs流量模块6-2发送设置短信完成时间间隔设置)将预报预警信号发送至移动设备，不同的地下水位段，发送不同的预报预警信号，信号通过短信的方式传达，且短信内容可远程设置。胡杨林生态需水评价体系的建立方法：以步骤三中两个临界水位为基础，正常临界水位及正常临界水位以上的水位为胡杨生长良好段，预警临界水位及预警临界水位以下为危及胡杨生命段，正常临界水位和预警临界水位之间为胡杨生长不好段。胡杨林生态需水评价体系表如下：地下水位段正常临界水位及以上两个临界水位之间预警临界水位及以下阈值(≤4m)(4～9m)(≥9m)胡杨生长状态良好不好危及生命预报预警信号建立方法：当环境监测云平台得到的数据在正常临界水位及正常临界水位以上时，向预留手机号的移动设备发送短信内容“丰水”；当在正常和预警临界水位之间时，向移动设备发送短信内容“缺水”；当在预警临界水位及预警临界水位以下时，向移动设备发送短信内容“严重缺水”。预报预警信号表如下：数据范围正常临界水位及以上两个临界水位之间预警临界水位及以下阈值(≤4m)(4～9m)(≥9m)短信内容丰水缺水严重缺水以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神原则的条件下，还可以做出若干简单的修改及替换，这些修改和替换也会落入本发明由所提交权利要求确定的保护范围之内。当前第1页12