CN106592690A - 一种用于自动回收壤中流***及回收方法 - Google Patents

一种用于自动回收壤中流***及回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于自动回收壤中流***，它包括静水池（1）、壤中流收集池（2）和泥沙含量动态监测装置（3），静水池（1）一侧与开设于坡面上的明渠排水道（4）连通，静水池（1）另一侧经壤中流出流管（6）与壤中流收集池（2）连通，壤中流出流管（6）上连接有水泵A（7），静水池（1）侧壁上连接有表面径流流出管（8），表面径流流出管（8）上连接有水泵B（9）；泥沙含量动态监测装置（3）包括称重传感器（10）、设置于称重传感器（10）顶部的过流筒（11）以及安装于过流筒（11）顶部的筒盖（12）。本发明的有益效果是：安全可靠、高效收集壤中流、自动化程度高、能将表面径流和壤中流区分收集、操作简单。

Description

一种用于自动回收壤中流***及回收方法
技术领域
本发明涉及壤中流回收利用的技术领域，特别是一种用于自动回收壤中流***及回收方法。
背景技术
目前，雨养农业区域，特别是旱地农业区，收集坡面径流是农业生产不可缺少的重要环节。从坡面径流特征看，坡面径流大致可分成两个过程：先是混水过程(即表面径流过程，表面径流密度大于水密度1.0x kg/m3)，再是清水过程(即壤中流过程，壤中流密度小于或等于水密度1.0x kg/m3)。其中壤中流发生于土壤的非饱和层，当进入土壤的水分超过田间持水量时，由于不能为毛细管力所保持，而受重力支配，沿着大孔隙向下渗透，即是垂力水。如果下渗的垂力水为不透水层所阻隔，就会积聚起来，并沿着不透水层的坡降流动，在土层的断裂处流出，即是壤中流。
研究表明，坡面壤中流含有较表面径流更多的作物所需要的营养元素，如铁、锰、钙、钾等元素，其中铁元素能够促进植物叶绿素的生成，钾元素能够促进植物的蒸腾作用，而一旦壤中流不断流失不仅导致土壤营养成分的损失，而且会造成水体环境的富营养化。因此，通过收集利用壤中流进行农作物和旱地灌溉，不仅可以极大节省更多的肥料投入，降低种植成本，而且可以减轻面源污染。
目前，各地区坡面径流收集，通常是人工收集，即降雨径流发生时或发生后，人工在坡面沟渠中安闸把径流关在坡面池塘里。坡面壤中流的收集存在的主要问题是：(1)费时费力；(2)混水与清水未区分地收集，沉水池淤沙较多而减少水池储量；(3)收集人员在收集过程中存在一定的安全风险，即在路滑和雷雨时容易摔伤或被雷击等的风险。
此外，大多都是用导流装置埋入土层收集，这样收集效率不高，同时破坏了土层的结构，对于壤中流形成与发育的研究会造成一定程度的影响，从而影响实验的科学性。综上所述，现有收集壤中流还存在缺陷，并不能安全、高效、大量地进行收集壤中流。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、安全可靠、高效收集壤中流、自动化程度高、能将表面径流和壤中流区分收集、操作简单的用于自动回收壤中流***及回收方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于自动回收壤中流***，它包括静水池、壤中流收集池和泥沙含量动态监测装置，所述的静水池一侧与开设于坡面上的明渠排水道连通，明渠排水道上设置有闸门，静水池另一侧经壤中流出流管与壤中流收集池连通，壤中流出流管上连接有水泵A，静水池侧壁上连接有表面径流流出管，表面径流流出管上连接有水泵B；
所述的泥沙含量动态监测装置位于静水池的外侧且位于明渠排水道的低位，泥沙含量动态监测装置包括称重传感器、设置于称重传感器顶部的过流筒以及安装于过流筒顶部的筒盖，筒盖上设置有引流管，引流管的一端伸入过流筒内，另一端与明渠排水道连通，引流管上连接有截止阀，所述的过流筒内设置有环形水管，环形水管通过管道与位于过流筒外部的水泵C连接，环形水管的柱面上且沿其柱面上分布有多个喷水孔，所述的过流筒的内底表面上设置斜坡，所述的过流筒的外底表面上设置有连通过流筒的斜管，斜管与斜坡的低处连通，斜管上连接有电磁阀，所述的过流筒内侧壁上设置有液位开关；
该***还包括计算机，所述的计算机与电磁阀、截止阀、称重传感器、水泵、闸门以及液位开关连接。
所述的斜坡与水平面的角度为60°。
所述的引流管的轴线与环形水管的轴线重合。
所述的喷水孔均匀分布于环形水管的柱面上。
所述的用于自动回收壤中流***回收壤中流的方法，它包括以下步骤：
S1、初始状态下截止阀、电磁阀、闸门均处于关闭状态，且过流筒内不含任何泥沙和水；利用称重传感器称取过流筒、过流筒内的部件、筒盖以及筒盖上的部件的总质量为W1(kg)，称重传感器将重量信息传递给计算机存储；
S2、打开闸门和截止阀，位于坡面上明渠排水道内的径流大部分进入静水池内，而一小部分径流经引流管进入过流筒内，径流在过流筒内形成相对稳流状态且逐渐抬高液面，当液面上升到液位开关位置时，液位开关发出电信号给计算机，计算机接受到该电信号后立刻控制闸门和截止阀关闭，同时计算机触发称重传感器动作，称重传感器称取过流筒、过流筒内的部件、筒盖以及筒盖上的部件的总质量为W2(kg)，称重传感器将重量信息传递给计算机存储，称完后计算机控制电磁阀打开，过流筒内的泥沙和水沿着斜坡顺次经斜管、电磁阀逐渐排出；经1～2min后，计算机控制水泵C启动，水泵C将外部清水抽入环形水管内，高压清水沿各方向喷射出，以冲刷过流筒内表面和底表面的泥沙，直到过流筒内不含泥沙为止；
S3、过流筒中径流密度ρ的计算，计算机根据公式：G＝W2-W1计算出过流筒内的径流泥沙及水的总质量G(kg)；
根据公式：ρ＝G/V，计算出径流密度ρ(kg/m3)；V(m3)为液位开关、过流筒内表面和斜坡之间所形成的体积，V为定值，若被检测的径流密度ρ小于或等于清水密度ρw，ρw＝1.0x103kg/m3，则说明流入静水池中的径流为壤中流，此时计算机控制水泵A启动，水泵A将壤中流经壤中流出流管抽入到壤中流收集池内收集；若被检测的径流密度ρ大于ρw，则说明流入静水池中的径流为含有泥沙的表面径流，此时计算机控制水泵B启动，水泵B将表面径流经表面径流流出管排放掉，从而实现了壤中流的自动收集；
S4、重复步骤S1～S3，即可连续地进行收集壤中流，无需在野外进行人工收集，安全可靠。
本发明具有以下优点：本发明安全可靠、高效收集壤中流、自动化程度高、能将表面径流和壤中流区分收集、操作简单。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为泥沙含量动态监测装置的结构示意图；
图4为环形水管的结构示意图；
图中，1-静水池，2-壤中流收集池，3-泥沙含量动态监测装置，4-明渠排水道，5-闸门，6-壤中流出流管，7-水泵A，8-表面径流流出管，9-水泵B，10-称重传感器，11-过流筒，12-筒盖，13-引流管，14-截止阀，15-环形水管，16-水泵C，17-喷水孔，18-斜坡，19-斜管，20-电磁阀，21-液位开关，22-计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1和图2所示，一种用于自动回收壤中流***，它包括静水池1、壤中流收集池2和泥沙含量动态监测装置3，所述的静水池1一侧与开设于坡面上的明渠排水道4连通，明渠排水道4上设置有闸门5，静水池1另一侧经壤中流出流管6与壤中流收集池2连通，壤中流出流管6上连接有水泵A7，静水池1侧壁上连接有表面径流流出管8，表面径流流出管8上连接有水泵B9。
如图1～4所示，所述的泥沙含量动态监测装置3位于静水池1的外侧且位于明渠排水道4的低位，泥沙含量动态监测装置3包括称重传感器10、设置于称重传感器10顶部的过流筒11以及安装于过流筒11顶部的筒盖12，筒盖12上设置有引流管13，引流管13的一端伸入过流筒11内，另一端与明渠排水道4连通，引流管13上连接有截止阀14，所述的过流筒11内设置有环形水管15，环形水管15通过管道与位于过流筒11外部的水泵C16连接，环形水管15的柱面上且沿其柱面上分布有多个喷水孔17，所述的过流筒11的内底表面上设置斜坡18，所述的斜坡18与水平面的角度为60°，所述的过流筒11的外底表面上设置有连通过流筒11的斜管19，斜管19与斜坡18的低处连通，斜管19上连接有电磁阀20，所述的过流筒11内侧壁上设置有液位开关21。
该***还包括计算机22，所述的计算机22与电磁阀20、截止阀14、称重传感器10、水泵、闸门5以及液位开关21连接，计算机22能够控制电磁阀20和截止阀14阀门的开启或关闭，计算机22能控制水泵A7、水泵B9和水泵C16的启动或关闭，同时计算机22还能控制闸门5切断或导通明渠排水道4，最终控制进入静水池1内径流的量。
所述的引流管13的轴线与环形水管15的轴线重合；所述的喷水孔17均匀分布于环形水管15的柱面上。
所述的用于自动回收壤中流***回收壤中流的方法，它包括以下步骤：
S1、初始状态下截止阀14、电磁阀20、闸门5均处于关闭状态，且过流筒11内不含任何泥沙和水；利用称重传感器10称取过流筒11、过流筒11内的部件、筒盖12以及筒盖12上的部件的总质量为W1(kg)，称重传感器10将重量信息传递给计算机22存储；
S2、打开闸门5和截止阀14，位于坡面上明渠排水道4内的径流大部分进入静水池1内，而一小部分径流经引流管13进入过流筒11内，径流在过流筒11内形成相对稳流状态且逐渐抬高液面，当液面上升到液位开关21位置时，液位开关21发出电信号给计算机22，计算机22接受到该电信号后立刻控制闸门5和截止阀14关闭，同时计算机22触发称重传感器10动作，称重传感器10称取过流筒11、过流筒11内的部件、筒盖12以及筒盖12上的部件的总质量为W2(kg)，称重传感器10将重量信息传递给计算机22存储，称完后计算机22控制电磁阀20打开，过流筒11内的泥沙和水沿着斜坡18顺次经斜管19、电磁阀20逐渐排出，斜坡18有利用过流筒11内的泥沙及水沿着斜坡18加速流出，为后续检测做准备，缩短检测周期；经1～2min后，计算机22控制水泵C16启动，水泵C16将外部清水抽入环形水管15内，高压清水沿各方向喷射出，以冲刷过流筒11内表面和底表面的泥沙，直到过流筒11内不含泥沙为止，保证了下次检测的准确性；
S3、过流筒中径流密度ρ的计算，计算机22根据公式：G＝W2-W1计算出过流筒11内的径流泥沙及水的总质量G(kg)；
根据公式：ρ＝G/V，计算出径流密度ρ(kg/m3)；V(m3)为液位开关21、过流筒11内表面和斜坡18之间所形成的体积，V为定值，若被检测的径流密度ρ小于或等于清水密度ρw，ρw＝1.0x103kg/m3，则说明流入静水池1中的径流为壤中流，此时计算机22控制水泵A7启动，水泵A7将壤中流经壤中流出流管6抽入到壤中流收集池2内收集；若被检测的径流密度ρ大于ρw，则说明流入静水池1中的径流为含有泥沙的表面径流，此时计算机22控制水泵B9启动，水泵B9将表面径流经表面径流流出管8排放掉，从而实现了壤中流的自动收集；
S4、重复步骤S1～S3，即可连续地进行收集壤中流，无需在野外进行人工收集，安全可靠。因此该***实现了高效收集壤中流、自动化程度高、能将表面径流和壤中流区分收集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于自动回收壤中流***，其特征在于：它包括静水池(1)、壤中流收集池(2)和泥沙含量动态监测装置(3)，所述的静水池(1)一侧与开设于坡面上的明渠排水道(4)连通，明渠排水道(4)上设置有闸门(5)，静水池(1)另一侧经壤中流出流管(6)与壤中流收集池(2)连通，壤中流出流管(6)上连接有水泵A(7)，静水池(1)侧壁上连接有表面径流流出管(8)，表面径流流出管(8)上连接有水泵B(9)；
所述的泥沙含量动态监测装置(3)位于静水池(1)的外侧且位于明渠排水道(4)的低位，泥沙含量动态监测装置(3)包括称重传感器(10)、设置于称重传感器(10)顶部的过流筒(11)以及安装于过流筒(11)顶部的筒盖(12)，筒盖(12)上设置有引流管(13)，引流管(13)的一端伸入过流筒(11)内，另一端与明渠排水道(4)连通，引流管(13)上连接有截止阀(14)，所述的过流筒(11)内设置有环形水管(15)，环形水管(15)通过管道与位于过流筒(11)外部的水泵C(16)连接，环形水管(15)的柱面上且沿其柱面上分布有多个喷水孔(17)，所述的过流筒(11)的内底表面上设置斜坡(18)，所述的过流筒(11)的外底表面上设置有连通过流筒(11)的斜管(19)，斜管(19)与斜坡(18)的低处连通，斜管(19)上连接有电磁阀(20)，所述的过流筒(11)内侧壁上设置有液位开关(21)；
该***还包括计算机(22)，所述的计算机(22)与电磁阀(20)、截止阀(14)、称重传感器(10)、水泵、闸门(5)以及液位开关(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于自动回收壤中流***，其特征在于：所述的斜坡(18)与水平面的角度为60°。
3.根据权利要求1所述的一种用于自动回收壤中流***，其特征在于：所述的引流管(13)的轴线与环形水管(15)的轴线重合。
4.根据权利要求1所述的一种用于自动回收壤中流***，其特征在于：所述的喷水孔(17)均匀分布于环形水管(15)的柱面上。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于自动回收壤中流***回收壤中流的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、初始状态下截止阀(14)、电磁阀(20)、闸门(5)均处于关闭状态，且过流筒(11)内不含任何泥沙和水；利用称重传感器(10)称取过流筒(11)、过流筒(11)内的部件、筒盖(12)以及筒盖(12)上的部件的总质量为W1(kg)，称重传感器(10)将重量信息传递给计算机(22)存储；
S2、打开闸门(5)和截止阀(14)，位于坡面上明渠排水道(4)内的径流大部分进入静水池(1)内，而一小部分径流经引流管(13)进入过流筒(11)内，径流在过流筒(11)内形成相对稳流状态且逐渐抬高液面，当液面上升到液位开关(21)位置时，液位开关(21)发出电信号给计算机(22)，计算机(22)接受到该电信号后立刻控制闸门(5)和截止阀(14)关闭，同时计算机(22)触发称重传感器(10)动作，称重传感器(10)称取过流筒(11)、过流筒(11)内的部件、筒盖(12)以及筒盖(12)上的部件的总质量为W2(kg)，称重传感器(10)将重量信息传递给计算机(22)存储，称完后计算机(22)控制电磁阀(20)打开，过流筒(11)内的泥沙和水沿着斜坡(18)顺次经斜管(19)、电磁阀(20)逐渐排出；经1～2min后，计算机(22)控制水泵C(16)启动，水泵C(16)将外部清水抽入环形水管(15)内，高压清水沿各方向喷射出，以冲刷过流筒(11)内表面和底表面的泥沙，直到过流筒(11)内不含泥沙为止；
S3、过流筒中径流密度ρ的计算，计算机(22)根据公式：G＝W2-W1计算出过流筒(11)内的径流泥沙及水的总质量G(kg)；
根据公式：ρ＝G/V，计算出径流密度ρ(kg/m3)；V(m3)为液位开关(21)、过流筒(11)内表面和斜坡(18)之间所形成的体积，V为定值，若被检测的径流密度ρ小于或等于清水密度ρw，ρw＝1.0x103kg/m3，则说明流入静水池(1)中的径流为壤中流，此时计算机(22)控制水泵A(7)启动，水泵A(7)将壤中流经壤中流出流管(6)抽入到壤中流收集池(2)内收集；若被检测的径流密度ρ大于ρw，则说明流入静水池(1)中的径流为含有泥沙的表面径流，此时计算机(22)控制水泵B(9)启动，水泵B(9)将表面径流经表面径流流出管(8)排放掉，从而实现了壤中流的自动收集；
S4、重复步骤S1～S3，即可连续地进行收集壤中流，无需在野外进行人工收集，安全可靠。
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