CN206074039U - 一种径流监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生态科学研究领域，具体而言，涉及一种径流监测装置。所述径流监测装置包括水位监测器、高差监测器、流速监测器、无线测控装置及远程接收装置。所述水位监测器、所述流速监测器和所述远程接收装置分别与所述无线测控装置通信连接。所述水位监测器设置在待监测点水域的上方，所述高差监测器设置在所述待监测点水域的河道上，所述流速监测器设置在所述待监测点水域中。本实用新型实施例所述的径流监测装置能实现河川径流的实时、自动监测及监测数据的远程传输，监测结果更加精确。

Description

一种径流监测装置

技术领域

本实用新型涉及生态科学研究领域，具体而言，涉及一种径流监测装置。

背景技术

径流是由流域上的降水所形成的、在重力作用下沿一定的方向和路径流动的水流。其中，在某一段时间内通过河流某一水断面的水量，则称之为断面的径流量。它是陆地上最重要的水文要素之一，是水量平衡的基本要素，也是各类水文模型的关键输出参数。

现有的河川径流监测数据往往是基于水文监测点而获取的。随着全球环境研究对水文监测数据需求的增加，监测点缺乏以及数据格式多样化等问题逐渐凸显。并且，待监测流域大多位于偏远地区，采用现有的人工监测法，容易产生监测不及时、计量误差及人工读数误差等问题带来的径流监测误差。因此，研究一种精确的、实时的、动态的监测河川流域径流量的装置，实现监测数据的协同远程传输，对于地表水资源评估、全球变化监测等具有十分重要的意义。

鉴于此，如何克服现有的河川流域径流无法实时监测、监测结果误差大等不足成为急需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于，提供一种径流监测装置以解决上述问题。

本实用新型实施例提供一种径流监测装置，所述径流监测装置包括水位监测器、高差监测器、流速监测器、无线测控装置及远程接收装置；

所述水位监测器、所述流速监测器和所述远程接收装置分别与所述无线测控装置通信连接；

所述水位监测器设置在待监测点水域的上方，用于获取所述待监测点水域的水位高度；

所述高差监测器设置在所述待监测点水域的河道上，用于获取所述待监测点水域的河道的相对高程；

所述流速监测器设置在所述待监测点水域中，用于获取所述待监测点水域的水流速度。

进一步地，所述水位监测器包括发射器、接收器、第一存储器、第一显示器及第一处理器，所述发射器、所述接收器、所述第一存储器和所述第一显示器分别与所述第一处理器电连接，所述第一处理器与所述无线测控装置通信连接。

进一步地，所述流速监测器包括涡轮位移传感器、第二存储器、第二显示器及探测杆，所述涡轮位移传感器与所述第二存储器和所述第二显示器分别电连接，所述涡轮位移传感器与所述无线测控装置通信连接。

进一步地，所述无线测控装置包括第三存储器，用于保存从所述水位监测器和所述流速监测器发送的数据信息。

进一步地，所述无线测控装置还包括无线通信模块，用于将所述第三存储器存储的数据信息发送至所述远程接收装置。

进一步地，所述远程接收装置包括第二处理器和第三显示器，所述第二处理器和所述第三显示器电连接，所述第二处理器用于对从所述无线测控装置发送的数据信息进行汇总，所述第三显示器用于展示所述数据信息。

进一步地，所述径流监测装置还包括供电装置，所述水位监测器、所述流速监测器和所述无线测控装置分别与所述供电装置电连接。

进一步地，所述供电装置为太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板和蓄电池。

进一步地，所述径流监测装置还包括高度测量仪，所述高度测量仪竖直设置在所述待监测点水域的河床底。

进一步地，所述无线测控装置为GPRS测控装置。

本实用新型实施例提供的一种径流监测装置，包括水位监测器、高差监测器、流速监测器、无线测控装置及远程接收装置。所述水位监测器、所述流速监测器和所述远程接收装置分别与所述无线测控装置通信连接。实现了对河川径流的实时、自动监测及监测数据的远程传输，监测结果更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种径流监测装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例提供的一种水位监测器的结构框图。

图3为本实用新型实施例提供的另一种径流监测装置的结构框图。

图标：100-水位监测器；110-发射器；120-接收器；130-第一存储器；140-第一显示器；150-第一处理器；200-流速监测器；210-涡轮位移传感器；220-第二存储器；230-第二显示器；300-无线测控装置；310-第三存储器；320-无线通信模块；400-远程接收装置；410-第二处理器；420-第三显示器；500-供电装置；510-太阳能电池板；520-蓄电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种径流监测装置，所述径流监测装置包括水位监测器100、流速监测器200、无线测控装置300及远程接收装置400。所述水位监测器100、所述流速监测器200和所述远程接收装置400分别与所述无线测控装置300通信连接。

所述水位监测器100设置在待监测点水域的上方，用于获取所述待监测点水域的水位高度。所述流速监测器200设置在所述待监测点水域中，用于获取所述待监测点水域的水流速度。所述无线测控装置300用于接收所述水位监测器100发送的水位高度数据及所述流速监测器200发送的水流速度数据。所述远程接收装置400用于接收所述无线测控装置300发送的所述水位高度数据和所述水流速度数据。

请参阅图2，可选地，所述水位监测器100包括发射器110、接收器120、第一存储器130、第一显示器140以及第一处理器150。所述发射器110、所述接收器120、所述第一存储器130和所述第一显示器140分别与所述第一处理器150电连接。所述第一处理器150与所述无线测控装置300通信连接。

所述发射器110用于发射电磁波至所述待监测点水域的水面，所述电磁波经过水面反射后，被所述接收器120所接收。所述第一处理器150用于将这期间所运行的时间信号转换为路程数据，而所述路程数据就是所述待监测点水域的水位高度的两倍。所述第一处理器150将监测到的水位高度数据发送至所述无线测控装置300。

所述第一存储器130用于以预设的频率定期保存水位高度数据信息，所述第一显示器140用于显示所监测到的水位高度数据信息。

可选地，在本实施例中，所述水位监测器100可采用雷达水位计。

所述流速监测器200设置在所述待监测点水域中，用于获取所述待监测点水域的水流速度。再次参阅图1，可选地，所述流速监测器200包括涡轮位移传感器210、第二存储器220、第二显示器230及探测杆。所述涡轮位移传感器210与所述第二存储器220和所述第二显示器230分别电连接，所述涡轮位移传感器210与所述无线测控装置300通信连接。

所述探测杆为可伸缩的直杆，所述第二显示器230位于所述探测杆的顶端。所述涡轮位移传感器210在水流的冲击下，使得涡轮沿摩擦很小的轴转动，而其中的磁性金属在所述涡轮转动时会产生电信号脉冲。

所述第二显示器230用于将所述涡轮位移传感器210发送的电信号放大并转换为水流速度显示出来。可选地，所述第二显示器230可以显示水流的瞬时速度和平均速度。所述第二显示器230还包括可进行变换功能和数据清零的按钮。所述第二存储器220用于保存所获取到水流速度数据。

可选地，在本实施例中，所述流速监测器200可采用流速测定仪。所述流速测定仪具有监测操作简单、精度高、重量轻、结实、可靠以及即时显示等优点。

所述无线测控装置300包括第三存储器310，用于保存从所述水位监测器100和所述流速监测器200发送的数据信息。所述无线测控装置300还包括无线通信模块320，用于将所述第三存储器310存储的数据信息发送至所述远程接收装置400。可选地，在本实施例中，所述无线测控装置300可采用通用分组无线业务(General Packet Radio Service,GPRS)测控模块。

所述远程接收装置400包括第二处理器410和第三显示器420。所述第二处理器410和所述第三显示器420电连接，所述第二处理器410用于对从所述无线通信模块320发送的数据信息进行汇总，所述第三显示器420用于展示所述数据信息。

所述径流监测装置还包括高差监测器，在本实施例中，采用的是水准仪。所述水准仪是建立水平视线测定地面两点间高度差的仪器。所述水准仪包括望远镜、管水准器、光电传感器、垂直轴、基座及脚螺旋等。常见的水准仪有微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪等。可选地，在实施例中，采用数字水准仪进行监测。

此外，所述径流监测器还包括高度测量仪，所述高度测量仪竖直设置在所述待监测点水域的河床底。在本实施例中，所述高度测量仪采用的是可配合所述数字水准仪使用的的水准尺。

在使用所述数字水准仪和所述水准尺进行监测时，人工完成照准和调焦之后，所述水准尺的条码一方面被成像在所述望远镜分化板上，供目视观测。另一方面通过所述望远镜的分光镜，所述水准尺的条码成像在内置的所述光电传感器上，即线阵CCD器件，供电子读数。

所述数字水准仪是目前最先进的水准仪，配合所述水准尺，通过仪器中内置的数字成像***，自动获取水准尺的条码读数，不再需要人工读数。这种仪器可大大降低劳动强度，避免人为的主观读数误差，提高测量的精度和效率。

请参阅图3，本实施例提供的另一种径流监测装置还包括供电装置500。所述水位监测器100、所述流速监测器200和所述无线测控装置300分别与所述供电装置500电连接。

为了使所述径流监测装置更加节能环保，也为了提高所述径流监测装置使用的便捷性，可选地，所述供电装置500可采用太阳能供电装置。所述太阳能供电装置包括太阳能电池板510和蓄电池520。所述太阳能电池板510和所述蓄电池520电性连接。

在本实施例中，所述太阳能供电装置的作用是将太阳的辐射能转换为电能。所述太阳能电池板510可以为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或非晶硅太阳能电池等。本实施例中，所述太阳能电池板510为单晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，在阴雨天或阳光相对不是很充足的地区也可以使用。本实施例中，所述太阳能电池板510设置有多个。可选地，多个所述太阳能电池板510串联连接。

通过上述设置，所述太阳能供电装置将太阳的辐射能转换为电能并将转化的电能存储于所述蓄电池520中，进而为所述水位监测器100、所述流速监测器200和所述无线测控装置300等提供工作电能。

在利用本实用新型所提供的径流监测装置进行河川径流监测时，可通过以下方法实现。

首先以所述雷达水位计下方水位处的河流断面为中心部位，在距离所述断面两边分别取3m、5m、10m、20m、30m及40m的测量点，利用所述水准仪测得河道相对高程，得到水面比降I：

I＝ΔH/L_r

式中，ΔH为河道方向的高程差，L_r为所述雷达水位计测点两边河流的长度。

然后在所述待监测点水域，从南岸到北岸水平拉一条皮尺。将所述水准尺直立在河床底，用所述水准仪读取所述皮尺在所述水准尺上的刻度。改变所述水准尺的位置再进行测量，从而得到一系列的读数，记为H_w。所述雷达水位计正下方所述皮尺至水面的距离记为H_a，以及该处的水准仪的读数记为H_s。将所述雷达水位计下方水域处的河床位置调整为0，计算得到河川横断面相对水位为H_o：

H_o＝H_s+H_a-H_w

所述雷达水位计监测到的水位高度为H_r，可以计算出河道水深h：

h＝H_r-H_o

所述待监测点水域的河川横断面可看作是由n个以相邻两水位为上底和下底组成的梯形。可得到该河川横断面的面积A：

式中，h_n、h_n+1分别为相邻两测点河道水深，s为相邻两测点之间的距离。

计算出所述待监测水域河道湿周L：

计算出河道水力半径R：

R＝A/L

然后在所述水准尺所在的测点依次利用所述流速测定仪测量该处的河川径流速度V_n，可得到所述流速测定仪实测流量：

式中，A_n为第n个测点处的河川横断面面积，V_n为第n个测点处的河川径流速度。

计算出谢才系数C和河道糙率N，将多次计算所得的河川糙率N加权平均后，可引入河川径流量的计算参数中。其中：

N＝R^1/6/C

最后可以得到待监测水域处河川径流量Q：

在本实施例中，在上述过程中，所述雷达水位计将监测到的水位高度数据发送至所述无线测控装置300，所述流速测定仪将测得的水流速度数据发送至所述无线测控装置300。所述无线测控装置300以预设频率保存所述水位高速数据及所述水流速度数据并发送至所述远程接收装置400。所述远程接收装置400对其进行汇总，并结合所述水准仪获得的数据进行处理，最终得到待监测水域的径流量并进行展示。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种径流监测装置，包括水位监测器100、高差监测器、流速监测器200、无线测控装置300及远程接收装置400。所述水位监测器100、所述流速监测器200和所述远程接收装置400分别与所述无线测控装置300通信连接。

所述水位监测器100用于获取所述待监测点水域的水位高度，所述高差监测器用于获取所述待监测点水域的河道的相对高程，所述流速监测器200用于获取所述待监测点水域的水流速度。所述无线测控装置300可接收和保存所述水位监测器100发送的水位高度数据及所述流速监测器200发送的水流速度数据。所述远程接收装置400用于接收所述无线测控装置300发送的所述水位高度数据和所述水流速度数据。该径流监测装置实现了对河川径流的实时、自动监测及监测数据的远程传输，监测结果更加精确。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种径流监测装置，其特征在于，所述径流监测装置包括水位监测器、高差监测器、流速监测器、无线测控装置及远程接收装置；

所述水位监测器、所述流速监测器和所述远程接收装置分别与所述无线测控装置通信连接；

所述水位监测器设置在待监测点水域的上方，用于获取所述待监测点水域的水位高度；

所述高差监测器设置在所述待监测点水域的河道上，用于获取所述待监测点水域的河道的相对高程；

所述流速监测器设置在所述待监测点水域中，用于获取所述待监测点水域的水流速度。

2.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述水位监测器包括发射器、接收器、第一存储器、第一显示器及第一处理器，所述发射器、所述接收器、所述第一存储器和所述第一显示器分别与所述第一处理器电连接，所述第一处理器与所述无线测控装置通信连接。

3.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述流速监测器包括涡轮位移传感器、第二存储器、第二显示器及探测杆，所述涡轮位移传感器与所述第二存储器和所述第二显示器分别电连接，所述涡轮位移传感器与所述无线测控装置通信连接。

4.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述无线测控装置包括第三存储器，用于保存从所述水位监测器和所述流速监测器发送的数据信息。

5.根据权利要求4所述的径流监测装置，其特征在于，所述无线测控装置还包括无线通信模块，用于将所述第三存储器存储的数据信息发送至所述远程接收装置。

6.根据权利要求5所述的径流监测装置，其特征在于，所述远程接收装置包括第二处理器和第三显示器，所述第二处理器和所述第三显示器电连接，所述第二处理器用于对从所述无线测控装置发送的数据信息进行汇总，所述第三显示器用于展示所述数据信息。

7.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述径流监测装置还包括供电装置，所述水位监测器、所述流速监测器和所述无线测控装置分别与所述供电装置电连接。

8.根据权利要求7所述的径流监测装置，其特征在于，所述供电装置为太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板和蓄电池。

9.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述径流监测装置还包括高度测量仪，所述高度测量仪竖直设置在所述待监测点水域的河床底。

10.根据权利要求1所述的径流监测装置，其特征在于，所述无线测控装置为GPRS测控装置。