[发明专利]一种提高体积置换法径流含沙量测量精度的方法及装置

说明书

本发明涉及水土保持技术领域，特别是涉及一种提高体积置换法径流含沙量测量精度的方法及装置。所述装置包括高位水箱(1)、电磁阀(2)、激光水位传感器(3)、等距电极(4)、数据采集板(5)、称重传感器(6)、泄水阀(7)、集流桶(8)、固定桶盖(9)、偏心翻斗(10)和径流小区集流管(11)；通过增设等距电极(4)和高位水箱(1)，有效校正了体积置换法测得的实时径流含沙量曲线，得到了径流小区产流过程中更为精确的径流含沙量连续变化过程。通过简化体积置换法中集流桶(8)内结构并增设偏心翻斗(10)，提高激光水位传感器(3)和称重传感器(6)的测量精度，并降低集流桶(8)的制造成本与工艺要求。

技术领域

本发明涉及水土保持技术领域，特别是涉及一种提高体积置换法径流含沙量测量精度的方法及装置。

背景技术

地表径流含沙量是土壤侵蚀、水土保持、水文研究等所需监测的重要参数，是研究土壤侵蚀规律的重要参数。因此，在土壤侵蚀研究与水土流失治理中，进行地表径流含沙量的监测具有重要意义。它不仅能够为土壤侵蚀动力过程的模拟与研究、土壤侵蚀预报模型的建立与应用等提供基础资料，还能够为监测和预报水土流失过程、积累地表径流泥沙含量资料和为准确制定控制土壤侵蚀决策等提供科学依据。

现有径流含沙量的测量方法主要可以分为两类：直接测量法和间接测量法。

直接测量法中最具代表性的有烘干称重法和比重法。烘干称重法先要抽取水样，过滤烘干，最后由天平称重得到含沙量，其测量精度高，但测量周期长、过程繁琐、不适用于野外测量。比重法是通过泥沙对含沙水体比重的影响来确定径流含沙量，测量方便，所需时间短，但是测量精度较低。这两种方法都需要采集水样运回实验室进行分析处理，周期长、工作量大、劳动强度高、不能够提供连续的泥沙变化过程资料，又由于采样具有偶然性、人为因素影响较大、代表性差等缺点，有待进一步改进。

间接测量法是利用不同测量原理将径流含沙量转化为其他容易测量的参数，从而间接得到径流含沙量，主要包含电容法、超声波法、激光法和体积置换法等。其中电容法是利用泥水对介电常数的影响，将径流含沙量转换为电容变化量，可实现含沙量的实时在线测量，但电容传感器受环境因素影响较大，测量精度低。超声波法是运用声波在含沙水体中的折射和反射测量径流含沙量，但超声波易对径流产生扰动，含沙量越大，扰动越大，因此测量范围较窄，仅适用于含沙量较低的情况。激光法是利用激光在不同含沙量径流中衰减的程度不同来测量含沙量，测量精度较高，同时与计算机结合易实现自动化，但激光信号易受径流水面波动影响，测量误差较大。体积置换法是通过直接测量集流桶内径流体积和径流质量，利用含砂水体各成分间的密度关系间接测得径流含沙量，能够测得径流含沙量的连续变化过程，测量方便快捷，但测量精度易受径流冲击和含沙量的影响，误差较大。

目前，体积置换法的测量误差主要取决于集流桶内径流体积和径流质量的测量精度。在集流桶内，当径流持续冲击造成水面不断波动或径流含沙量较小时，激光水位传感器所测径流水位易产生较大的测量误差；而集流桶的横截面积较大，误差较大的径流水位或复杂的集流桶结构又易造成测得的径流体积产生较大的测量误差。此外，由于集流桶内径流的持续冲击，又易造成称重传感器的监测数据不断浮动，测得的径流质量也易产生较大的测量误差。因此，现有体积置换法测得的径流体积和径流质量的测量精度仍相对较低，难以得到更加精确地径流含沙量连续变化过程和最终径流含沙量。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高体积置换法径流含沙量测量精度的方法及装置，旨在解决现有技术中径流体积和径流质量的测量精度较低，难以得到更加精确地径流含沙量连续变化过程和最终径流含沙量的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种提高体积置换法径流含沙量测量精度的装置，所述装置包括高位水箱1、电磁阀2、激光水位传感器3、等距电极4、数据采集板5、称重传感器6、泄水阀7、集流桶8、固定桶盖9、偏心翻斗10和径流小区集流管11；