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雷廷武 研究员 中科院 水利部 水土保持研究所 中国农业大学 Email: leitingwu@cau 13389276868

雷廷武 研究员 中科院 水利部 水土保持研究所 中国农业大学 Email: leitingwu@cau.edu.cn 13389276868. 小流域、径流小区自动监测系统 移动土壤侵蚀实验室. 小流域、径流小区自动监测系统. 水土流失观测的重点和难点. 泥沙观测. 径流量观测. 降雨量观测. 国内外泥沙监测现状. 常用测量方法： 人工或自动收集径流、烘干称量获得水土流失量. 国内外泥沙监测现状. 美国 Walnut Gulch 小流域实验站， Arizona. 红外发射管组. 功率放大. 微处理器. 电源信号接 口.

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雷廷武 研究员 中科院 水利部 水土保持研究所 中国农业大学 Email: leitingwu@cau 13389276868

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Presentation Transcript

  1. 雷廷武 研究员 中科院 水利部 水土保持研究所 中国农业大学 Email: leitingwu@cau.edu.cn 13389276868

  2. 小流域、径流小区自动监测系统 • 移动土壤侵蚀实验室

  3. 小流域、径流小区自动监测系统

  4. 水土流失观测的重点和难点 泥沙观测 径流量观测 降雨量观测

  5. 国内外泥沙监测现状 常用测量方法： 人工或自动收集径流、烘干称量获得水土流失量

  6. 国内外泥沙监测现状 美国Walnut Gulch小流域实验站，Arizona

  7. 红外发射管组 功率放大 微处理器 电源信号接 口 信号放大，滤波，A/D转换 红外接收管组 单光源含沙量 0.05~500 kg/m3 范围内，测量精度误差小于5%

  8. 多波段新式探头组实现全泥沙测量 • 全泥沙（0.05-500kg/m3), 可以满足黄河流域高含沙河流的泥沙观测

  9. 含沙量测量新方法：－近红外法试验标定 选取渭河、黄河主河道泥沙对泥沙传感器进行了标定验证

  10. 含沙量测量新方法：－近红外法试验标定 不同种类泥沙对光线的衰减特性

  11. 传感器的输出与设计泥沙含量的关系

  12. 1 数据采集器 2 连接线 3 手柄 4 光源 5 接收感应器 6 水流通道 4 2 3 1 6 、 5 透射式含沙量测量装置示意图 透射法 测量原理 Beer–Lambert law ：描述物质对单色光吸收强弱与 溶层厚度和溶液浓度的关系。 • 测量装置

  13. 红外线管接收阵 红外线管发射阵 含沙溶液 透射距离 现场微处理及通讯电路 透射式泥沙传感器结构示意图 透射法 透射距离：0.5 cm 1 cm 3 cm

  14. A部分： B部分：

  15. 光的反射定律： 照射在含沙水流的光，一部分光线通过含沙水流透射，一部分被水流及泥沙吸收，一部分被水流及泥沙反射。

  16. （a）1800 nm （b）1940 nm 实际含沙量与模型计算含沙量结果比较

  17. 自动测量系统集成 结构示意 手机网络 控制室 野外卡口站 1 无线电传输 计算机终端 采集器 1 中转电话 电话线传输 无线电传输 主要性能指标： 泥沙测量误差：< 2%、 流量测量误差：水文测量要求 最小采样间隔：2-99 s 泥沙测量范围：0.05~500 kg/m3 工作时间：可长期连续工作 • 水位传感器 • 泥沙传感器 • 雨量传感器 2 3 1 2 3

  18. 径流泥沙/流量自动测量系统 流量监测装置

  19. 径流泥沙/流量自动测量系统 泥沙传感器与控制器

  20. 径流泥沙/流量自动测量系统 降雨观测与供电系统

  21. 径流泥沙/流量自动测量系统 管理软件界面 可实现： 数据采集 远程传输 室内计算分析

  22. 径流泥沙/流量自动测量系统 管理软件界面 径流实时监测

  23. 径流泥沙/流量自动测量系统 管理软件界面 径流实时监测 历史数据报表存储

  24. 径流泥沙/流量自动测量系统 小流域次降雨水沙过程模型计算

  25. 监测系统的应用状况 松辽委安装6套系统， 已经运行6-7年运行状况良好

  26. 黄委甘肃天水水土保持监测站安装嵌套流域自动观测系统于2010年完成黄委甘肃天水水土保持监测站安装嵌套流域自动观测系统于2010年完成

  27. 流量小 （量水堰观测误差太大） • 无压水流 （测量水压的流量计不能使用） • 含沙水流 （针对清水流量测量的流量计使用困难） 径流小区观测特点

  28. 集水池法 • 多孔分流法 • 翻斗式自计流量计法 • Coshocton wheel water sampler 纯人工的方法受人为因素影响 无法实现自动化观测 不能达到理想的精度要求 不适合进行野外观测

  29. 径流小区观测的现状

  30. Coshocton wheel water sampler

  31. 径流小区泥沙流量自动观测系统 野外测量装置 数据传输系统 管理软件 称重感应式 集成量水堰式 与流域传输和管理系统通用

  32. 拉力传感器监测径流管道拉力值 近红外法观测泥沙含量 拉力传感器 软管连接

  33. 浮子部件 优点：集成自动测量， 量程较大（与称重式比较） 导流部件 三角堰

  34. 径流小区泥沙流量自动观测系统试验应用

  35. 可实现： 数据采集 远程传输 室内计算分析

  36. 径流小区泥沙流量自动观测系统试验应用 25、75、120mm/h10min降雨产流过程对比

  37. 径流小区泥沙流量自动观测系统试验应用 120mm/h雨强 10min历时与15min历时降雨产流过程对比

  38. 径流小区泥沙流量自动观测系统试验应用 75mm/h 雨强10min历时 流域出口与各支沟出口产流过程对比

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