[发明专利]万向地表径流实时监测装置

说明书

本发明公开了一种万向地表径流实时监测装置，用于实时监测地表径流深、流速和流向，通过重量传感器测出实时地表径流质量，通过三维力传感器测出实时流向和实时力矩，通过中部支撑杆内部的线路，将实时地表径流质量和实时力矩这两个数据传到中心处理器，经过物理和数学上的处理，从而得出实时地表径流深、实时流速，将这两者与实时流向通过信息传输模块，输出至相应设备。该监测装置结构简单，易操作，材料易获得，可行性强；与计算方式相比，该发明所提供的监测方式具有较高的精确度，可减小工作量，节约时间，提高效率。

技术领域

本发明涉及一种监测装置，尤其涉及一种万向地表径流实时监测装置。

背景技术

地球上各种水体并非是静止的，在太阳的辐射下，不断地蒸发变成水汽进入大气，并随气流输送到各地，在一定的条件下形成降水回到地球表面，其中的一部分被植物截留和土壤储蓄，通过蒸散发返回大气，另一部分以地表径流和地下径流的形式汇入江河湖库，最终回归海洋。地球上各种水体通过这种不断的蒸发、水汽输送、冷凝降落、下渗、形成径流的往复循环的过程称为水文循环。

降雨经植物截留、填洼、下渗的损失过程称为产流过程。降雨扣除这些损失后，剩余的部分称为净雨，净雨在数量上等于它所形成的径流量。

径流分为地表径流和地下径流。地表径流是指降水形成的沿着流域地面流动的水流，它是水文循环的一个重要环节，是河流水文情势变化的根本因素。

有关地表径流量的获得大多是经过产流计算之后，将地下径流扣除，即可得到地表径流量。最常见的两种产流方式为：蓄满产流模式和超渗产流模式，两种产流模式分别对应各自的产流计算方法。随着研究的不断深入，不同的产流计算方法和模型随之产生。

然而，通过计算的方式获得地表径流，不仅需要依赖于大量的降雨、蒸发等水文基础资料，且受模型选取、计算方法、水源划分等一系列因素的影响，计算结果会与实际情况不相符合。

目前，有关地表径流监测的研究很少。与计算相比，直接测量地表径流不需要收集降雨等水文资料，也不需进行模型选取、计算等，可以减轻水文工作者的工作量，节省大量的时间。此外，实测得到的地表径流更加接近实际情况，减小了误差，从而使得后续的汇流计算误差减小，水文预报更为准确。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种万向地表径流实时监测装置，用于实时监测地表径流深、流速和流向。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种万向地表径流实时监测装置，包括顶部集雨器、中心处理模块、侧面防护装置、重量传感器、三维力传感器、中部支撑杆、输水管和底部支撑杆；其中，顶部集雨器与中心处理模块相连，三维力传感器与中部支撑杆相连，中心处理模块通过三维力传感器、中部支撑杆与重量传感器相连，中心处理模块与重量传感器之间安装有侧面防护装置；在顶部集雨器的底部开设圆孔，输水管固定在圆孔中，穿过中心处理模块，下端插入土壤中；底部支撑杆上端连接在重量传感器的底部四周，下端插入土壤中。

进一步地，中心处理模块包括中心处理器、信息传输模块和电源封装层，位于顶部集雨器的底端，且与顶部集雨器紧密相连。

进一步地，顶部集雨器为无盖圆柱体。中部支撑杆为空心圆柱体，内部安装有线路通道。侧面防护装置为透水性强的多孔面板。每两根输水管间隔一根底部支撑杆排列。

进一步地，中心处理器计算实时地表径流深的具体步骤为：

由质量计算公式知：

m_t＝ρ·V_t

V_t＝π(R²-r²)h_t

因而有：