一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置

技术领域

本发明涉及农田退水领域，特别是涉及一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置。

背景技术

现阶段，在城镇生活污染、工业污染等点源污染得到较大改善的同时，农业面源污染的治理已经成为我国水环境提升工作的重中之重，而其中过量施用化肥农药、不合理的灌排模式等原因所导致的农田面源污染问题日益加剧。

农田退水是造成农田面源污染的主要途径，由于农田退水的排放具有随机性、间歇性等特点，其水量水质的监测存在监测成本高、监测难度大、监测精度低等问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置。

本发明提出一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置，包括雨量测量设备、径流通道、径流监测系统和采样设备；其中，农田排水口、所述径流监测系统与所述采样设备通过所述径流通道连通；所述径流监测系统包括设置在所述径流通道上的测流池和设置在所述测流池上的三角堰结构；所述测流池内设置有液位传感器，用于测量该测流池的水位；所述采样设备包括可转动的托盘、位于该托盘上的若干采样瓶、驱动该托盘转动的驱动组件以及控制器；所述控制器分别与所述驱动组件、所述液位传感器通讯连接；所述控制器用于接收所述液位传感器的液位值，并控制所述驱动组件带动采样瓶位于或离开所述预定位置；当所述液位值大于预定液位值时，所述控制器控制所述驱动组件交替处于驱动托盘状态和暂停状态；当所述液位值小于预定液位值时，所述控制器控制所述驱动组件停止驱动托盘转动。

优选地，当所述液位值大于预定液位值时，所述控制器开始间隔第一预定时间发送启动信号至驱动组件，控制所述托盘上的采样瓶不断运行至预定位置；所述控制器间隔第二预定时间发送暂停信号至驱动组件，使得运行至预定位置的采样瓶暂停移动，采集水体样本；其中，所述启动信号发送第三预定时间后发送所述暂停信号。

优选地，每次采样瓶被运送至预定位置并离开预定位置计为一次采集水样；当所述采集水样次数大于或等于所述采样瓶数时，所述控制器控制所述驱动组件停止驱动托盘转动。

优选地，该三角堰结构设置为开设有三角形缺口的堰板，所述缺口由堰板底侧开始向顶侧朝着左右两侧边张开；该三角形缺口的顶角位于所述堰板底侧，且所述堰板底侧与测量池池底贴合。

优选地，所述三角堰结构为等腰直角三角形，所述三角形缺口的顶角为直角。

优选地，还包括稳流部，所述稳流部包括设置在径流通道上的至少两块多孔板，所述多孔板布置在所述测流池前，用于稳定农田退水的流动。

优选地，还包括拦砂池，所述拦砂池设置在所述稳流部与所述农田排水口之间；所述拦砂池底部设置有若干拦砂槛，用于截留农田退水中的砂石。

优选地，还包括采样池，所述采样池池底的高度低于测流池的池底高度；该采样池设置有第一溢流口和出水口，所述出水口与所述采样设备通过连通水管连通。

优选地，所述驱动组件包括驱动电机和连接该驱动电机输出轴与托盘的传动机构，传动机构包括连接在驱动电机输出轴上的主动齿轮、设置在托盘上的内圈齿轮以及分别与所述主动齿轮和所述内圈齿轮啮合的行星齿轮。

优选地，所述采样设备还包括采样箱体，所述采样箱体位于所述托盘上、包围所述若干采样瓶；所述采样设备的进水口开设在该采样箱体上；所述采样箱体开设有第二溢流口，所述第二溢流口低于采样瓶开口位置。

如上所述，本发明涉及的一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置，通过雨量测量设备、测量池、三角堰结构和采样设备的配合，实现了农田退水径流量的自动监测以及水体的分时段自动采样，增加了径流量的监测精度，减少了人工监测成本，同时，为后续研究不同降雨情况下，农田退水水量水质的变化特性提供数据基础。

附图说明

图1为本发明一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置的示意图。

图2为本发明连通有拦砂池、测流池和采样池的径流通道的示意图。

图3为本发明中采样设备的局部示意图。

图4为本发明中采样设备的局部示意图。

图5为本发明中传动机构的示意图。

图6为本发明一实施例中控制器发送启动信号与暂停信号的时间示意图。

附图标记说明：

100、雨量测量设备；200、径流通道；210、折流管；310、测流池；320、三角堰结构；321、堰板；322、三角形缺口；330、稳流部；331、多孔板；340、拦砂池；341、拦砂槛；350、采样池；351、第一溢流口；352、出水口；353、连通管道；400、采样设备；410、托盘；411、限位槽；420、采样瓶；421、瓶盖；430、传动机构；431、主动齿轮；432、内圈齿轮；433、行星齿轮；440、采样箱体；441、进水口；442、第二溢流口；443、拨片；500、农田排水口。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图5所示，一种农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置的实施例，包括雨量测量设备100、径流通道200、径流监测系统和采样设备400，农田排水口500、径流监测系统与采样设备400通过径流通道200连通；径流监测系统包括设置在径流通道200上的测流池310和设置在测流池310后的三角堰结构320；测流池310内设置有液位传感器，用于测量该测流池310的水位；

采样设备400包括可转动的托盘410、位于该托盘410上的若干采样瓶420、驱动该托盘410转动的驱动组件以及控制器；采样瓶420用于采集径流通道200内的水体样本，驱动组件用于驱动托盘410，进而带动采样瓶420移动；控制器分别与驱动组件、液位传感器通讯连接；控制器用于接收液位传感器的液位值，并控制驱动组件带动采样瓶420位于或离开预定位置，便于采样瓶420采集流经径流通道200的水体样本；当液位值大于预定液位值时，控制器控制驱动组件交替处于驱动托盘410状态和暂停状态；当液位值小于预定液位值时，控制器控制驱动组件停止驱动托盘410转动。

通过雨量测量设备100，如翻斗式雨量计，可测量并且记录历史的降水情况，如特定时间段的降雨量；基于测量池中液位传感器测得的该特定时间段的液位，并可得到三角堰过堰流量的大小，从而得出农田退水径流量大小；同时，当降水量达到一定水平时，测量池的液位值大于预定液位值，控制器控制驱动组件间隔预定时间驱动托盘410上的若干采样瓶420先后对当时的农田退水的收集，保证了采样的对农田退水水体采样的及时与准确；从而，实现了农田退水径流量的自动监测以及水体的分时段自动采样，增加了径流量的监测精度，减少了人工监测成本，同时，为后续研究不同降雨情况下，农田退水水量水质的变化特性提供数据基础。

当液位值大于预定液位值时，控制器控制驱动组件交替处于驱动托盘410状态和暂停状态；当液位值小于预定液位值时，控制器控制驱动组件停止驱动托盘410转动。为了表述方便，可将先后到达预定位置的采样瓶420分别称为第一采样瓶和第二采样瓶。

具体的，当液位值大于预定液位值时，控制器发送启动信号至驱动组件，驱动组件处于驱动托盘410状态，直到第一采样瓶位于预定位置。此时，控制器发送暂停信号至驱动组件，驱动组件处于暂停状态，位于预定位置的第一采样瓶在进行水体采样，直到第一采样瓶收集到适量的水体样品。第一采样瓶采集水体样品完成后，控制器控制第二采样瓶被运送至预定位置，此时，采集有水体样品的第一采样瓶也运离预定位置。

在本实施例中，若干采样瓶420周向均布与托盘410上，驱动组件驱动托盘410转动的速度恒定。因此，当液位值大于预定液位值时，开始每间隔第一预定时间发送启动信号至驱动组件，控制托盘410上的采样瓶420不断运行至预定位置；并每间隔第二预定时间发送暂停信号至驱动组件，使得运行至预定位置的采样瓶420暂停移动，采集水体样本；其中，所述启动信号发送第三预定时间后发送所述暂停信号。

具体的，如图6所示，其中，A1、A2和A3分别为启动信号发送时间点，相邻的启动信号的发送的第一间隔时间为t2；B1、B2和B3分别为暂停信号发送时间点，相邻的暂停信号的发送的间隔时间段第二预定时间为t3。每次启动信号发送后间隔第三预定时间t1发送暂停信号。

此时，A1B1时间段内，驱动组件处于运行状态，第一采样瓶在B1时处于预定位置；在B1A2时间段内，第一采样瓶在该预定位置进行水体采样。同理，A2B2时间段内，驱动组件处于运行状态，第二采样瓶在B2时处于预定位置；在B2A3时间段内，第二采样瓶在该预定位置进行水体采样。该过程可以一直持续，直到所有的水体采样瓶均完成水体采样。

当然，也可以在第一采样瓶水体采集完成并被驱动离开预定位置后，到第二采样瓶进入预定位置前之间可设定一段恒定的时间段，使得驱动组件处于暂停状态且第一采样瓶与第二采样瓶均不进行水体采样，从而，使得相邻两个采样瓶进行水体采集的间隔时间延长。

例如，第一采样瓶首先运行至预定位置时，进行水体样本收集，5min后，第一采样瓶采样完成，托盘转动，第一采样瓶离开预定位置，第二采样瓶开始靠近预定位置。当托盘上位于第一采样瓶与第二采样瓶的之间的某一位置运行至预定位置时，驱动组件暂停，持续一段时间，例如25min，之后驱动组件再次启动，直到第二采样瓶运行至预定位置才暂停，进行水体采集。

每次采样瓶420运行并离开预定位置计为一次采集水样；当采集水样次数大于或等于采样瓶420数时，控制器控制驱动组件停止驱动托盘410转动。该设置能够避免采样瓶420重复收集不同时间的水体样本，防止采样瓶420前期收集的水体样品被污染。

优选地，该三角堰结构320设置为开设有直角等腰三角形缺口322的堰板321，缺口由堰板321底侧开始朝向顶侧张开，位于堰板321底侧为三角形缺口322(也就是该直角等腰三角形的顶角)的直角，并且堰板321底侧与测量池池底贴合。因此，该直角等腰三角形的缺口等同于由测量池池底开始朝向顶侧张开。该设置方式方便收集农田退水径流通道200的初期径流，避免了径流通道200内农田退水截留情况的发生。

具体的，三角堰过堰流量大小计算公式为：

其中，q

优选地，该农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置还包括稳流部330，稳流部330包括设置在径流通道200上的至少两块多孔板331，多孔板331布置在测流池310前。农田退水经由稳流部330后，水流的状况趋于稳定，方便测流池310中水位的测量以及过堰流量的计算，避免水流波动对于径流的确定。

在本申请文件中，可将径流通道200由农田排水口500朝向采样箱体440的延伸方向称为纵向，该方向一般也为农田退水在径流通道200内的流动方向。而横向则是指垂直于该纵向的方向，也就是对径流通道200进行截流的方向。

优选地，该农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置还包括拦砂池340，拦砂池340设置在稳流部330与农田排水口500之间，拦砂池340底部设置有若干拦砂槛341。砂石的质量较大，受到的浮力小，被位于拦砂池340底的拦砂槛341所拦截，避免砂石随着农田退水流入测量池以及测量设备中。同样的，该拦砂槛341也为横向布置。

农田退水径流量自动监测及分时段自动采样装置还包括采样池350，采样池350池底的高度低于测流池310的池底高度，该采样池350设置有溢流口和出水口352；出水口352与采样设备400通过连通水管连通。

在本实施例中，三角堰结构320位于测流池310与采样池350之间；采样池350池底的高度低于堰板321底侧的高度10-15cm，以保证三角堰结构320前后存在水头差，防止径流流通不畅，影响径流量测定精度。其中，围成该采样池350的侧壁高度与测流池310底板的高度相同，采样池350的出水口352位于采样池350池底，既保证了采样设备400的正常进水，多余的农田退水则从与测流池310底板高度一致的采样池350侧壁中溢出，避免采样池350中蓄水影响农田退水的正常流动。

在本实施例中，采样设备400的进水口441位置固定，当采样瓶420位于预定位置时，才能承接进入采样设备400的农田退水。优选的，若干采样瓶420周向均布与托盘410上。驱动组件包括驱动电机以及连接该驱动电机输出轴与托盘410的传动机构430。故而，驱动电机在接收到启动信号后，启动并维持运行一段时间，即可实现预定的采样瓶420被运送至预定位置。

在本实施例中，传动机构430包括连接在驱动电机输出轴上的主动齿轮431、设置在托盘410上的内圈齿轮以及分别与主动齿轮431和内圈齿轮432啮合的行星齿轮。驱动电机通过主齿轮带动行星齿轮，并由内圈齿轮432带动托盘410转动。

采样设备400还包括采样箱体440，采样箱体440位于托盘410上、包围若干采样瓶420；采样设备400的进水口441开设在该采样箱体440上；采样箱体440开设有采样溢流口，溢流口低于采样瓶420开口，用于溢流进入该采样箱体440内多余的农田退水。通过布置采样箱体440，避免降雨等直接落入采样瓶420内污染水体样本。

采样瓶420设置有与该采样瓶420铰接的瓶盖421，采样箱体上对应设置有拨片443；瓶盖421打开时，该瓶盖421自下向上朝着托盘421转动方向倾斜，拨片443的一端固定在采样箱体421顶部，另一端部悬空。当采样瓶420采样完成后，采样瓶420带动瓶盖421转动至该拨片443对应的位置时，跟随托盘410转动的瓶盖421的上端被固定的拨片443所阻挡，使得瓶盖421盖合该采样瓶420的瓶口，避免了外界污染源对于采样瓶420内水体样本的污染。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。