一种便携式地表径流自动采集装置及样品采集方法

技术领域

本发明涉及地表径流监测技术领域，特别是涉及一种便携式地表径流自动采集装置及样品采集方法。

背景技术

地表径流是指降水无法渗入地下，而在地表上形成的水流，开展地表径流采集是研究农田养分盈亏、流域水土流失及面源污染过程的重要基础环节。传统地表径流采集方式主要有两种，一种是依靠人工进行采集，在降雨发生后每隔一段时间在径流出口处收集水样。第二种是依靠商用的自动化仪器进行采集，常用的有水质自动采样器、全自动地表径流采集系统等，通过设定采样时间，实现径流自动采集。第一种采集方式人工成本高，需要时刻关注天气变化情况，遇雷雨天气野外作业存在安全隐患。第二种采集方式一般需要建设地表径流收集池，资金投入及维护成本高，在遭遇断电情况时无法保证能完成采集工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式地表径流自动采集装置及样品采集方法，具有成本低、体积小、无需外接能源的特点，可以克服传统自动采集设备不便携带、能耗高、在偏僻场所难以外接能源的问题，具有操作简单、适用性强、不受场地限制的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种便携式地表径流自动采集装置，包括箱体、进水结构、导流结构和样品采集结构，所述箱体为封闭结构，所述进水结构和所述导流结构设置在所述箱体的上方，所述样品采集结构设置在所述箱体中，所述进水结构与所述导流结构连通，所述样品采集结构包括储水槽、若干时间瓶和若干样品瓶，所述时间瓶与所述样品瓶一一对应，各所述样品瓶中均设置有一浮球，所述储水槽和所述时间瓶均与所述导流结构连通，相邻的所述时间瓶连通，所述时间瓶与相应的所述样品瓶通过联动结构连接，所述时间瓶装满水后，触发所述联动结构，实现所述储水槽与所述样品瓶的进水口的连通，所述样品瓶装满水后，所述浮球浮起堵住所述样品瓶的进水口。

优选地，所述导流结构包括导流槽和集水槽，所述集水槽设置在所述导流槽中，所述集水槽中的水能够溢流至所述导流槽中，所述集水槽用于与所述进水结构连通，所述导流槽设置有第一出水孔和第二出水孔，所述第一出水孔和所述第二出水孔均用于与所述样品采集结构连通。

优选地，所述样品采集结构还包括初样瓶，所述初样瓶与所述储水槽连通。

优选地，所述联动结构包括支架、杠杆和砝码，所述杠杆的中部与所述支架铰接，所述杠杆的一端与所述时间瓶连接，所述杠杆的另一端与所述砝码连接，所述砝码位于所述样品瓶中，当所述时间瓶内部为空时，所述砝码能够挡住所述样品瓶的进水口。

优选地，所述样品采集结构还包括若干固定支架，各所述时间瓶位于一所述固定支架中。

优选地，所述储水槽与各所述样品瓶分别通过进样管连通，所述进样管由所述储水槽向所述样品瓶自上而下倾斜设置。

优选地，所述储水槽为U型，所述储水槽采用PVC材料制成。

优选地，所述时间瓶的瓶身采用玻璃制成；所述样品瓶的瓶身采用塑料制成；所述浮球采用海绵制成。

优选地，所述进水结构的进水口设置有粗格栅，进水结构的出水口设置有细格栅，地表径流通过所述进水结构的进水口进入所述进水结构，并通过所述进水结构的出水口进入所述导流结构。

本发明还提供了一种采用所述便携式地表径流自动采集装置的样品采集方法，包括以下步骤：

第一步，地表径流经过进水结构去除漂浮物后进入导流结构；

第二步，当导流结构的集水槽内装满水后，径流通过溢流作用进入导流槽，随后经第一出水孔和第二出水孔均匀稳定流入样品采集结构；

第三步，一部分径流样进入储水槽，初样瓶开始收集径流开始产生的初始样品；

第四步，一部分径流样进入时间瓶，串联的时间瓶从径流开始产生即接入水样；

第五步，当第一个时间瓶水样接满时，时间瓶质量大于砝码质量，时间瓶通过杠杆将砝码抬起，相应的样品瓶开始收集样品，样品装满后，浮球上浮堵住瓶口，样品瓶不再进样，一个时间瓶控制一个样品瓶的样品采集过程，时间瓶装满水的时间t即为径流样采集的时间间隔。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过装满水的时间瓶触发联动结构，实现样品瓶的采样，设置串联的时间瓶实现等间隔采样，并且可通过调整时间瓶规格设置不同的采样间隔。在野外实际应用中，可将装置提前埋放至目标区域径流出口处，待降雨时间结束后可将装置拿出，得到所需径流样品。本发明具有成本低、体积小、无需外接能源的特点，可以克服传统自动采集设备不便携带、能耗高、在偏僻场所难以外接能源的问题，具有操作简单、适用性强、不受场地限制的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明的便携式地表径流自动采集装置示意图；

图2为本发明的样品采集结构示意图；

其中：100-便携式地表径流自动采集装置，1-箱体，2-粗格栅，3-细格栅，4-导流槽，5-集水槽，6-第一出水孔，7-第二出水孔，8-储水槽，9-时间瓶，10-样品瓶，11-初样瓶，12-固定支架，13-进样管，14-支架，15-杠杆，16-砝码，17-连接线，18-浮球，19-导流管，20-进水管，21-进水结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种便携式地表径流自动采集装置及样品采集方法，具有成本低、体积小、无需外接能源的特点，可以克服传统自动采集设备不便携带、能耗高、在偏僻场所难以外接能源的问题，具有操作简单、适用性强、不受场地限制的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1至图2所示：本实施例提供了一种便携式地表径流自动采集装置100，包括箱体1、进水结构21、导流结构和样品采集结构，进水结构21和导流结构设置在箱体1的上方，样品采集结构设置在箱体1中，进水结构21与导流结构连通，样品采集结构包括储水槽8、若干时间瓶9和若干样品瓶10，时间瓶9与样品瓶10一一对应，各样品瓶10中均设置有一浮球18，储水槽8和时间瓶9均与导流结构连通，相邻的时间瓶9连通，时间瓶9与相应的样品瓶10通过联动结构连接，时间瓶9装满水后，触发联动结构，实现储水槽8与样品瓶10的进水口的连通，样品瓶10装满水后，浮球18浮起堵住样品瓶10的进水口。

具体地，本实施例中，箱体1为封闭结构，箱体1的内层采用不锈钢制成，箱体1的外层采用ABS材料制成，保证装置具有很强的抗冲击、防潮、耐腐蚀等特性，箱体1为长方体，尺寸为80cm×50cm×40cm(长×宽×高)。

本实施例中，进水结构21为长方体结构，进水结构的顶部和一侧壁为进水口，进水口处设置有粗格栅2，进水结构中与设置有粗格栅2的侧壁相对的一侧壁为出水口，出水口设置有细格栅3，进水结构的其余各壁封闭设置，粗格栅2和细格栅3均采用不锈钢制成，粗格栅2的网孔尺寸为3cm×15cm，粗格栅2起到拦截地表径流中较粗大的漂浮物的作用，细格栅3的网孔尺寸为3cm×3cm，细格栅3起到拦截地表径流中较细小的漂浮物的作用，地表径流经过粗格栅2进入进水结构21，然后经过细格栅3进入导流结构的集水槽5中。

本实施例中，导流结构的作用是减缓水流流速，使径流均匀稳定进入样品采集结构，导流结构包括导流槽4和集水槽5，导流槽4和集水槽5均采用不锈钢制成，集水槽5的一侧与进水结构21的出水口之间可通过缓冲槽连通，缓冲槽除了与集水槽5连通的一侧以及与进水结构21的出水口连通的一侧外，其余为封闭结构，集水槽5为无顶部的长方体，集水槽5的尺寸为40cm×30cm×10cm，集水槽5设置在导流槽4中，集水槽5的侧壁低于导水槽4的侧壁，集水槽5用于初步汇集进水水流，水流通过溢流作用进入导流槽4，导流槽4为设置有顶部的长方体，导流槽4的尺寸为50cm×50cm×15cm，导流槽4内壁与集水槽5外壁之间的导流宽度为10cm，导流槽4的侧壁开设有第一出水孔6和第二出水孔7，第一出水孔6的尺寸小于第二出水孔7的尺寸，第一出水孔6共20个、孔径为2cm，第二出水孔71个、孔径1cm，第一出水孔6与样品采集结构的储水槽8通过管径为1.8cm的PVC硬管制成的导流管19连通，第二出水孔7均用于与样品采集结构的样品瓶10通过管径为0.8cm的PVC软管制成的进水管20连通。

本实施例中，样品采集结构还包括初样瓶11和若干固定支架12，初样瓶11与储水槽8通过进样管13连通，进样管13由储水槽8向初样瓶11自上而下倾斜设置，倾斜角度为30°，初样瓶11的瓶口无砝码，径流开始进入装置后即开始装样。储水槽8呈U型，储水槽8的各部分为中空的长方体，剖面尺寸为4cm×4cm，储水槽8采用PVC材料制成，储水槽8的总长度为150cm。储水槽8与各样品瓶10分别通过进样管13连通，进样管13为管径1.5cm的PVC硬管，进样管13由储水槽8向样品瓶10自上而下倾斜设置，倾斜角度为30°。各时间瓶9位于一固定支架12中，固定支架12为不锈钢材质，底部为直径6cm的圆环，4根不锈钢柱的下端与圆环连接，不锈钢柱的圆形截面直径为1cm。时间瓶9包括瓶身、橡胶塞和导管，时间瓶9的瓶身为玻璃材质，时间瓶9的瓶身的直径为6cm、瓶高为5cm，橡胶塞的直径为3cm，相邻的时间瓶9通过导管串联，导管的一端靠近前一个时间瓶9的底部，导管的另一端靠近后一个时间瓶9的瓶口。样品瓶10的瓶身为塑料材质，样品瓶10的瓶身的直径为6cm、瓶高5cm、瓶口直径为3cm、瓶盖直径为3.2cm，瓶盖缺口处为样品瓶10的进水口，用于与进样管13相连。浮球18为海绵材质，浮球18的直径为3.2cm，作用为在样品瓶10装满后堵住瓶口。

本实施例中，联动结构包括支架14、杠杆15和砝码，支架14和杠杆15的材质为不锈钢，杠杆15的中部与支架14铰接，杠杆15的臂长15cm，支架14的高度为12cm，杠杆15的一端与时间瓶9通过连接线17连接，杠杆15的另一端与砝码通过连接线17连接，连接线17长4cm，砝码为无磁不锈钢材质，砝码位于样品瓶10的瓶口中，砝码的直径为3cm、质量为700g(略小于装满水的时间瓶9)，砝码用于控制样品瓶10的进样，当时间瓶9内部为空时，砝码能够挡住样品瓶10的进水口。

实施例二

本实施例提供了一种采用实施例一的便携式地表径流自动采集装置100的样品采集方法：

第一步，地表径流经过粗格栅2、细格栅3去除漂浮物后进入导流结构；

第二步，当集水槽5内装满水后，径流通过溢流作用进入导流槽4，流速减缓，随后经第一出水孔6和第二出水孔7均匀稳定流入样品采集结构；

第三步，一部分径流样进入储水槽8，初样瓶11开始收集水样，即收集径流开始产生的初始样品；

第四步，一部分径流样进入时间瓶9，串联的时间瓶9从径流开始产生即接入水样；

第五步，当第一个时间瓶9水样接满时，时间瓶9质量大于砝码质量，时间瓶9通过杠杆15将砝码抬起，相应的样品瓶10开始收集样品，样品装满后，浮球18上浮堵住瓶口，样品瓶10不再进样，一个时间瓶9控制一个样品瓶10的样品采集过程，时间瓶9装满水的时间t即为径流样采集的时间间隔，可通过调整时间瓶9与砝码规格改变采样间隔。

本实施例利用杠杆15原理实现地表径流自动采集，通过装满水的时间瓶9拉动砝码抬升触发采样，设置串联的时间瓶9实现等间隔采样，并且可通过调整时间瓶9与砝码规格设置不同的采样间隔。在野外实际应用中，可将装置提前埋放至目标区域径流出口处，待降雨时间结束后可将装置拿出，取出样品瓶，得到所需径流样品，清空装置可重新使用。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。