[發(fā)明專利]一種近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010288521.3
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101949762A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李生宇;雷加強(qiáng);徐新文;王海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/06;G01G1/18
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務(wù)所 65106
• 代理人: 張莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大氣環(huán)境沙塵量監(jiān)測儀器，具體涉及一種近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

近地表風(fēng)沙流輸沙通量是研究風(fēng)沙運(yùn)動規(guī)律以及沙區(qū)工程設(shè)計必須考慮的參數(shù)。

常用的風(fēng)沙流監(jiān)測方法是直接捕獲法，使用的工具為各種類型的集沙儀。新興的風(fēng)沙流監(jiān)測方法是間接測量法，通過計算風(fēng)蝕探頭上碰撞沙粒產(chǎn)生的震動感應(yīng)能量，來反演輸沙量。集沙儀需要將風(fēng)沙流中的沙粒收集后稱重，這就暴露出集沙儀的缺點(diǎn)：容量有限、不能自動稱重記錄和對地表氣流擾動較大。風(fēng)蝕探頭外形對氣流擾動較小，監(jiān)測頻率高，不需要收集沙粒，非常適合野外長期監(jiān)測，但程序的單一敏感性設(shè)置不能適應(yīng)不同粒徑沙粒，測量數(shù)據(jù)也需要集沙儀進(jìn)行校驗。因此，雖然集沙儀(尤其是被動式集沙儀)還存在諸多問題，但由于它測量的直接性，目前還被大量研究者使用。多數(shù)被動式集沙儀存在的共性問題是不能自動記錄輸沙變化過程，只能得到輸沙總量。

面對以上問題，研究者們開發(fā)出以下幾種能夠自計的被動式集沙儀，下面分析一下它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

翻斗式集沙儀(專利號01222215.1)通過計算器來記錄翻斗的數(shù)量來計算輸沙通量的變化。缺點(diǎn)是：計量精度是單位翻斗容量積沙的重量，無法較精確地記錄或反映較小的風(fēng)沙活動過程；氣流能到達(dá)集沙箱內(nèi)，并沖擊翻斗，導(dǎo)致不足集沙重量就翻倒一次，造成觀測數(shù)據(jù)偏大；只能收集一個方向的輸沙。

風(fēng)沙流動態(tài)監(jiān)測儀(專利申請?zhí)?00610043166.7)能夠把不同方向的輸沙收集到相應(yīng)的集沙桶內(nèi)，而稱重式傳感器可以感知累積集沙量的變化，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將稱重數(shù)據(jù)和相應(yīng)風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)不斷存儲起來。缺點(diǎn)是：儲沙空間較小，不適合長時間野外監(jiān)測；地上部分體積相對較大，對氣流干擾較大；氣流能進(jìn)入集沙桶，氣流沖擊可能造成傳感器測量數(shù)據(jù)忽大忽小跳躍。

美國研制研究者在BSNE集沙儀的集沙槽內(nèi)安裝了稱重式傳感器(http://www.fryreardustsamplers.com/bsne.html)，通過數(shù)據(jù)采集器采集累積重量數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是：風(fēng)沙活動中，進(jìn)入集沙儀內(nèi)部的沙粒由于內(nèi)部渦流擾動，氣流沖擊也造成記錄數(shù)據(jù)波動，稱重數(shù)據(jù)并不能準(zhǔn)確反映集沙量變化。

本發(fā)明針對以上幾種自計被動式集沙儀存在的問題，提供一種對氣流干擾小、排氣性能好、連續(xù)收集地表一定高度所有方向輸沙、自動記錄累積集沙量動態(tài)變化過程的一種近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有自計集沙儀監(jiān)測方法存在的不足，提供一種近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測方法，該方法中所涉及的裝置有：采沙器、儲沙稱重裝置、沙面保護(hù)裝置以及太陽能供電裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；將儲沙稱重裝置埋于地表以下，采沙器安裝在地表，并與儲沙裝置連接在一起，沙面保護(hù)裝置套接在采沙器周邊地表上，太陽能供電裝置和數(shù)據(jù)采集裝置安裝于附近地表，通過電纜線與供電裝置、稱重裝置、采沙器和數(shù)據(jù)采集裝置連接；采沙器隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，將捕獲的沙物質(zhì)收集導(dǎo)入到儲沙裝置中，由電子天平完成稱量工作，數(shù)據(jù)采集器把稱重數(shù)據(jù)采集并存儲起來，太陽能電池板和電瓶為采沙器和數(shù)據(jù)采集裝置提供工作電源，沙面保護(hù)裝置維持周邊地面環(huán)境穩(wěn)定。該方法適于野外風(fēng)沙流自計監(jiān)測，對地表氣流擾動小，集沙空間大，能夠克服內(nèi)部氣流對稱重的擾動，可以收集所有方向的輸沙，定時稱量累積集沙重量，并將這些數(shù)據(jù)及時存儲起來，可以獲得一段時間內(nèi)所有風(fēng)向的輸沙總量，而且可以獲得集沙量的動態(tài)變化數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測。在野外惡劣環(huán)境、無人看管條件下，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)沙流全天候定點(diǎn)觀測，連續(xù)觀測時段長，可以極大減輕野外勞動強(qiáng)度。

本發(fā)明所述的一種近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測方法，該方法中所涉及裝置為：采沙器、儲沙稱重裝置、沙面保護(hù)裝置以及供電裝置和數(shù)據(jù)采集裝置，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

a、選擇一個平坦地塊，澆透水，將儲沙稱重裝置埋于地表以下，采沙器安裝在地表，并與儲沙稱重裝置連接，沙面保護(hù)裝置套接在采沙器周邊地表上，太陽能供電裝置和數(shù)據(jù)采集裝置通過電纜線與固定在附近的采沙器和稱重裝置連接；

b、采沙器隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，將捕獲的沙物質(zhì)收集導(dǎo)入到儲沙稱重裝置中，由電子天平完成稱量工作，太陽能供電裝置為采沙器、儲沙稱重裝置和數(shù)據(jù)采集裝置提供工作電源，再由數(shù)據(jù)采集器將累積稱重數(shù)據(jù)和采樣時間被每隔一定時間間隔存儲起來，直接用數(shù)據(jù)線導(dǎo)入電腦，或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送，即可實(shí)現(xiàn)近地表風(fēng)沙流輸沙自計監(jiān)測。