[發明專利]一種高寒凍土區包氣帶水土實時監測系統及其安裝方法

在審

• 申請號: 202211430625.2
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115684553A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李備;劉景濤;張玉璽;向小平;解飛;周冰;朱亮;陳璽;張美慧;石萬鵬
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/44;G01D21/02;G01B5/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 鄭粟文

本發明公開一種高寒凍土區包氣帶水土實時監測系統及其安裝方法，涉及水文地質監測領域；該實時監測系統包括水平布置于監測孔頂部的定位桿，所述定位桿與設置于所述監測孔內的定位鋼絲頂部固定連接，所述定位鋼絲底部設有重量能夠調節的配重錘；所述定位鋼絲上安裝有多個監測探頭，多個所述監測探頭分別連接到數據采集及傳輸機箱內，所述數據采集及傳輸機箱電連接有蓄電池，所述蓄電池電連接有太陽能板。本發明還公開了一種上述實時監測系統的安裝方法，能夠將上述系統的監測探頭安裝到所需的埋設深度，有效解決了高寒凍土區包氣帶土壤凍結過于堅硬或監測深度較深等各種不滿足監測探頭側插施工的技術難題。

技術領域

本發明涉及水文地質監測技術領域，特別是涉及一種高寒凍土區包氣帶水土實時監測系統及其安裝方法。

背景技術

包氣帶水土監測一直是水文地質領域研究三水轉化、獲取滲透參數、觀測凝結水循環等科學實驗的重要監測項目，然而現有土壤水分監測探頭相互獨立，安裝過程中需要開挖剖面側插來完成，但在我國很多區域，存在包氣帶土壤凍結過于堅硬或監測深度較深等各種不滿足監測探頭側插施工的技術難題。

由于青藏高原高寒、高海拔、多年凍土分布廣泛的特點，同時監測工作多在無人區、荒漠區開展，施工難度大、生存條件苛刻，對于地質工作者和監測設備都有著極大的挑戰。目前包氣帶水土監測設備布設多以人工開挖1-3m深坑進行探頭側插后再將土壤回填，但將該方法用于青藏高原多年凍土區，人工開挖費時費力、難以達到既定深度，選擇挖掘機作業，成本高昂，凍土剖面擾動較大，且有些多年凍土區域、無人區、荒漠區難以滿足挖掘機進場或者凍土硬度較大，難以達到埋設深度。

發明內容

本發明的目的是提供一種高寒凍土區包氣帶水土實時監測系統及其安裝方法，以解決上述現有技術存在的問題，通過定位桿和定位鋼絲能夠達到所需的埋設深度，有效解決了包氣帶土壤凍結過于堅硬或監測深度較深等各種不滿足監測探頭側插施工的技術難題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種高寒凍土區包氣帶水土實時監測系統，包括水平布置于監測孔頂部的定位桿，監測孔是由履帶式XY-3X深孔取芯取樣鉆機鉆探而成，其具有移動方便、對地形適應性好、成孔穩定等特點，其成孔孔徑150mm，適合監測探頭和定位鋼絲進入；所述定位桿與設置于所述監測孔內的定位鋼絲頂部固定連接，所述定位鋼絲底部設有重量能夠調節的配重錘；所述定位鋼絲上依次梯度安裝有多個監測探頭，監測探頭布置形式為上密下疏結構，多個監測探頭垂向間距也可根據監測層位要求進行調整，監測探頭可測量土壤體積含水率、土壤溫度參數；多個所述監測探頭分別連接到數據采集及傳輸機箱內，所述數據采集及傳輸機箱電連接有蓄電池，所述蓄電池電連接有太陽能板。

可選的，所述定位桿采用空心鍍鋅管，所述定位桿水平埋設于所述監測孔頂部的地表，且與地面齊平，所述定位鋼絲頂部通過鋼絲卡扣固定在所述定位桿中心位置處。

可選的，所述定位鋼絲外包裹有耐腐蝕、防凍的橡膠層，所述定位鋼絲上依次設置有多個卡扣及扎帶，所述監測探頭通過所述卡扣及扎帶與所述定位鋼絲固定連接。

可選的，所述數據采集及傳輸機箱內置有數據采集器、供電端子和多個接線柱，所述數據采集及傳輸機箱內還設有北斗傳輸/4G傳輸裝置。

可選的，所述數據采集及傳輸機箱固定于立桿上，所述立桿底部通過水泥基礎固定設置于監測孔一側，所述太陽能板鉸接于所述立桿頂部。

可選的，所述蓄電池采用密封包裹于地埋箱內的鉛蓄電池，所述地埋箱埋設于所述水泥基礎一側。

可選的，多個所述監測探頭的探頭通訊線分別與所述數據采集器連接，所述監測探頭和數據采集器的電源線分別與所述供電端子對應的接口連接；多個所述接線柱分別與數據采集器的總通訊線接口、供電端子總輸出正負極、蓄電池正負極、太陽能板正負極以及北斗傳輸/4G傳輸裝置的北斗/4G信號線連接。