[发明专利]一种洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩溶动力系统的研究领域，具体涉及一种洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置。

背景技术

洞穴滴水在古环境重建和岩溶表层带研究中占有重要地位，监测滴水的水化学成分、同位素组成等对研究岩溶表层带(饱气带)与环境的响应(如气温、降雨)至关重要。

形成洞穴的基岩由于岩性、构造的差异，往往形成裂隙和管道。降雨经过土壤入渗后进入下部的基岩后，沿着裂隙或管道，形成洞穴滴水点。不同来源的滴水具有不同的水文水化学特征和同位素组成：裂隙滴水点由于其主要来源于土壤孔隙和基岩裂隙，水岩相互作用时间长，滴速(滴水速率)较慢，变化较小，流量稳定，水化学成分一般过饱和，滴水进入洞穴后，一般迅速脱气，在地面上的滴水点往往形成石笋；而管道型滴水点主要来源于基岩中的溶蚀管道，汇水比较集中，水岩相互作用过程短，受降雨影响大，滴速变化大，流量不稳定，雨季最大流量比平均流量大10倍以上，形成快速流，而枯季时甚至断流。

限于研究手段，传统对洞穴滴水的研究，采用定期人工取样、现场测试水化学参数和计时测量滴水速率的方法。这种方法的主要缺陷在于人工劳动强度大、费时费力，对于比较偏远的研究点来说，由于交通的限制，过密的监测间隔不太容易实现，能够获得的监测数据有限。

由于岩溶洞穴系统对环境的敏感性和滴水的特殊性，过少的数据其代表性也不是太好，因而迫切需要一种能够高分辨率监测记录滴水水化学参数，并根据需要自动进行取样的装置。

发明内容

综上所述，为解决现有的技术问题，本发明提供一种洞穴滴水的自动监测以及取样装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种洞穴滴水的自动监测以及取样装置，包括供电模块、水化学监测记录模块、滴率测定模块、自动取样模块和数据记录器；

所述供电模块通过导线分别连接所述水化学监测记录模块、所述滴率测定模块、所述自动取样模块和所述数据记录器，其用于将太阳能转换成电能储蓄起来，并向所述水化学监测记录模块、所述滴率测定模块、所述自动取样模块和所述数据记录器提供电能；

所述水化学监测记录模块处于洞穴内，其用于收集并监测洞穴滴水的pH值、温度、电导率数据，并且将监测到的数据输送给所述数据记录器记录储存起来；

所述滴率测定模块处于所述水化学监测记录模块的下方，并且所述水化学监测记录模块通过软管Ⅰ连接所述滴率测定模块，所述滴率测定模块用于产生监测洞穴滴水的速率或流量的信号，并且将监测信号输送给所述数据记录器计算成洞穴滴水的速率或流量；

所述自动取样模块通过软管Ⅱ连接所述滴率测定模块，其用于对洞穴滴水自动定时取样或者连续取样。

进一步，所述供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器，所述太阳能电池板处于洞穴外，利用光电效应将太阳光能转化成电能为所述蓄电池充电，所述蓄电池向所述水化学监测记录模块、所述滴率测定模块和所述自动取样模块提供电能，所述太阳能控制器控制所述太阳能电池板向所述蓄电池充电以及所述蓄电池的电能输出。

进一步，所述水化学监测记录模块包括用于收集洞穴滴水的滴水收集器，所述滴水收集器通过支架处于洞穴内，在所述滴水收集器的上部开口处设有收集漏斗，在所述收集漏斗内放置有小球，所述收集漏斗底部的漏口通过软管Ⅲ连接到所述滴水收集器的底部，在所述滴水收集器内底部还设有分别监测洞穴滴水的pH值、温度和电导率的监测探头，所述监测探头分别通过数据线连接所述数据采集器，并将监测数据输送给所述数据采集器记录储存起来。

进一步，在所述滴水收集器内的底部设有倒置的漏斗，所述监测探头处于所述滴水收集器的内壁与所述漏斗之间，所述软管Ⅰ的一端从所述漏斗的尖端伸入所述滴水收集器内。

进一步，所述滴率测定模块包括滴率测定容器和翻斗，所述软管Ⅰ的另外一端延伸到所述滴率测定容器内，所述翻斗通过转轴安装在所述滴率测定容器内对应所述软管Ⅰ的位置处，在所述滴率测定容器内设有干簧管，所述翻斗上设有与所述干簧管相对应的磁钢，所述滴水收集器内收集的洞穴滴水通过所述软管Ⅰ滴落到所述翻斗积累后，可以使所述翻斗发生翻转，所述翻斗发生翻转的同时所述磁钢穿过所述干簧管产生开关脉冲信号，所述数据采集器将单位时间的所述脉冲信号数换算成洞穴滴水的速率或流量。

进一步，所述自动取样模块包括上圆盘、取样器、步进电机和控制板，所述取样器内部中空并且开口向上，所述上圆盘处于所述取样器上部的开口处，所述步进电机通过转轴可以带动所述上圆盘在所述取样器上部的开口处转动，所述控制板控制所述步进电机的运行；