[发明专利]一种室内土槽试验径流泥沙连续取样测量系统和方法

权利要求书

1.一种室内土槽试验径流泥沙连续取样测量系统，其特征在于，包括：取样子系统、测量子系统、样品存储子系统、控制子系统、清理子系统；所述的取样子系统包括：多个环绕在根据取水状况而间歇转动的环形履带周围的取样桶，所述的取样桶通过自动解锁机构与环形履带连接；所述的取样子系统还设有与土槽径流出水口管道连接的取样口，所述的取样口对准一个取样桶的上口并设有初测水位计，所述的初测水位计与控制子系统电连接，所述的控制子系统与带动环形履带运行的电机连接，所述的控制子系统中设有计算雨水充盈一个取样桶时间的计时器和一场降雨充盈取样桶次数的计次器；所述的测量子系统包括：环形履带下落机构和设置在环形履带一侧的轨道，所述的轨道上设有复测水位计、超声波振动器和称重传感器，所述的取样桶上设有二维码，所述的控制子系统中设有二维码读取器；所述的初测水位计和复测水位计均为超声波水位计；所述的取样桶为上部为倒圆台，下部为圆柱形，底部设有活门，圆柱部分至少设有两个卡固环；各个所述取样桶上口密集并排排列，一个接一个，以便能够将取样口流出的水流完全收集，不洒出取样桶之外；所述的控制子系统记录降雨开始时间t₁、降雨强度i、降雨量p，监测小区出水口出流时间t₂，取样桶接取水样开始时间t₃、结束时间t₄；记录复测水位计测定的取样桶内水深h₁，记录取样桶+水样重量m_总，记录取样桶重量m_桶，根据公式计算清水量、泥沙量、含沙量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的取样桶的圆台部分设有与轨道相配合的凹弧形卡固槽。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述的清理子系统包括：设置在一个取样桶停止位上的可开合震动环和自动冲洗器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的自动清洗器包括：与供水管道连接的冲洗泵管，所述的冲洗泵与能够自动伸缩的喷头连接。

5.一种使用权利要求4所述系统的室内土槽试验径流泥沙连续取样测量方法，其特征在于，所述的方法的步骤如下：

启动自动控制子系统的步骤：开启人工降雨时，同时开启自动控制子系统；

取样的步骤：土槽产生径流时，径流经过取样口流入第一个取样桶，初测水位计以至少50次/秒的频率计量取样桶中的水位，控制子系统开始记录出水口产流时间计时，当取样桶中的水位达到设定值时，控制子系统停止计时并驱动环形履带转动，使下一个取样桶进入取样口下方，进入下一轮取样，如此循环往复，控制子系统不断的记录取样桶的取样次数和出水口产流时间，作为计量径流量、含沙量的依据；各个所述取样桶上口密集并排排列，一个接一个，以便能够将取样口流出的水流完全收集，不洒出取样桶之外；

精确计量的步骤：取样桶取水后，在下一个停止位进行精确测定：首先控制子系统的二维码读取器读取取样桶上带有该取样桶重量的二维码，同时环形履带整体下降，使取样桶落在轨道上，轨道上的超声波振动器对取样水进行超声波震动，以排除水中的空气，并粉碎水样中可能存在的大块泥土，震动之后，复测水位计测定取样桶内水深；称重传感器对取样桶称重，去除取样桶重量后得到精确的取样重量；

取样桶中水和泥沙重量的计算公式：

根据取样桶内水深h₁计算取得的水和泥沙样总体积：

h1≤h2时：V_总=3.14×h₂×（D₂/2）²

h1＞h2时：V_总=3.14×h2×（D₂/2）² + 1/3π(h₁－h₂)(（D₁）²+（D₂）²+D₁×D₂)/4

根据取样桶+水样质量m_总和m_桶计算取得的水和泥沙样总质量m_样：

m_样=m_总－m_桶

根据公式计算含沙量：

S_沙=γ_沙/ V_总× (m_样－γ_水× V_总) /(γ_沙－γ_水)

其中：S_沙为含沙量，γ_沙为取样桶中的泥沙总体积，γ_沙和γ_水分别为泥沙和水的容重；

清洗的步骤：取样桶沿环形履带进入清洗区，打开取样桶底部活门，放出取样桶中的水和泥沙，可开合震动环夹住取样桶并震动，开启冲洗泵，喷头伸出对取样桶进行清洗，清洗后取样桶随环形履带继续前行，准备下一次取样；

实验结束的步骤：关闭人工降雨后，控制子系统收到降雨停止的信号，控制子系统根据径流状况适时停止运行，进入待机，如果继续进行实验则再次进入工作状态，如果停止实验则进入关闭状态。