本發(fā)明涉及土壤檢測技術領域，特別是屬于一種高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。

背景技術：

中國進入新世紀以來，水庫大壩建設數(shù)量迅猛增加，據(jù)《2014年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》，我國水電建設裝機容量已突破3億千瓦。大規(guī)模水電開發(fā)，伴隨產生位于水庫兩側，受陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)交替控制的區(qū)域，即水庫消落帶。對于壩高在70m以上，庫容大于1億m3的高壩大庫，如三峽水庫、小灣水庫、糯扎渡水庫等，其消落帶范圍均在30m以上，導致環(huán)境和生態(tài)問題更為凸顯。高壩大庫蓄水后，蓄水位以下坡面原生植被不適應新生境而逐漸消亡，消落帶呈裸坡狀態(tài)，進而造成庫岸地質災害頻發(fā)，土壤侵蝕異常強烈，庫區(qū)景觀質量下降等，受到當?shù)卣蛧谊P注。

因此，消落帶形成后，需進行消落生態(tài)系統(tǒng)恢復和保護，以防止土壤流失、庫岸崩塌和滑坡等問題。其中，植被恢復和重建是消落帶生態(tài)系統(tǒng)恢復和保護重點。而消落帶土壤表層水是消落帶植被生存的基本生活條件，同時是嚴重制約消落帶人工植被恢復的重要因子。通過開展消落帶土壤表層水分監(jiān)測，以便進行消落帶土壤水分波動范圍和時間分區(qū)，對選擇相應階段植被種類具有重要理論和實際意義。但如西南地區(qū)水庫消落帶，具有坡度大、范圍高、淹沒時間長達半年、土壤侵蝕嚴重等特點，人為定期前往消落帶進行觀測困難且耗力大。急需一種消落帶土壤水分表層系統(tǒng)監(jiān)測裝置，能夠在各類型消落帶實測表層土壤水分數(shù)據(jù)，完成消落帶土壤表層水分無人定點觀測，實現(xiàn)長期系統(tǒng)化監(jiān)測。

現(xiàn)有的土壤水分監(jiān)測儀，可進行土壤水分快速讀取，對落后的傳感器、電路設計及裝置結構進行了一定改進，但此類裝置僅設計了單個土壤水分監(jiān)測儀，適用范圍有限，針對大型消落帶，受水位波動產生土壤水分變化、土層剝蝕等情況，存在監(jiān)測位置單一，設備易遺失等問題。而針對消落帶的監(jiān)測儀器設備，主要目的是針對巖石穩(wěn)定性觀測而設計，通過在消落帶巖體內設置監(jiān)測線，布置位移傳感器和角度傳感器等，監(jiān)測消落帶滑坡情況，實現(xiàn)對消落帶護坡立體化監(jiān)測。此類消落帶專利，并未對消落帶土壤水分進行系統(tǒng)監(jiān)測，且此類監(jiān)測具有成本高、布設環(huán)境有限、設計復雜等不足。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的即在于提供一種高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，以達到成本低、布設簡單、實用性強以及提高檢測精度、可靠性的目的。

本發(fā)明所提供的高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集器、土壤水分監(jiān)測儀，數(shù)據(jù)采集器又包括信息存儲模塊以及電源模塊，其中，數(shù)據(jù)采集器置于庫岸最高水位線以上的平臺上，土壤水分監(jiān)測儀置于水庫最高水位線和最低水位線之間的消落帶上，呈等距分布且并聯(lián)后，通過電纜連接數(shù)據(jù)采集器，其中，所述電纜末端連接壓力式水位計，壓力式水位計置于水庫最低水位線以下水體中。

進一步的，所述的電源模塊為充電電池或充電電池與太陽能板的結合。

本發(fā)明所提供的高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：選擇每年消落帶水位接近最低時，安設本高壩大庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，先查詢資料確定水庫最低水位值以及最高水位值，在實地根據(jù)水庫運行造成的植被裸露地帶或氣壓計確定消落帶高度范圍，選擇等間隔的高程值，即在消落帶高度范圍等間隔對應的水位處，設置土壤水分監(jiān)測儀于消落帶土壤0-20cm范圍內，各土壤水分監(jiān)測儀之間用電纜連接固定；在電纜末端，連接壓力式水位計，并置于最低水位線以下位置；數(shù)據(jù)采集器放置于最高水位線以上平臺；

步驟2：水庫夏季為水位最低時，安裝本系統(tǒng)之后，水庫水位在最高水位線和最低水位線之間波動。此時，位于最低水位線以下的壓力式水位計，記錄并存儲實時水位相關數(shù)據(jù)；冬季水位上升過程中，水體依次淹沒消落帶，土壤水分監(jiān)測儀依次淹沒，并記錄土壤水分、水勢、鹽分和溫度數(shù)據(jù)，通過電纜存儲于數(shù)據(jù)采集器，此時即可在消落帶上庫岸附近，通過數(shù)據(jù)采集器提取所需數(shù)據(jù)；

步驟3：次年夏季的水庫水位再達最低處，此時可根據(jù)需求，前往消落帶視察本系統(tǒng)的各儀器整體情況，包括讀取數(shù)據(jù)采集器內存儲內容或回收該系統(tǒng)。

本發(fā)明所提供的高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，結構設計合理、實用性強，通過根據(jù)水庫消落帶的高度范圍等距布設的土壤水分監(jiān)測儀，用電纜連接各土壤水分監(jiān)測儀至數(shù)據(jù)采集器，并通過數(shù)據(jù)采集器內的電源模塊以及信息存儲模塊進行供電及存儲數(shù)據(jù)，使得本裝置具有布設方便、簡單以及成本低的特點，解決了土壤水分野外長期無人監(jiān)測的問題，且本裝置無需維護。在電纜末端連接壓力式水位計，可長期記錄存儲水庫水位漲落變化數(shù)據(jù)，結合消落帶土壤水分數(shù)據(jù)，獲得水庫水位調度運行于消落帶土壤水分含量變化關系。本發(fā)明可安置在任意消落帶，可應用于消落帶植被恢復研究提供水分數(shù)據(jù)領域，所得數(shù)據(jù)也可應用于干濕交替環(huán)境下土壤水分動態(tài)變化等研究，同時，本裝置還能夠搭載其他監(jiān)測設備于相應土壤水分監(jiān)測儀節(jié)點位置，包括GPRS定位儀等拓展監(jiān)測設備，從而實現(xiàn)多角度監(jiān)測數(shù)據(jù)的定點采集。綜上所述，本發(fā)明具有可靠性高、提高工作效率的積極效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖中：1、太陽能板，2、數(shù)據(jù)采集器，3、電纜，4、土壤水分監(jiān)測儀，5、壓力式水位計，6、最高水位線，7、最低水位線，8、庫岸。

具體實施方式

本發(fā)明所提供的高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器2、土壤水分監(jiān)測儀4，其中，數(shù)據(jù)采集器2置于庫岸8最高水位線6以上，土壤水分監(jiān)測儀4根據(jù)消落帶的高度范圍等距分布且并聯(lián)后，通過電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2。其中，數(shù)據(jù)采集器2包括信息存儲模塊和電源模塊，信息存儲模塊用于記錄、存儲消落帶表層土壤水分、水勢、鹽分和溫度等數(shù)據(jù)，電源模塊由充電電池或配備太陽能板1組成；電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2和土壤水分監(jiān)測儀4；土壤水分監(jiān)測儀4捆綁在電纜3上，用于實時監(jiān)測土壤水分、水勢、鹽分和溫度等數(shù)據(jù)內容，同時確保在水位漲落對土壤進行剝蝕過程中的定點觀測以及防止儀器移動或丟失，易于回收，且電纜3末端連接壓力式水位計5，置于最低水位以下水體中。所述壓力式水位計5可以根據(jù)需要設置多個。土壤水分監(jiān)測儀4根據(jù)消落帶高度范圍，等距分布且土壤水分監(jiān)測儀4之間為并聯(lián)式連接方式，可以長期埋深在土壤，從而提供表層土壤水分的長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用方便，根據(jù)水庫據(jù)消落帶范圍內布置的多個土壤水分監(jiān)測儀4，多點觀測，結合水位數(shù)據(jù)，提供了整個消落帶隨水位季節(jié)性波動產生的土壤水分變化趨勢，用于進行有關消落帶表層土壤水分動態(tài)變化的研究。

本發(fā)明所提供的高壩水庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇每年消落帶水位接近最低時，安設本高壩大庫消落帶土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)，先查詢資料確定水庫最低水位線7以及最高水位線6，在實地根據(jù)水庫運行造成的植被裸露地帶或氣壓計確定消落帶高度范圍，選擇等間隔的高程值，即在消落帶高度范圍等間隔對應的水位處，設置土壤水分監(jiān)測儀4于消落帶土壤0-20cm范圍內，選擇地點盡量避免過多石頭、根系或異物區(qū)域，保證土壤含水量測定的精確度；各土壤水分監(jiān)測儀4之間用電纜3連接固定；在電纜3末端，連接壓力式水位計5，并置于最低水位線7以下位置；數(shù)據(jù)采集器2放置于最高水位線6以上平臺。選取較平、寬闊地區(qū)，以便于固定；太陽能板1選取采光時間長范圍大區(qū)域，保證提供系統(tǒng)充足能源；

步驟2：水庫夏季為水位最低時，安裝系統(tǒng)之后，水庫水位在最高水位線6和最低水位線7之間波動。此時，位于最低水位線7以下位置的壓力式水位計5，記錄并存儲實時水位數(shù)據(jù)；冬季水位上升過程中，水體依次淹沒消落帶，土壤水分監(jiān)測儀4依次淹沒，并記錄土壤水分、水勢、鹽分和溫度數(shù)據(jù)，通過電纜3存儲于數(shù)據(jù)采集器2，此時即可在消落帶上庫岸8附近，通過數(shù)據(jù)采集器2提取所需數(shù)據(jù)；水位波動及降雨過程，可能造成消落帶土壤表層剝離及崩塌、滑坡等現(xiàn)象，此時土壤水分儀通過電纜3連接數(shù)據(jù)采集器2，可確保土壤水分儀不被水流沖刷導致遺失；水位下落過程同水位上升過程；

步驟3：次年夏季的水庫水位再達最低處，此時可根據(jù)需求，前往消落帶視察儀器整體情況包括讀取數(shù)據(jù)采集器2內存儲內容，或回收該系統(tǒng)。由于用電纜3連接整個系統(tǒng)，在回收土壤水分監(jiān)測儀4時，可通過摸索電纜3位置，拾得各土壤水分監(jiān)測儀4，以便下次利用。

下面通過一個具體實施例對本發(fā)明進一步描述：

本高壩大庫消落帶土壤水分監(jiān)測裝置采用數(shù)據(jù)采集器2為CR1000測量控制采集器，最大含32通道擴展配件，土壤水分監(jiān)測儀4使用EQ15土壤水勢速測儀。其中，所述數(shù)據(jù)采集器2包括的電源模塊采用太陽能板1或充電電池。

具體地，如圖1所示，水庫最低水位線7為145m，最高水位線6為175m，消落帶高度范圍為30m，以5m的高程為間隔，即分別在150m、155m、160m、165m、170m、175m處分別埋入6個土壤水分監(jiān)測儀4，數(shù)據(jù)采集器2放于最高水位線175m以上，上述土壤水分監(jiān)測儀4之間并聯(lián)后通過電纜3連接于數(shù)據(jù)采集器2，同時電纜3末端連接壓力式水位計5，并置于最低水位線145cm以下水體中。所述數(shù)據(jù)采集器2采用太陽能板1，應用時，選取較平、寬闊地區(qū)，以便于固定；同時選取采光時間長、范圍大的區(qū)域，以便保證太陽能板1提供系統(tǒng)充足能源。