本實(shí)用新型涉及融雪山洪監(jiān)測和試驗領(lǐng)域，尤其是融雪導(dǎo)致的地表和地下徑流監(jiān)測試驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國幅員遼闊，西南、西北大量國土面積位于高緯度地區(qū)，冬季降雪量大，常常在山區(qū)峽谷河口地區(qū)形成大量冰雪堆積體。融雪洪水在春、夏兩季常發(fā)生在中高緯度地區(qū)和高山地區(qū)河道兩岸，短歷時的融雪洪水常常侵害到河道兩岸地區(qū)人民生命和財產(chǎn)安全。由于融雪洪水的影響因素包括降雪量、環(huán)境溫度、積雪下部土體持水能力、滲流特性、融雪的熱量（其中一大半為太陽輻射熱）等多種因素；同時，融雪形成的雪水包括地表和入滲兩部分，兩部分的形成的機(jī)理和誘發(fā)融雪山洪的發(fā)展過程和規(guī)律不同，這些因素彼此之間互相影響，關(guān)系復(fù)雜，研究和建立融雪、徑流和入滲過程的監(jiān)測試驗裝置十分必要。

現(xiàn)有的融雪測量裝置大多用于測量積雪量，如常規(guī)融雪型雨量計是利用加熱的方法融化積雪，進(jìn)行測量，所測量的是融雪的雪水量，無法考慮積雪受外在環(huán)境影響逐步融化產(chǎn)生雪水的過程；常規(guī)的融雪測量儀則測量的是積雪厚度，無法測量融雪的雪水沿地表和地下的徑流入滲過程，也無法測量降雨入滲對融雪入滲的影響過程。

為此，有機(jī)的集成多種監(jiān)測儀器，建立一套實(shí)時測量多種融雪影響因素、融雪徑流入滲過程的融雪山洪監(jiān)測試驗裝置，對融雪徑流的產(chǎn)生機(jī)理、融雪山洪的研究、預(yù)報預(yù)警應(yīng)用有非常重要的價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置，能夠模擬野外實(shí)際融雪、降雨的徑流入滲過程，實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量融雪的多種影響因素、融雪徑流入滲過程重要數(shù)據(jù)的目的。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置，包括太陽能板、集電箱、融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計、數(shù)據(jù)線，所述太陽能板、融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計通過數(shù)據(jù)線與集電箱連接。

作為優(yōu)選，所述集電箱包含鋰電池和控制器，控制器控制鋰電池從太陽能板中獲得電能并向融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計提供電能，同時控制和采集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述融雪測試裝置包含集雪筒、保護(hù)筒、荷載稱量裝置、地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計、滲水基座，保護(hù)筒固定在滲水基座上，地表融雪雨量計和下滲融雪雨量計位于保護(hù)筒內(nèi)部且固定在滲水基座上，荷載稱量裝置固定在保護(hù)筒內(nèi)壁上，集雪筒放置在荷載稱量裝置上。

作為優(yōu)選，所述太陽能板、集電箱、熱輻射計與融雪測試裝置的直線距離大于3.0m，且位于融雪測試裝置的下風(fēng)向，以避免太陽能板、集電箱、熱輻射計工作時產(chǎn)生的熱量影響自然融雪過程。

作為優(yōu)選，所述土溫計埋設(shè)深度與融雪測試裝置中土體深度一致，與融雪測試裝置的直線距離小于0.5m，以保證測值能更接近融雪測試位置土溫。

作為優(yōu)選，所述滲水基座，為透水基座，材料為混凝土，滲水基座頂部安裝高程高于安裝部位地下水位高程，以達(dá)到盡快排出融雪水體，避免積水影響測試裝置，同時避免地下水位過高，影響測試裝置。

作為優(yōu)選，所述地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計為翻斗式雨量計。

作為優(yōu)選，所述的荷載稱量裝置包括底座、調(diào)平平臺、調(diào)平螺母、荷載元件；載元件固定在調(diào)平平臺上，調(diào)平平臺通過調(diào)平螺母與底座連接，調(diào)平平臺上有水準(zhǔn)泡用于融雪測試裝置水平調(diào)整。

作為優(yōu)選，所述地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計、荷載稱量裝置通過數(shù)據(jù)線連接控制器。

作為優(yōu)選，所述集雪筒中部設(shè)有一圈濾水圈，濾水圈為透水材料，濾水圈上部為上筒壁，上筒壁為可更換式不銹鋼材質(zhì)，按照降雪量不同，上筒壁長度分別為0.5m、0.8m、1.0m、1.5m、2.0m、3.0m；上筒壁外側(cè)連接有攔污圈，攔污圈下側(cè)沿徑向分布有凹槽，攔污圈為柔性材料，受降雨雪及雜物覆蓋壓條件下可以彎曲變形，搭靠在擋泥圈上，同時凹槽保證了內(nèi)外氣壓的平衡，避免對融雪滲流的氣壓影響；濾水圈下部為下筒壁，為不銹鋼材質(zhì)，下筒壁頂部外側(cè)與引流圈連接，引流圈下側(cè)沿徑向分布有凹槽，引流圈為柔性材料，受壓條件下可以彎曲變形搭靠在保護(hù)筒筒壁上；下筒壁底與濾水底座連接，濾水底座上布有一層濾水層，為透水材料；濾水底座中間連接導(dǎo)流管。

作為優(yōu)選，所述保護(hù)筒中部開有一個濾水孔，孔中為透水材料；保護(hù)筒外側(cè)套有擋泥圈，擋泥圈為硬質(zhì)不銹鋼材料，擋泥圈底部與保護(hù)筒的筒壁連接，連接點(diǎn)位置緊靠濾水孔下部，擋泥圈與保護(hù)筒外側(cè)之間填充有透水石，以避免雜物進(jìn)入堵塞并保證保護(hù)筒的一定強(qiáng)度和周圍土體的導(dǎo)熱性；保護(hù)筒內(nèi)側(cè)濾水孔開口位置連接有引流管，引流管管口與濾水孔口對齊連接，引流管與保護(hù)筒內(nèi)側(cè)夾角小于90°；所述的保護(hù)筒固內(nèi)側(cè)連接荷載稱量裝置，分別布置在保護(hù)筒固內(nèi)側(cè)前、后、左、右四個方向；所述集雪筒放置在荷載稱量裝置上。

有益效果：本實(shí)用新型的一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置，彌補(bǔ)了現(xiàn)有融雪測量裝置功能技術(shù)的不足，能真實(shí)模擬融雪過程，實(shí)現(xiàn)融雪測試試驗，實(shí)時同步的獲得融雪的多種影響因素、融雪徑流和下滲水量信息，結(jié)構(gòu)完整，安裝操作方便，自動供電，能夠降低監(jiān)測試驗成本、提高監(jiān)測試驗效率，對融雪徑流的產(chǎn)生機(jī)理、融雪山洪的預(yù)報預(yù)警的研究和應(yīng)用有非常有益的促進(jìn)作用。

附圖說明

圖1一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2融雪測試裝置豎直向斷面圖。

圖3荷載稱量裝置分布圖。

圖4荷載稱量裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。

如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型的一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置，包括太陽能板、集電箱、融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計、數(shù)據(jù)線。所述太陽能板、融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計通過數(shù)據(jù)線與集電箱連接。為了避免測量試驗設(shè)備對自然融雪過程的影響，太陽能板、集電箱、熱輻射計與融雪測試裝置安裝布設(shè)的直線距離設(shè)置為4.0m，且位于融雪測試裝置布設(shè)區(qū)域在融雪季節(jié)的下風(fēng)向。

本實(shí)用新型中，所述集電箱包含鋰電池和控制器，控制器分別與鋰電池和太陽能板連接，控制器控制鋰電池從太陽能板中獲得電能；控制器與融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計連接，向融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計提供測量用驅(qū)動電能，同時控制和采集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型中，所述融雪測試裝置包含集雪筒、保護(hù)筒、荷載稱量裝置、地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計、滲水基座；保護(hù)筒通過膨脹螺絲固定在滲水基座上，地表融雪雨量計和下滲融雪雨量計位于保護(hù)筒內(nèi)部，通過膠粘固定在滲水基座上，荷載稱量裝置通過螺絲固定在保護(hù)筒內(nèi)壁上，集雪筒位于荷載稱量裝置上。

本實(shí)用新型中，所述滲水基座，為透水基座，材料為混凝土，滲水基座頂部安裝高程高于安裝部位地下水位高程，以達(dá)到盡快排出融雪水體，避免積水影響測試裝置，同時避免地下水位過高，影響測試裝置。

所述地表融雪雨量計為翻斗式雨量計，量程選擇800mm；下滲融雪雨量計為翻斗式雨量計，量程選擇600mm。

所述的荷載稱量裝置包括底座、調(diào)平平臺、調(diào)平螺母、荷載元件，載元件固定在調(diào)平平臺上，調(diào)平平臺通過調(diào)平螺母與底座連接，調(diào)平平臺上有水準(zhǔn)泡。

所述土溫計埋設(shè)深度與融雪測試裝置中土體深度一致，以保證測值能更接近融雪測試位置土溫。

所述地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計、荷載稱量裝置通過數(shù)據(jù)線連接控制器。

所述集雪筒中部設(shè)有一圈濾水圈，濾水圈為透水材料，濾水圈上部為上筒壁，上筒壁為可更換式不銹鋼材質(zhì)，按照布設(shè)區(qū)域歷史降雪量厚度，上筒壁長度選擇1.0m；上筒壁外側(cè)連接有攔污圈，攔污圈為柔性材料，受壓條件下可以彎曲變形；濾水圈下部為下筒壁，為不銹鋼材質(zhì)，下筒壁頂部外側(cè)與引流圈連接，引流圈為柔性材料，受壓條件下可以彎曲變形；下筒壁底與濾水底座連接，濾水底座上部有一層濾水層；濾水底座中間連接導(dǎo)流管。

所述保護(hù)筒中部開有一個濾水孔，孔中為透水材料；保護(hù)筒外側(cè)套有擋泥圈，擋泥圈底部與保護(hù)筒的筒壁連接，連接點(diǎn)位置緊靠濾水孔下部，擋泥圈與保護(hù)筒外側(cè)之間填充透水石；保護(hù)筒內(nèi)側(cè)濾水孔開口位置連接有引流管，引流管管口與濾水孔口對齊連接，引流管與保護(hù)筒內(nèi)側(cè)夾角小于90°；所述的保護(hù)筒固內(nèi)側(cè)連接荷載稱量裝置，分別布置在保護(hù)筒固內(nèi)側(cè)前、后、左、右四個方向；所述集雪筒放置在荷載稱量裝置上。

一種融雪山洪監(jiān)測試驗裝置的監(jiān)測試驗方法，包括以下步驟：

第一步，將太陽能板、集電箱、融雪測試裝置、氣溫計、土溫計、熱輻射計的各個組件接線進(jìn)行連接。

選擇布設(shè)區(qū)域平坦底面，安裝布設(shè)太陽能板、集電箱、氣溫計、土溫計、熱輻射計。

在上風(fēng)向直線距離4.0m處布設(shè)融雪測試裝置。用長度1.0m、截面圓形直徑1.0m的集雪筒上筒壁在地面標(biāo)記一個圓形區(qū)域，在圓形區(qū)域外側(cè)進(jìn)行開挖深度為2.0m，取走并保存開挖得到的圓形區(qū)域原位土體及土體表面的覆蓋層等雜物，最終形成測量坑。

第二步，在基座上膠粘固定地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計，用膨脹螺絲固定和保護(hù)筒，地表融雪雨量計與引流管在豎直方向?qū)R，下滲融雪雨量計與保護(hù)筒中心對齊，確保能夠正常承接融水；在保護(hù)筒內(nèi)側(cè)前、后、左、右四個方向，用螺絲固定荷載稱量裝置。

在測量坑中放入滲水基座和保護(hù)筒，并保證基座底高程高于此區(qū)域地下水位。按壓柔性材料的引流圈，將集雪筒放入保護(hù)筒，并安置在荷載稱量裝置上。

向基座下部及及側(cè)邊回填開挖土體，調(diào)節(jié)基座和融雪測試裝置高度，使測量區(qū)域地表高程和濾水圈高程一致。

取出集雪筒，微調(diào)調(diào)平旋鈕使調(diào)平平臺水平，并放回集雪筒；在集雪筒內(nèi)表面填筑厚度小于1.0cm的透水細(xì)沙，將第一步中開挖的原位土進(jìn)行切削，保持底部與集雪筒底部基本吻合，將原位土體和土體表面的覆蓋層等雜物按回填防治到集雪筒中，在接縫處填入細(xì)沙并輕微晃動，土體與集雪筒之間空隙充滿細(xì)沙，以保證原位土體與濾水層之間滲透的過渡性，同時使土體表面與濾水圈下部齊平，對測量坑內(nèi)縫隙回填土體，確保密實(shí)無空腔。

第三步，將融雪測試裝置中的地表融雪雨量計、下滲融雪雨量計、荷載稱量裝置接線與外部連接，檢查所有接線連接完整性，確保安裝位置正確。啟動控制器，設(shè)置采集頻率為1次/小時。開始采集過程，實(shí)時收集降雪、降雨和融雪整個過程中的以下數(shù)據(jù)：氣溫數(shù)據(jù)、土溫數(shù)據(jù)、熱輻射數(shù)據(jù)、地表融雪雨量計數(shù)據(jù)、下滲融雪雨量計數(shù)據(jù)、荷載稱量裝置數(shù)據(jù)。

第四步，對雨雪狀態(tài)判斷和數(shù)據(jù)整理，R表示降雨量，A表示地表融雪雨量，B表示下滲融雪雨量，ΔW表示荷載稱量裝置變化量值，均為換算為1小時內(nèi)的變化量，單位為千克：

換算公式為，荷載稱量裝置t小時測值為W_t，t+1小時測值為W_t+1，ΔW為W_t+1—W_t；

當(dāng)?shù)乇砣谘┯炅坑嫽蛳聺B融雪雨量雨量計t小時累積雨量為R_t，t+1小時累積雨量為R_t+1，ΔR為R_t+1—R_t，表示1小時累積降雨量，單位為mm。按照20cm口徑標(biāo)準(zhǔn)雨量計10mm測值表示流域產(chǎn)生了10mm的水深，進(jìn)關(guān)系行換算，融雪測試裝置轉(zhuǎn)換為實(shí)際重量為：ΔR×3.14×500×500×25÷4÷10⁶，單位為千克；

數(shù)據(jù)的整理方案為：

當(dāng)氣溫數(shù)據(jù)>0，為降雨、融雪狀態(tài)，按照等式，R—A—B=ΔW，計算降雨量；

當(dāng)氣溫<=0，土溫>0，為降雪、融雪狀態(tài)，按照等式，S—A—B=ΔW，計算降雪量；

當(dāng)氣溫<=0，土溫<=0，為降雪狀態(tài)且無融雪，按照等式，S =ΔW，計算降雪量。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。