申请/专利权人：长安大学

申请日：2019-05-29

公开（公告）日：2019-08-30

公开（公告）号：CN110186532A

主分类号：G01F23/00(20060101)

分类号：G01F23/00(20060101)

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：一种地下水位监测装置及胡杨林断根孽新需水预报预警方法，监测装置包括在监测区域沿地面向下开挖的地下水监测井，地下水监测井的底部设有均匀分布的透水孔，透水孔及其下方的井壁先通过一层土工布包裹，再由内向外依次通过细砂、中砂、粗砂进行包裹；地下水监测井当中放入能够监测水位变化信号的投入式液位变送器，投入式液位变送器连接数据采集模块，数据采集模块通过GPRS无线传输模块将数据传输至环境监测云平台，环境监测云平台以短信的形式将胡杨林断根孽新需水情况发送至移动设备。本发明能够准确评价地下水位变化对胡杨断根孽新的影响，地下水位监测与预报预警结合，通过移动设备即可及时掌握胡杨林断根孽新需水评价结果。

主权项：1.一种地下水位监测装置，其特征在于：包括在监测区域沿地面向下开挖的地下水监测井2，地下水监测井2的底部设有均匀分布的透水孔11，透水孔11及其下方的井壁9先通过一层土工布包裹，再由内向外依次通过细砂、中砂、粗砂进行包裹；地下水监测井2当中放入能够监测水位变化信号的投入式液位变送器1，投入式液位变送器1连接数据采集模块6，数据采集模块6通过GPRS无线传输模块6-1将数据传输至环境监测云平台，环境监测云平台以短信的形式将胡杨林断根孽新需水情况发送至移动设备。

全文数据：一种地下水位监测装置及胡杨林断根孽新需水预报预警方法技术领域本发明属于胡杨林需水监测领域，具体涉及一种地下水位监测装置及胡杨林断根孽新需水预报预警方法，重点针对极端干旱荒漠条件下进行地下水位监测，促进胡杨的断根孽新。背景技术塔里木河流域处于我国西北干旱地区，降雨稀少，气候干燥。在人类活动的影响下，塔里木河流域盐碱化加重，下游河道断流，以胡杨为主的天然植被衰败，致使生态环境日益恶化。近几年来，为了有效地减少胡杨林的衰退，胡杨林的更新复壮越来越受到广泛关注，在塔里木河流域极干旱、降雨稀少等严峻自然条件下，胡杨种子繁殖的情况是有限的，根蘖繁殖则是普遍的。地下水的埋深对胡杨林的断根孽新有着重要的影响，经相关文献表明，胡杨断根孽新选择在地下水埋深在2～3m，有利于根孽萌发成苗，促进天然胡杨的更新复壮。在现有技术中，通过远程无线设备实时的监测地下水位变化，采用简易的方法为工程实践提供有效数据，目前已有的地下水位监测装置携带、安装不便，而且存在供电系统可能因电量不足造成设备停止工作的隐患，更达不到可以预警预报的效果。发明内容本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种地下水位监测装置及胡杨林断根孽新需水预报预警方法，实现胡杨断根孽新需水的全自动预报预警，实时、快速、准确、全程地监测胡杨断根孽新中地下水水位的情况，从而满足断根孽新的最佳地下水位。为了实现上述目的，本发明的地下水位监测装置包括在监测区域沿地面向下开挖的地下水监测井，地下水监测井的底部设有均匀分布的透水孔，透水孔及其下方的监测井侧壁先通过一层土工布包裹，再由内向外依次通过细砂、中砂、粗砂进行包裹；地下水监测井当中放入能够监测水位变化信号的投入式液位变送器，投入式液位变送器连接数据采集模块，数据采集模块通过GPRS无线传输模块将数据传输至环境监测云平台，环境监测云平台能够以短信的形式将胡杨林断根孽新需水情况发送至移动设备。所述的数据采集模块通过太阳能电池板进行供电，太阳能电池板通过三脚架支撑固定在地面上方，太阳能电池板经过太阳能电池板控制器分别连接锂电池和数据采集模块。所述的数据采集模块、锂电池以及太阳能电池板控制器通过不锈钢保护箱进行封闭。所述的三脚架由不锈钢钢管制成，包括支杆和拉杆。将6根支杆两两拼接作为3个支腿，再将1根支杆作为中间支杆，将3根拉杆分别铰接在中间支杆与作为支腿的支杆之间，并将1根拉杆作为中间拉杆与中间支杆平行设置，中间拉杆连接3根拉杆与中间支杆的铰接点，中间拉杆与中间支杆配合，由三脚架的顶部向下连接不锈钢保护箱；所述的支杆上开设伸缩孔，拼接点之间通过螺丝连接固定，3根拉杆的铰接点处于同一个高度，且分别连接支腿上部的支杆以及中间支杆的下部。不锈钢保护箱由钢索卡扣经钢丝保险索连接在中间支杆底端。作为支腿的支杆均与地面呈45°的夹角，并且支腿下部的支杆通过螺栓与地面进行连接。本发明的胡杨林断根孽新需水预报预警方法，包括以下步骤：步骤一、将投入式液位变送器放入到地下水监测井中，通过投入式液位变送器实时监测地下水的水位变化信号，同时将信号上传至外部的数据采集模块；步骤二、采集到的数据由GPRS无线传输模块上传至环境监测云平台；步骤三、环境监测云平台将接收到的数据与GPRS流量模块中的预设数据进行对比，设置数据包括两个水位，以胡杨林根孽苗不同生长情况下的地下水位为划分依据，正常生长水位即胡杨林断孽新的最优水位以及预警临界水位即胡杨林断根孽新的最低水位；步骤四、依据胡杨林断根孽新需水评价体系，环境监测云平台在规定时间间隔内向预留号码的移动设备发送预警预报信号，在不同的地下水位区间内，发送不同的预警预报信号。所述的步骤三向GPRS流量模块发送设置短信完成数据设置。所述的步骤四向数据采集模块中的GPRS流量模块发送设置短信完成时间间隔的设置。所述的步骤三通过选点和采样获取正常生长水位以及预警临界水位，首先在塔里木河流域选择胡杨林根孽苗不同生长情况的位置作为观测样方地；然后在各实验点实地获取地下水的水位数据；经过实地调查选取测定若干组胡杨根孽苗生长良好的地下水位数据、若干组胡杨根孽苗生长较差的地下水位数据以及若干组胡杨断根不会孽新的地下水位数据。经实测数据与文献确定2m、3m分别为塔里木河流域胡杨断根孽新的正常生长水位和预警临界水位；地下水的水位不低于正常生长水位时是胡杨根孽苗生长良好段，地下的水位低于预警临界水位时为危及胡杨根孽苗生长段，正常生长水位和预警临界水位之间为胡杨根孽苗生长较好段。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：首先实地收集数据，确保了数据的精确性，同时为预警预报方法提供了数据，在胡杨林选取根孽苗不同生长情况的区域作为采样点，实地采集获取胡杨林根孽苗不同生长情况下的地下水水位资料，采样方式和数据处理过程科学。胡杨林断根孽新需水评价体系建立合理，能够准确评价地下水水位波动对胡杨断根孽更新的影响，以实地采集的正常生长水位和预警临界水位作为划分依据，将评价体系分成两层，即根孽更新正常生需水和危及根孽更新。将地下水监测装置和胡杨林断根孽新需水评价体系结合，环境云监测平台收集的数据和临界水位结合，就能够通过移动设备及时掌握胡杨林断根孽新需水评价结果，从而通过调节满足胡杨林断根孽新的最佳地下水位。附图说明图1本发明地下水位监测装置的整体结构示意图；图2太阳能电池供电系统连接关系示意图；图3本发明三脚架及不锈钢保护箱的结构示意图；图4本发明投入式液位变送器与数据采集模块的结构示意图；图5本发明胡杨林断根孽新需水预报预警方法流程图；附图中：1-投入式液位变送器；2-地下水监测井；3-三脚架；3-1.支杆；3-2.拉杆；3-3.螺丝；3-4.钢索卡扣；3-5.钢丝保险索；3-6.螺栓；3-7.伸缩孔；3-8.挂钩；4-太阳能电池板；5-不锈钢保护箱；6-数据采集模块；6-1.GPRS无线传输模块；6-2.GPRS流量模块；6-3.外置吸盘天线接口；6-4.投入式液位变送器接口；6-5.外置吸盘天线；7-锂电池；8-太阳能电池板控制器；9-井壁；10-砂层；11-透水孔；12-同轴电缆。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1，本发明的水位监测装置包括用于监测地下水水位变化信号的投入式液位变送器1，投入式液位变送器1放置于地下水监测井2中，投入式液位变送器1连接数据采集模块6，数据采集模块6通过GPRS无线传输模块6-1将数据传输至环境监测云平台。经过数据处理，环境监测云平台向移动设备发送短信，完成对胡杨林断根孽新需水情况的预报预警。本发明采用太阳能供电系统对数据采集模块6供电，太阳能电池板4连接太阳能电池板控制器8分别再接8000MAH的锂电池7和数据采集模块6，完成供电。太阳能电池板4通过挂钩3-8和中间支杆3-1固定于三脚架3的中部，将太阳能电池板控制器8、8000MAH的锂电池7、和数据采集模块6放置于三脚架下方不锈钢保护箱5中，防止风化腐蚀。参见图2、图4，投入式液位变送器1通过同轴电缆12与数据采集模块6，太阳能电池板4、太阳能电池板控制器8、锂电池7和数据采集模块6均用导线连接。数据采集模块6包括GPRS流量模块6-2、外置吸盘天线接口6-3、同轴电缆接口6-4和GPRS无线传输模块6-1。投入式液位变送器1完成信号发生，数据采集模块6完成数据采集和传输。参见图1，本发明的地下水监测井2采用PVC材质的井壁10，PVC材质具有质轻、耐腐蚀、不影响水质和施造价低廉等优点，地下水监测井2的底部设有均匀分布的透水孔11，透水孔11及其下方的监测井侧壁先通过一层土工布包裹，再由内向外细砂、中砂、粗砂进行包裹，即保证了地下水水位和监测井中水位一致，又解决了底部泥沙堵塞的难题。参见图2，太阳能供电系统包括一个太阳能电池板4、一个太阳能电池板控制器8和一个12V、8000MAH的锂电池7。光照充足时，由太阳能电池板4转换产生的电能经过太阳能电池板控制器8将电能存储在锂电池7中，同时为数据采集模块6供电，供电系统边充边用；光照条件较差时，锂电池7将存储的电能传递到数据采集模块6，避免了设备因供电不足而停止工作的隐患。同时太阳能电池板控制器9起到短路开路保护、过充过放保护的作用。本发明的三脚架3由不锈钢钢管制成，不锈钢管具有不锈、耐腐蚀、耐低温和抗拉强度高等优点，能适应恶劣环境；三脚架3下方带有的不锈钢保护箱5，出线孔布置在不锈钢保护箱5的底部，能够有效防止雨水对内部设备的损害。参见图3，三脚架3由底部保护箱5、支杆3-1和拉杆3-2组成；太阳能电池板4通过两个挂钩3-8和中间支杆固定在三脚架3上，拉杆3-2通过螺丝3-3与支杆3-1连接，不锈钢保护箱5由钢索卡扣3-4连接在中间拉杆上，附加钢丝保险索3-5防止不锈钢保护箱掉落从而对仪器造成损害，三脚架3的三个脚分别通过螺栓3-6固定在混凝土上，防止大风等恶劣天气对设备造成损害。三脚架3中的6根支杆3-1长度均为1m，支杆3-1采用伸缩孔3-7与螺丝固定，并能调整三角架的高度；为了满足太阳能电池板4的安装要求，转换更多电能，安装时支杆3-1应与地面呈45度夹角。参见图5，本发明胡杨林断根孽新需水预报预警方法，包括以下步骤：步骤一、将投入式液位变送器1放入地下水监测井2中，通过投入式液位变送器1实时监测地下水水位变化信号，同时将信号上传至外部数据采集模块6；步骤二、数据采集模块6采集到的数据由内置的GPRS无线传输模块6-1将数据上传至环境监测云平台；步骤三、环境监测云平台将接收到的数据与GPRS流量模块6-2中的预设数据向GPRS流量模块6-2发送设置短信完成数据设置进行对比，设置数据包括两个水位，以胡杨林根孽苗不同生长情况下的地下水位为划分依据，正常生长水位胡杨林断孽新的最优水位和预警临界水位胡杨林断根孽新的最低水位。得到两个水位的方法主要包括选点和采样，首先在塔里木河流域选择胡杨林根孽苗不同生长情况作为观测样方地，分别为根孽苗生长良好的胡杨林和根孽苗生长不好的胡杨林；然后在各实验点实地获取地下水水位数据。样方地数量可根据实际情况调整，但不应过少。经过实地调查选取测定4组胡杨根孽苗生长良好的地下水位数据、3组胡杨根孽苗生长较差的地下水位数据、3组胡杨断根不会孽新地下水位数据。经实测数据与相关文献确定地下水位不低于2m时，胡杨根孽苗生长良好；地下水位低于3m时，胡杨断根不会孽新。即2m、3m分别为塔里木河流域胡杨断根孽新的正常生长水位和预警临界水位。步骤四、依据胡杨林断根孽新需水评价体系，环境监测云平台在规定时间间隔内向数据采集模块中的GPRS流量模块6-2发送设置短信完成时间间隔设置向预留手机号的移动设备发送预警预报信号，在不同的地下水位区间内发送不同的预警预报信号，预警预报信号以短信的方式发送，并能够远程设置短信的内容。胡杨林断根孽新需水评价体系的建立方法如下：以步骤三中两个水位为依据，地下水水位不低于正常生长水位时是胡杨根孽苗生长良好段，地下水低于预警临界水位时为危及胡杨根孽苗生长段，正常生长水位和预警临界水位之间为胡杨根孽苗生长较好段。胡杨林断根孽新需水评价体系表如下：地下水位区间正常生长水位及以上两个水位之间预警临界水位及以下阈值≤2m2～3m≥3m根孽苗生长状态良好较好危及生命预报预警信号建立方法：当环境监测云平台得到的水位数据不低于正常生长水位时，向预留手机号的移动设备发送短信内容“丰水”；当得到的水位数据低于预警临界水位时，向移动设备发送短信内容“缺水”。预报预警信号表如下：数据范围正常生长水位及以上预警临界水位及以下阈值≤2m≥3m短信内容丰水缺水以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神原则的条件下，还可以做出若干简单的修改及替换，这些修改和替换也会落入本发明由所提交权利要求确定的保护范围之内。

权利要求：1.一种地下水位监测装置，其特征在于：包括在监测区域沿地面向下开挖的地下水监测井2，地下水监测井2的底部设有均匀分布的透水孔11，透水孔11及其下方的井壁9先通过一层土工布包裹，再由内向外依次通过细砂、中砂、粗砂进行包裹；地下水监测井2当中放入能够监测水位变化信号的投入式液位变送器1，投入式液位变送器1连接数据采集模块6，数据采集模块6通过GPRS无线传输模块6-1将数据传输至环境监测云平台，环境监测云平台以短信的形式将胡杨林断根孽新需水情况发送至移动设备。2.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于：所述的数据采集模块6通过太阳能电池板4进行供电，太阳能电池板4通过三脚架3支撑固定在地面上方，太阳能电池板4经过太阳能电池板控制器8分别连接锂电池7和数据采集模块6。3.根据权利要求2所述的地下水位监测装置，其特征在于：所述的数据采集模块6、锂电池7以及太阳能电池板控制器8通过不锈钢保护箱5进行封闭。4.根据权利要求3所述的地下水位监测装置，其特征在于：三脚架3由不锈钢钢管制成，包括支杆3-1和拉杆3-2，将6根支杆3-1两两拼接作为3个支腿，再将1根支杆3-1作为中间支杆，将3根拉杆3-2分别铰接在中间支杆与作为支腿的支杆3-1之间，并将1根拉杆3-2作为中间拉杆与中间支杆平行设置，中间拉杆连接3根拉杆3-2与中间支杆的铰接点，中间拉杆与中间支杆配合，由三脚架3的顶部向下连接不锈钢保护箱5；所述的支杆3-1上开设伸缩孔3-7，拼接点之间通过螺丝3-3连接固定，3根拉杆3-2的铰接点处于同一个高度，且分别连接支腿上部的支杆以及中间支杆的下部。5.根据权利要求4所述的地下水位监测装置，其特征在于：所述的不锈钢保护箱5由钢索卡扣3-4经钢丝保险索3-5连接在中间支杆底端。6.根据权利要求4所述的地下水位监测装置，其特征在于：所述作为支腿的支杆3-1均与地面呈45°的夹角，并且支腿下部的支杆3-1通过螺栓3-6与地面进行连接。7.一种基于权利要求1所述地下水位监测装置的胡杨林断根孽新需水预报预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将投入式液位变送器1放入到地下水监测井2中，通过投入式液位变送器1实时监测地下水的水位变化信号，同时将信号上传至外部的数据采集模块6；步骤二、采集到的数据由GPRS无线传输模块6-1上传至环境监测云平台；步骤三、环境监测云平台将接收到的数据与GPRS流量模块6-2中的预设数据进行对比，设置数据包括两个水位，以胡杨林根孽苗不同生长情况下的地下水位为划分依据，正常生长水位即胡杨林断孽新的最优水位以及预警临界水位即胡杨林断根孽新的最低水位；步骤四、依据胡杨林断根孽新需水评价体系，环境监测云平台在规定时间间隔内向预留号码的移动设备发送预警预报信号，在不同的地下水位区间内，发送不同的预警预报信号。8.根据权利要求7所述的胡杨林断根孽新需水预报预警方法，其特征在于：所述的步骤三向GPRS流量模块6-2发送设置短信完成数据设置，所述的步骤四向数据采集模块6中的GPRS流量模块6-2发送设置短信完成时间间隔的设置。9.根据权利要求7所述的胡杨林断根孽新需水预报预警方法，其特征在于：所述的步骤三通过选点和采样获取正常生长水位以及预警临界水位，首先在塔里木河流域选择胡杨林根孽苗不同生长情况的位置作为观测样方地；然后在各实验点实地获取地下水的水位数据；经过实地调查选取测定若干组胡杨根孽苗生长良好的地下水位数据、若干组胡杨根孽苗生长较差的地下水位数据以及若干组胡杨断根不会孽新的地下水位数据。10.根据权利要求7所述的胡杨林断根孽新需水预报预警方法，其特征在于：经实测数据与文献确定2m、3m分别为塔里木河流域胡杨断根孽新的正常生长水位和预警临界水位；地下水的水位不低于正常生长水位时是胡杨根孽苗生长良好段，地下的水位低于预警临界水位时为危及胡杨根孽苗生长段，正常生长水位和预警临界水位之间为胡杨根孽苗生长较好段。

百度查询： 长安大学 一种地下水位监测装置及胡杨林断根孽新需水预报预警方法

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