專利名稱：一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大氣環(huán)境沙塵量長期監(jiān)測方法，具體涉及一種近地表風(fēng)沙流長期 監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
近地表風(fēng)沙流輸沙通量是研究風(fēng)沙運動規(guī)律以及沙區(qū)工程設(shè)計必須考慮的問題。 常用的風(fēng)沙流監(jiān)測方法是直接捕獲法，使用的工具為各種類型的集沙儀。按照收集原理，集 沙儀可分為主動式和被動式，主動式多用于風(fēng)洞內(nèi)，而被動式由于使用方便，被大量使用。 被動式集沙儀已發(fā)展出眾多的類型。分析發(fā)現(xiàn)，它們存在以下問題(1)大部分被動式集沙 儀的儲沙空間極為有限，只適合短時段觀測，長時間觀測集沙效率下降，誤差增加；(2)部 分只能收集一個方向的風(fēng)沙流輸沙，而少部分能夠收集所有方向的輸沙，對于后者，多數(shù)只 將各方向的輸沙混合收集，得到總輸沙量，極少部分能夠按照不同風(fēng)向分別進(jìn)行收集，得到 各方向的輸沙量。風(fēng)沙監(jiān)測集沙儀(專利號200620092161. 9)是一種帶有旋轉(zhuǎn)裝置的楔形集沙儀， 不僅能夠區(qū)分不同高度的輸沙，而且收集所有風(fēng)向的輸沙總量，但是它的集沙空間較小，不 適合長時間觀測。風(fēng)沙流流量監(jiān)測儀(專利號200610105285.0)是一種帶有旋轉(zhuǎn)裝置的 管狀集沙儀，進(jìn)沙口均勻連接在一個剖開的金屬管上，沙物質(zhì)通過進(jìn)沙口、金屬管到達(dá)地下 的儲沙盒，可以收集所有風(fēng)向的總輸沙，它有較大的儲沙空間，可以實現(xiàn)所有風(fēng)向輸沙較長 時段觀測。但該集沙儀的金屬管沒有排氣裝置，而將通氣孔設(shè)計在集沙桶的蓋板上，集沙 管內(nèi)渦流發(fā)育，沙顆粒容易溢出，導(dǎo)致整體集沙效率降低。不同風(fēng)向定點集沙儀(專利號 97229178. 4)是一種圓筒形集沙儀，圓筒的側(cè)壁從上到下安裝有進(jìn)沙口和引沙通道，圓筒中 間為排氣通道，各方向的沙粒經(jīng)引沙通道收集到地下相應(yīng)的集沙盒中。它有較大的儲沙空 間，可以實現(xiàn)不同風(fēng)向輸沙較長時段觀測，獲得所有方向的總輸沙量。但它地上部分為圓筒 形，體積較大，對風(fēng)沙流場干擾較大，同時進(jìn)沙口從上到下呈均勻布設(shè)，下層對風(fēng)沙流阻力 較大，導(dǎo)致觀測誤差增大。本發(fā)明針對以上幾種全向被動式集沙儀風(fēng)沙流輸沙觀測方法存在的問題，同時借 鑒它們的優(yōu)點，提供出一種對氣流干擾小、排氣性能好、集沙空間大、區(qū)分風(fēng)向收集積沙的 近地表風(fēng)沙流輸沙監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有上述監(jiān)測方法存在的不足，提供一種適于風(fēng)沙流長期監(jiān) 測的集沙儀和監(jiān)測方法，該方法中涉及裝置地上部分為采沙裝置由采沙器、風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向 裝置及地面保護(hù)環(huán)組成，地下部分為儲沙裝置由固定外桶及集沙盒組成。自然風(fēng)力作用下 風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)成旋轉(zhuǎn)力矩，圍繞軸承、轉(zhuǎn)軸，支撐桿帶動旋轉(zhuǎn)圓盤及與它焊接在一起的采砂器隨 風(fēng)轉(zhuǎn)動。采用該方法可以利用風(fēng)力驅(qū)動采沙器轉(zhuǎn)動，使進(jìn)沙口始終正對風(fēng)向，而同一風(fēng)向范 圍的輸沙都收集在同一個積沙盒中，能夠有效防止采沙器周圍風(fēng)蝕造成的觀測數(shù)據(jù)失真現(xiàn)
3象發(fā)生，大的儲沙空間能夠?qū)崿F(xiàn)長時間連續(xù)觀測。該方法適合于野外無人看管條件下風(fēng)沙 流長期定點觀測，可以減輕觀測者的野外工作強度。本發(fā)明所述的一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法，該方法中涉及裝置的地上部分采 沙裝置由采沙器、風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置及地面保護(hù)環(huán)和地下部分儲沙裝置為固定外桶及集沙 盒組成，其中采沙器是由疊加進(jìn)沙通道(1)、導(dǎo)沙通道(3)、排氣網(wǎng)(2)、出沙口(4)、擋沙槽 (5)、輔助擋沙板(25)和采沙器口罩(6)組成；風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置是由旋轉(zhuǎn)圓盤(7)、支撐 桿(8)、尾翼(9)、轉(zhuǎn)軸(10)、旋轉(zhuǎn)軸承(11)、固定環(huán)(12)、固定螺絲(13)組成；地面保護(hù)環(huán) 是由圓環(huán)(23)和裙邊(24)組成；固定外桶是由固定外桶(17)和支撐橫桿(19)組成。具 體操作按下列步驟進(jìn)行a、選擇一個地形平坦地塊，用鐵鍬挖一個略大于固定外桶(17)直徑的圓坑，坑深 度稍大于固定外桶(17)的高度，坑底部鋪襯木板或磚，平整；b、將固定外桶(17)放于坑內(nèi)，固定外桶(17)的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北” 方向，旋轉(zhuǎn)固定外桶(17)，使任一相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線刻度(21)對準(zhǔn)正北 方向，并在桶壁中線(21)上用記號筆標(biāo)出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿(19)之間的 桶壁中線(21)上標(biāo)出相應(yīng)方位；再將挖出的土回填到桶外與坑壁之間的間隙，并踏實；C、將集沙盒(18)分別放置于相鄰支撐橫桿(19)之間，集沙盒(18)的折邊(22) 懸掛在兩邊的支撐橫桿(19)上，用記號筆在各集沙盒外壁上寫上與桶壁上標(biāo)示的方位；d、將采沙器中的進(jìn)沙通道⑴和導(dǎo)沙通道(3)相互貫通，成45-60°夾角焊接，排 氣網(wǎng)(2)焊接在進(jìn)沙通道(1)后端兩側(cè)壁上，出沙口(4)對接固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(7) —側(cè)的 槽(15)中；支撐桿(8)焊接在旋轉(zhuǎn)圓盤(7)的圓心，旋轉(zhuǎn)軸承(11)、轉(zhuǎn)軸(10)與固定外桶 (17)內(nèi)的支撐橫桿(19)采用螺母(20)固定；固定環(huán)(12)焊接在旋轉(zhuǎn)軸承(11)外環(huán)上； 調(diào)整旋轉(zhuǎn)圓盤(7)，使固定孔(16)與固定環(huán)(12)上的孔對正，用固定螺絲(13)固定；尾翼 (9)的一端固定在支撐桿(8)的上部，尾翼(9)與采沙器分別處于支撐桿(8)兩側(cè)，兩者在 同一豎直平面上；擋沙槽(5)和輔助擋沙板(25)固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(7)底部的槽(15)上，由 四塊擋沙片連接在一起，圍成一個上大下小的楔形空間；e、防護(hù)圓環(huán)(23)的外沿焊接有向下的裙邊(24)，其側(cè)面與水平面斜交，將防護(hù)圓 環(huán)(23)套在固定外桶(17)上沿外的土地上，上面鋪撒一層自然地表土壤，近似恢復(fù)原始地 表狀態(tài)；f、采沙裝置周圍的沙面穩(wěn)定一段時間后，將采沙器口罩(6)從進(jìn)沙通道(1)上取 下，記下當(dāng)時的時刻，作為儀器開始工作時間，工作一段時間后，蓋上采沙器口罩(6)，記下 當(dāng)時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲(13)，將旋轉(zhuǎn)圓盤(7)取出，并小心放在一 邊，按照次序拿出各集沙盒(18)，將集沙盒(18)內(nèi)收集的沙物質(zhì)倒入樣品袋中，并在樣品 袋上寫上集沙盒上標(biāo)記的方位；樣品逐個取完后，將固定外桶(17)底部堆積的沙物質(zhì)清理 干凈；g、按照標(biāo)記的方位將各積沙盒(18)放入相應(yīng)的位置，再將旋轉(zhuǎn)圓盤(7)安裝到原 位，重新開始再次觀測。所述方法中步驟b固定外桶(17)的內(nèi)壁上部焊接有等角度排列的支撐橫桿(19)， 它將固定外桶內(nèi)部空間分成若干個等份的扇柱。所述方法中步驟c的集沙盒(18)為扇柱形。
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所述方法中步驟d進(jìn)沙通道(1)采用垂直不均勻疊加排列方式，截面為矩形，采沙 器口罩(6)安裝在進(jìn)沙通道⑴的口上。本發(fā)明所述的一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法，該方法的特點為風(fēng)向標(biāo)、采砂 器、旋轉(zhuǎn)圓盤通過支撐桿剛性連接在一起，采沙裝置能夠隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，可以收集所有風(fēng)向的輸 沙；旋轉(zhuǎn)圓盤與固定外筒之間有間隙，可以確保地面風(fēng)沙活動不影響采沙裝置轉(zhuǎn)動；集沙 盒具有較大儲沙空間，能夠連續(xù)進(jìn)行長時間觀測；集沙裝置能夠區(qū)分不同風(fēng)向來的輸沙，并 分別收集在不同的容器內(nèi)；采沙裝置地上部分外形對近地表氣流擾動小，能提高積沙效率； 采沙裝置周圍沙面相對穩(wěn)定，提高長期觀測的數(shù)據(jù)可靠性。本發(fā)明所述的一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法的有益效果有(1)本發(fā)明儲沙空間大，可收集不同風(fēng)向的風(fēng)沙流輸沙，非常適合野外風(fēng)沙流長期 定點監(jiān)測，可以獲得較長監(jiān)測時間段內(nèi)各風(fēng)向的輸沙量。觀測數(shù)據(jù)對于沙漠地區(qū)工程防沙 設(shè)計具有重要的參考價值，可用于干旱、半干旱區(qū)的沙漠以及半濕潤區(qū)和沙地等有風(fēng)沙活 動的區(qū)域，可與氣象站配合建立風(fēng)沙監(jiān)測站。(3)本發(fā)明地上部分體積小，對氣流擾動??；采沙器設(shè)有較大面積的通風(fēng)網(wǎng)，進(jìn)入 儲沙裝置內(nèi)的氣流能夠方便排出，具有較好的等動力性；進(jìn)沙通道口垂直不均勻疊加排列， 下層通道口徑放大，減輕對近地面氣流的阻力，能夠有效提高集沙效率。(3)本發(fā)明具有保護(hù)鄰近地面的功能，可以保證地表狀態(tài)的長期穩(wěn)定，確保觀測數(shù) 據(jù)的準(zhǔn)確性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明進(jìn)沙通道示意3為本發(fā)明擋沙槽示意4為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)圓盤仰視5為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)圓盤俯視6為本發(fā)明固定外桶俯視7為本發(fā)明固定外桶內(nèi)集沙盒組合8為本發(fā)明集沙盒俯視9為本發(fā)明防護(hù)裝置示意圖
具體實施例方式實施例a、選擇一個地形平坦地塊，用鐵鍬挖一個略大于固定外桶17直徑的圓坑，坑深度 稍大于固定外桶17的高度，坑底部鋪襯木板或磚，使地表呈水平狀態(tài)；b、將固定外桶17放于坑內(nèi)，固定外桶17的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北”方 向，旋轉(zhuǎn)固定外桶17，使任一相鄰兩支撐橫桿19之間桶壁中線刻度21對準(zhǔn)正北方向，并在 桶壁中線21上用記號筆標(biāo)出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿19之間的桶壁中線21上 標(biāo)出相應(yīng)方位；固定外桶17的內(nèi)壁上部焊接有等角度排列的支撐橫桿19，它將固定外桶內(nèi) 部空間分成若干個等份的扇柱，再將挖出的土回填到桶外與坑壁之間的間隙，并踏實；
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C、集沙盒18為扇柱形，將集沙盒18分別放置于相鄰支撐橫桿19之間，集沙盒18 的折邊22懸掛在兩邊的支撐橫桿19上，同時用記號筆在各集沙盒外壁上寫上與桶壁上標(biāo) 注的相同方位；d、將采沙器中的進(jìn)沙通道1和導(dǎo)沙通道3相互貫通，成45-60°夾角焊接，進(jìn)沙通 道1采用垂直不均勻疊加排列方式，截面為矩形，下層進(jìn)沙通道1 口適當(dāng)放大，減輕多靠近 地面氣流的阻力；排氣網(wǎng)2焊接在進(jìn)沙通道1后端兩側(cè)壁上，采用40-60 μ m可通風(fēng)濾網(wǎng)， 兩側(cè)排氣網(wǎng)2的總面積大于進(jìn)氣口面積；采沙器口罩6安裝在進(jìn)沙通道1的口上，出沙口 4 對接固定在旋轉(zhuǎn)圓盤7 —側(cè)的槽15中；旋轉(zhuǎn)軸承11、轉(zhuǎn)軸10與固定外桶17內(nèi)的支撐橫桿 19采用螺母20固定，固定環(huán)12焊接在旋轉(zhuǎn)軸承11外環(huán)上；調(diào)整旋轉(zhuǎn)圓盤7，使固定孔16 與固定環(huán)12上的孔對正，用固定螺絲13固定；旋轉(zhuǎn)圓盤7的直徑略小于固定外桶17，安裝 后，兩者之間留有小縫隙；在擋沙槽5外安裝有輔助擋沙板25，一些沙粒可以直接跌入集沙 盒18外的固定外桶17內(nèi)，取樣時清除；尾翼9的一端固定在支撐桿8的上部，尾翼9與采 沙器分別處于支撐桿8兩側(cè)，兩者在同一豎直平面上，擋沙槽5和輔助擋沙板25固定在旋 轉(zhuǎn)圓盤7底部的槽15上，由四塊擋沙片連接在一起，圍成一個上大下小的楔形空間，用以收 集從導(dǎo)沙通道出口跌落的沙物質(zhì)，并收集到地下相應(yīng)的集沙盒內(nèi)，避免沙粒飄逸；e、防護(hù)圓環(huán)23的外沿焊接有向下的裙邊24，形成圓錐臺狀，其側(cè)面與水平面成 20-45°夾角，圓環(huán)23內(nèi)徑略大于固定外桶17外徑，環(huán)寬5-20cm，將防護(hù)圓環(huán)23套在固定 外桶17上沿外的土地上，上面鋪撒一層自然地表土壤，近似恢復(fù)原始地表狀態(tài)；f、采沙裝置周圍的沙面穩(wěn)定一段時間后，將采沙器口罩6從進(jìn)沙通道1上取下，記 下當(dāng)時的時刻，作為儀器開始工作時間；風(fēng)沙流中沙物質(zhì)由采沙器捕獲，并跌落并收集在集 沙盒18內(nèi)，風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，使采沙器進(jìn)沙通道1 口始終保持對準(zhǔn)風(fēng)流方向，風(fēng) 沙流中沙物質(zhì)由采沙器捕獲，并跌落并收集在集沙盒18內(nèi)；工作一段時間后，蓋上采沙器 口罩6記下當(dāng)時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲13，將旋轉(zhuǎn)圓盤7取下，并小心 放在一邊，按照次序拿出各集沙盒18，將集沙盒18內(nèi)收集的沙物質(zhì)倒入樣品袋中，并在樣 品袋上寫上與集沙盒上標(biāo)記的相同方位；樣品逐個取完后，將固定外桶17底部堆積的沙物 質(zhì)清理干凈；g、按照標(biāo)記的方位將各積沙盒18放入相應(yīng)的位置，再將旋轉(zhuǎn)圓盤7安裝到原位， 重新開始再次觀測。
權(quán)利要求
一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法，其特征在于該監(jiān)測方法中涉及裝置由地上采沙裝置為采沙器、風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置及地面保護(hù)環(huán)和地下儲沙裝置為固定外桶及集沙盒組成，其中采沙器是由疊加進(jìn)沙通道(1)、導(dǎo)沙通道(3)、排氣網(wǎng)(2)、出沙口(4)、擋沙槽(5)、輔助擋沙板(25)和采沙器口罩(6)組成，風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置由旋轉(zhuǎn)圓盤(7)、支撐桿(8)、尾翼(9)、轉(zhuǎn)軸(10)、旋轉(zhuǎn)軸承(11)、固定環(huán)(12)、固定螺絲(13)組成，地面保護(hù)環(huán)由圓環(huán)(23)和裙邊(24)組成，固定外桶由固定外桶(17)和支撐橫桿(19)組成，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、選擇一個地形平坦地塊，用鐵鍬挖一個略大于固定外桶(17)直徑的圓坑，坑深度稍大于固定外桶(17)的高度，坑底部鋪襯木板或磚，使地面水平；b、將固定外桶(17)放于坑內(nèi)，固定外桶(17)的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北”方向，旋轉(zhuǎn)固定外桶(17)，使任一相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線刻度(21)對準(zhǔn)正北方向，并在桶壁中線(21)上用記號筆標(biāo)出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線(21)上標(biāo)出相應(yīng)方位，再將挖出的土回填到桶外與坑壁之間的間隙，并踏實；c、將集沙盒(18)分別放置于相鄰支撐橫桿(19)之間，集沙盒(18)的折邊(22)懸掛在兩邊的支撐橫桿(19)上，同時用記號筆在各集沙盒外壁上寫上與桶壁上標(biāo)示的方位；d、將采沙器中的進(jìn)沙通道(1)和導(dǎo)沙通道(3)相互貫通，成45 60°夾角焊接在一起，排氣網(wǎng)(2)焊接在進(jìn)沙通道(1)后端兩側(cè)壁上，出沙口(4)對接固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(7)一側(cè)的槽(15)中，支撐桿(8)焊接在旋轉(zhuǎn)圓盤(7)的圓心，旋轉(zhuǎn)軸承(11)、轉(zhuǎn)軸(10)與固定外桶(17)內(nèi)的支撐橫桿(19)采用螺母(20)固定，固定環(huán)(12)焊接在旋轉(zhuǎn)軸承(11)的外環(huán)上，調(diào)整旋轉(zhuǎn)圓盤(7)，使固定孔(16)與固定環(huán)(12)上的孔對準(zhǔn)，用固定螺絲(13)固定，尾翼(9)的一端固定在支撐桿(8)的上部，尾翼(9)與采沙器分別處于支撐桿(8)兩側(cè)，兩者在同一豎直平面上，擋沙槽(5)和輔助擋沙板(25)固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(7)底部的槽(15)上，由四塊擋沙片連接在一起，圍成一個上大下小的楔形空間；e、防護(hù)圓環(huán)(23)的外沿焊接有向下的裙邊(24)，其側(cè)面與水平面斜交，將防護(hù)圓環(huán)(23)套在固定外桶(17)上沿外的土地上，上面鋪撒一層自然地表土壤，近似恢復(fù)原始地表狀態(tài)；f、采沙裝置周圍的沙面穩(wěn)定一段時間后，將采沙器口罩(6)從進(jìn)沙通道(1)上取下，記下當(dāng)時的時刻，作為儀器開始工作時間，工作一段時間后，蓋上采沙器口罩(6)，記下當(dāng)時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲(13)，將旋轉(zhuǎn)圓盤(7)取出，并小心放在一邊，按照次序拿出各集沙盒(18)，將集沙盒(18)內(nèi)收集的沙物質(zhì)倒入樣品袋中，并在樣品袋上寫上集沙盒上標(biāo)記的方位；樣品逐個取完后，將固定外桶(17)底部堆積的沙物質(zhì)清理干凈；g、按照標(biāo)記的方位將各積沙盒(18)放入相應(yīng)的位置，再將旋轉(zhuǎn)圓盤(7)安裝到原位，重新開始再次觀測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b固定外桶(17)的內(nèi)壁上部焊接有等 角度排列的支撐橫桿(19)，它將固定外桶內(nèi)部空間分成若干個等份的扇柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c的集沙盒(18)為扇柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟d進(jìn)沙通道(1)采用垂直不均勻疊加 排列方式，截面為矩形，采沙器口罩(6)安裝在進(jìn)沙通道(1)的口上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種近地表風(fēng)沙流長期監(jiān)測方法，該方法中涉及裝置由地上部分為采沙裝置為采沙器、風(fēng)力驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置及地面保護(hù)環(huán)和地下儲沙裝置為固定外桶及集沙盒組成。采用該方法可以利用風(fēng)力驅(qū)動采沙器轉(zhuǎn)動，使進(jìn)沙口始終正對風(fēng)向，同一風(fēng)向范圍的輸沙都能收集在同一個積沙盒中，還能夠有效防止采沙器周圍風(fēng)蝕造成的觀測數(shù)據(jù)失真，大的儲沙空間能夠保證長時間連續(xù)觀測。該方法適合于野外無人看管條件下風(fēng)沙流長期定點觀測，可以減輕觀測者的野外工作強度。
文檔編號G01M9/00GK101949763SQ20101028852
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者徐新文, 李生宇, 王海峰, 雷加強 申請人:中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所