專利名稱：一種近地表風沙流長期監測方法
技術領域：
本發明涉及一種大氣環境沙塵量長期監測方法，具體涉及一種近地表風沙流長期 監測方法。
背景技術：
近地表風沙流輸沙通量是研究風沙運動規律以及沙區工程設計必須考慮的問題。 常用的風沙流監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，主動式多用于風洞內，而被動式由于使用方便，被大量使用。 被動式集沙儀已發展出眾多的類型。分析發現，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向分別進行收集，得到 各方向的輸沙量。風沙監測集沙儀(專利號200620092161. 9)是一種帶有旋轉裝置的楔形集沙儀， 不僅能夠區分不同高度的輸沙，而且收集所有風向的輸沙總量，但是它的集沙空間較小，不 適合長時間觀測。風沙流流量監測儀(專利號200610105285.0)是一種帶有旋轉裝置的 管狀集沙儀，進沙口均勻連接在一個剖開的金屬管上，沙物質通過進沙口、金屬管到達地下 的儲沙盒，可以收集所有風向的總輸沙，它有較大的儲沙空間，可以實現所有風向輸沙較長 時段觀測。但該集沙儀的金屬管沒有排氣裝置，而將通氣孔設計在集沙桶的蓋板上，集沙 管內渦流發育，沙顆粒容易溢出，導致整體集沙效率降低。不同風向定點集沙儀(專利號 97229178. 4)是一種圓筒形集沙儀，圓筒的側壁從上到下安裝有進沙口和引沙通道，圓筒中 間為排氣通道，各方向的沙粒經引沙通道收集到地下相應的集沙盒中。它有較大的儲沙空 間，可以實現不同風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，對風沙流場干擾較大，同時進沙口從上到下呈均勻布設，下層對風沙流阻力 較大，導致觀測誤差增大。本發明針對以上幾種全向被動式集沙儀風沙流輸沙觀測方法存在的問題，同時借 鑒它們的優點，提供出一種對氣流干擾小、排氣性能好、集沙空間大、區分風向收集積沙的 近地表風沙流輸沙監測方法。
發明內容
本發明的目的是針對現有上述監測方法存在的不足，提供一種適于風沙流長期監 測的集沙儀和監測方法，該方法中涉及裝置地上部分為采沙裝置由采沙器、風力驅動轉向 裝置及地面保護環組成，地下部分為儲沙裝置由固定外桶及集沙盒組成。自然風力作用下 風向標產成旋轉力矩，圍繞軸承、轉軸，支撐桿帶動旋轉圓盤及與它焊接在一起的采砂器隨 風轉動。采用該方法可以利用風力驅動采沙器轉動，使進沙口始終正對風向，而同一風向范 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蝕造成的觀測數據失真現
3象發生，大的儲沙空間能夠實現長時間連續觀測。該方法適合于野外無人看管條件下風沙 流長期定點觀測，可以減輕觀測者的野外工作強度。本發明所述的一種近地表風沙流長期監測方法，該方法中涉及裝置的地上部分采 沙裝置由采沙器、風力驅動轉向裝置及地面保護環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沙通道(1)、導沙通道(3)、排氣網(2)、出沙口(4)、擋沙槽 (5)、輔助擋沙板(25)和采沙器口罩(6)組成；風力驅動轉向裝置是由旋轉圓盤(7)、支撐 桿(8)、尾翼(9)、轉軸(10)、旋轉軸承(11)、固定環(12)、固定螺絲(13)組成；地面保護環 是由圓環(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，固定外桶(17)的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北” 方向，旋轉固定外桶(17)，使任一相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線刻度(21)對準正北 方向，并在桶壁中線(21)上用記號筆標出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿(19)之間的 桶壁中線(21)上標出相應方位；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示的方位；d、將采沙器中的進沙通道⑴和導沙通道(3)相互貫通，成45-60°夾角焊接，排 氣網(2)焊接在進沙通道(1)后端兩側壁上，出沙口(4)對接固定在旋轉圓盤(7) —側的 槽(15)中；支撐桿(8)焊接在旋轉圓盤(7)的圓心，旋轉軸承(11)、轉軸(10)與固定外桶 (17)內的支撐橫桿(19)采用螺母(20)固定；固定環(12)焊接在旋轉軸承(11)外環上； 調整旋轉圓盤(7)，使固定孔(16)與固定環(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，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、防護圓環(23)的外沿焊接有向下的裙邊(24)，其側面與水平面斜交，將防護圓 環(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，近似恢復原始地 表狀態；f、采沙裝置周圍的沙面穩定一段時間后，將采沙器口罩(6)從進沙通道(1)上取 下，記下當時的時刻，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 當時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲(13)，將旋轉圓盤(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)內收集的沙物質倒入樣品袋中，并在樣品 袋上寫上集沙盒上標記的方位；樣品逐個取完后，將固定外桶(17)底部堆積的沙物質清理 干凈；g、按照標記的方位將各積沙盒(18)放入相應的位置，再將旋轉圓盤(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)的內壁上部焊接有等角度排列的支撐橫桿(19)， 它將固定外桶內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。
4
所述方法中步驟d進沙通道(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)安裝在進沙通道⑴的口上。本發明所述的一種近地表風沙流長期監測方法，該方法的特點為風向標、采砂 器、旋轉圓盤通過支撐桿剛性連接在一起，采沙裝置能夠隨風轉動，可以收集所有風向的輸 沙；旋轉圓盤與固定外筒之間有間隙，可以確保地面風沙活動不影響采沙裝置轉動；集沙 盒具有較大儲沙空間，能夠連續進行長時間觀測；集沙裝置能夠區分不同風向來的輸沙，并 分別收集在不同的容器內；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定，提高長期觀測的數據可靠性。本發明所述的一種近地表風沙流長期監測方法的有益效果有(1)本發明儲沙空間大，可收集不同風向的風沙流輸沙，非常適合野外風沙流長期 定點監測，可以獲得較長監測時間段內各風向的輸沙量。觀測數據對于沙漠地區工程防沙 設計具有重要的參考價值，可用于干旱、半干旱區的沙漠以及半濕潤區和沙地等有風沙活 動的區域，可與氣象站配合建立風沙監測站。(3)本發明地上部分體積小，對氣流擾動小；采沙器設有較大面積的通風網，進入 儲沙裝置內的氣流能夠方便排出，具有較好的等動力性；進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)本發明具有保護鄰近地面的功能，可以保證地表狀態的長期穩定，確保觀測數 據的準確性。
圖1為本發明結構示意2為本發明進沙通道示意3為本發明擋沙槽示意4為本發明旋轉圓盤仰視5為本發明旋轉圓盤俯視6為本發明固定外桶俯視7為本發明固定外桶內集沙盒組合8為本發明集沙盒俯視9為本發明防護裝置示意圖
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；b、將固定外桶17放于坑內，固定外桶17的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北”方 向，旋轉固定外桶17，使任一相鄰兩支撐橫桿19之間桶壁中線刻度21對準正北方向，并在 桶壁中線21上用記號筆標出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿19之間的桶壁中線21上 標出相應方位；固定外桶17的內壁上部焊接有等角度排列的支撐橫桿19，它將固定外桶內 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；
5
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 注的相同方位；d、將采沙器中的進沙通道1和導沙通道3相互貫通，成45-60°夾角焊接，進沙通 道1采用垂直不均勻疊加排列方式，截面為矩形，下層進沙通道1 口適當放大，減輕多靠近 地面氣流的阻力；排氣網2焊接在進沙通道1后端兩側壁上，采用40-60 μ m可通風濾網， 兩側排氣網2的總面積大于進氣口面積；采沙器口罩6安裝在進沙通道1的口上，出沙口 4 對接固定在旋轉圓盤7 —側的槽15中；旋轉軸承11、轉軸10與固定外桶17內的支撐橫桿 19采用螺母20固定，固定環12焊接在旋轉軸承11外環上；調整旋轉圓盤7，使固定孔16 與固定環12上的孔對正，用固定螺絲13固定；旋轉圓盤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，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，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 集從導沙通道出口跌落的沙物質，并收集到地下相應的集沙盒內，避免沙粒飄逸；e、防護圓環23的外沿焊接有向下的裙邊24，形成圓錐臺狀，其側面與水平面成 20-45°夾角，圓環23內徑略大于固定外桶17外徑，環寬5-20cm，將防護圓環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，近似恢復原始地表狀態；f、采沙裝置周圍的沙面穩定一段時間后，將采沙器口罩6從進沙通道1上取下，記 下當時的時刻，作為儀器開始工作時間；風沙流中沙物質由采沙器捕獲，并跌落并收集在集 沙盒18內，風力驅動轉向裝置隨風轉動，使采沙器進沙通道1 口始終保持對準風流方向，風 沙流中沙物質由采沙器捕獲，并跌落并收集在集沙盒18內；工作一段時間后，蓋上采沙器 口罩6記下當時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲13，將旋轉圓盤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內收集的沙物質倒入樣品袋中，并在樣 品袋上寫上與集沙盒上標記的相同方位；樣品逐個取完后，將固定外桶17底部堆積的沙物 質清理干凈；g、按照標記的方位將各積沙盒18放入相應的位置，再將旋轉圓盤7安裝到原位， 重新開始再次觀測。
權利要求
一種近地表風沙流長期監測方法，其特征在于該監測方法中涉及裝置由地上采沙裝置為采沙器、風力驅動轉向裝置及地面保護環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沙通道(1)、導沙通道(3)、排氣網(2)、出沙口(4)、擋沙槽(5)、輔助擋沙板(25)和采沙器口罩(6)組成，風力驅動轉向裝置由旋轉圓盤(7)、支撐桿(8)、尾翼(9)、轉軸(10)、旋轉軸承(11)、固定環(12)、固定螺絲(13)組成，地面保護環由圓環(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，固定外桶(17)的上沿與地表平齊，用羅盤定出“北”方向，旋轉固定外桶(17)，使任一相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線刻度(21)對準正北方向，并在桶壁中線(21)上用記號筆標出“N”，同樣在其它的相鄰兩支撐橫桿(19)之間的桶壁中線(21)上標出相應方位，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示的方位；d、將采沙器中的進沙通道(1)和導沙通道(3)相互貫通，成45 60°夾角焊接在一起，排氣網(2)焊接在進沙通道(1)后端兩側壁上，出沙口(4)對接固定在旋轉圓盤(7)一側的槽(15)中，支撐桿(8)焊接在旋轉圓盤(7)的圓心，旋轉軸承(11)、轉軸(10)與固定外桶(17)內的支撐橫桿(19)采用螺母(20)固定，固定環(12)焊接在旋轉軸承(11)的外環上，調整旋轉圓盤(7)，使固定孔(16)與固定環(12)上的孔對準，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，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、防護圓環(23)的外沿焊接有向下的裙邊(24)，其側面與水平面斜交，將防護圓環(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，近似恢復原始地表狀態；f、采沙裝置周圍的沙面穩定一段時間后，將采沙器口罩(6)從進沙通道(1)上取下，記下當時的時刻，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)，記下當時時刻，為儀器暫停工作時間；松開固定螺絲(13)，將旋轉圓盤(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)內收集的沙物質倒入樣品袋中，并在樣品袋上寫上集沙盒上標記的方位；樣品逐個取完后，將固定外桶(17)底部堆積的沙物質清理干凈；g、按照標記的方位將各積沙盒(18)放入相應的位置，再將旋轉圓盤(7)安裝到原位，重新開始再次觀測。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟b固定外桶(17)的內壁上部焊接有等 角度排列的支撐橫桿(19)，它將固定外桶內部空間分成若干個等份的扇柱。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟c的集沙盒(18)為扇柱形。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟d進沙通道(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)安裝在進沙通道(1)的口上。
全文摘要
本發明提供一種近地表風沙流長期監測方法，該方法中涉及裝置由地上部分為采沙裝置為采沙器、風力驅動轉向裝置及地面保護環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力驅動采沙器轉動，使進沙口始終正對風向，同一風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蝕造成的觀測數據失真，大的儲沙空間能夠保證長時間連續觀測。該方法適合于野外無人看管條件下風沙流長期定點觀測，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 優先權日2010年9月21日
發明者徐新文, 李生宇, 王海峰, 雷加強 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所