一種洞穴滴水的水文水化學自動監測以及取樣裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及巖溶動力系統的研究領域，具體涉及一種洞穴滴水的水文水化學自動監測以及取樣裝置。
【背景技術】
[0002]洞穴滴水在古環境重建和巖溶表層帶研究中占有重要地位，監測滴水的水化學成分、同位素組成等對研究巖溶表層帶(飽氣帶)與環境的響應(如氣溫、降雨)至關重要。
[0003]形成洞穴的基巖由于巖性、構造的差異，往往形成裂隙和管道。降雨經過土壤入滲后進入下部的基巖后，沿著裂隙或管道，形成洞穴滴水點。不同來源的滴水具有不同的水文水化學特征和同位素組成:裂隙滴水點由于其主要來源于土壤孔隙和基巖裂隙，水巖相互作用時間長，滴速(滴水速率)較慢，變化較小，流量穩定，水化學成分一般過飽和，滴水進入洞穴后，一般迅速脫氣，在地面上的滴水點往往形成石筍；而管道型滴水點主要來源于基巖中的溶蝕管道，匯水比較集中，水巖相互作用過程短，受降雨影響大，滴速變化大，流量不穩定，雨季最大流量比平均流量大10倍以上，形成快速流，而枯季時甚至斷流。
[0004]限于研究手段，傳統對洞穴滴水的研究，采用定期人工取樣、現場測試水化學參數和計時測量滴水速率的方法。這種方法的主要缺陷在于人工勞動強度大、費時費力，對于比較偏遠的研究點來說，由于交通的限制，過密的監測間隔不太容易實現，能夠獲得的監測數據有限。
[0005]由于巖溶洞穴系統對環境的敏感性和滴水的特殊性，過少的數據其代表性也不是太好，因而迫切需要一種能夠高分辨率監測記錄滴水水化學參數，并根據需要自動進行取樣的裝置。
【實用新型內容】
[0006]綜上所述，為解決現有的技術問題，本實用新型提供一種洞穴滴水的自動監測以及取樣裝置。
[0007]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種洞穴滴水的自動監測以及取樣裝置，包括供電模塊、水化學監測記錄模塊、滴率測定模塊、自動取樣模塊和數據記錄器;
[0008]所述供電模塊通過導線分別連接所述水化學監測記錄模塊、所述滴率測定模塊、所述自動取樣模塊和所述數據記錄器，其用于將太陽能轉換成電能儲蓄起來，并向所述水化學監測記錄模塊、所述滴率測定模塊、所述自動取樣模塊和所述數據記錄器提供電能；
[0009]所述水化學監測記錄模塊處于洞穴內，其用于收集并監測洞穴滴水的pH值、溫度、電導率數據，并且將監測到的數據輸送給所述數據記錄器記錄儲存起來；
[0010]所述滴率測定模塊處于所述水化學監測記錄模塊的下方，并且所述水化學監測記錄模塊通過軟管I連接所述滴率測定模塊，所述滴率測定模塊用于產生監測洞穴滴水的速率或流量的信號，并且將監測信號輸送給所述數據記錄器計算成洞穴滴水的速率或流量；[0011 ] 所述自動取樣模塊通過軟管II連接所述滴率測定模塊，其用于對洞穴滴水自動定時取樣或者連續取樣。
[0012]進一步，所述供電模塊包括太陽能電池板、蓄電池和太陽能控制器，所述太陽能電池板處于洞穴外，利用光電效應將太陽光能轉化成電能為所述蓄電池充電，所述蓄電池向所述水化學監測記錄模塊、所述滴率測定模塊和所述自動取樣模塊提供電能，所述太陽能控制器控制所述太陽能電池板向所述蓄電池充電以及所述蓄電池的電能輸出。
[0013]進一步，所述水化學監測記錄模塊包括用于收集洞穴滴水的滴水收集器，所述滴水收集器通過支架處于洞穴內，在所述滴水收集器的上部開口處設有收集漏斗，在所述收集漏斗內放置有小球，所述收集漏斗底部的漏口通過軟管III連接到所述滴水收集器的底部，在所述滴水收集器內底部還設有分別監測洞穴滴水的pH值、溫度和電導率的監測探頭，所述監測探頭分別通過數據線連接所述數據記錄器，并將監測數據輸送給所述數據記錄器記錄儲存起來。
[0014]進一步，在所述滴水收集器內的底部設有倒置的漏斗，所述監測探頭處于所述滴水收集器的內壁與所述漏斗之間，所述軟管I的一端從所述漏斗的尖端伸入所述滴水收集器內。
[0015]進一步，所述滴率測定模塊包括滴率測定容器和翻斗，所述軟管I的另外一端延伸到所述滴率測定容器內，所述翻斗通過轉軸安裝在所述滴率測定容器內對應所述軟管I的位置處，在所述滴率測定容器內設有干簧管，所述翻斗上設有與所述干簧管相對應的磁鋼，所述滴水收集器內收集的洞穴滴水通過所述軟管I滴落到所述翻斗積累后，可以使所述翻斗發生翻轉，所述翻斗發生翻轉的同時所述磁鋼穿過所述干簧管產生開關脈沖信號，所述數據記錄器將單位時間的所述脈沖信號數換算成洞穴滴水的速率或流量。
[0016]進一步，所述自動取樣模塊包括上圓盤、取樣器、步進電機和控制板，所述取樣器內部中空并且開口向上，所述上圓盤處于所述取樣器上部的開口處，所述步進電機通過轉軸可以帶動所述上圓盤在所述取樣器上部的開口處轉動，所述控制板控制所述步進電機的運行；
[0017]在所述取樣器內的底面上均勻設有若干個固定取樣瓶的固定孔，在所述上圓盤上設有與所述固定孔相對應的取樣孔，所述軟管II的一端處于所述滴率測定容器的內部，所述軟管II的另外一端固定在所述取樣孔內。
[0018]進一步，所述上圓盤可以將所述取樣器上部的開口密封起來。
[0019]進一步，在所述軟管II上還設有通過所述控制板控制的三通電磁閥。
[0020]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供的一種洞穴滴水的自動監測以及取樣裝置，能高分辨率地連續自動監測洞穴滴水的水化學變化過程，獲取長時間尺度的數據，分析其機理以及連續自動取樣，為巖溶表層帶的監測研究提供了新的方法；同時，能顯著降低勞動強度，減少頻繁往返研究點所需的人力、財力、物力，使研究者能關注于數據的分析，特別適用于在偏遠且交通不便地區的研究點。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
[0022]圖2為供電模塊的結構示意圖；
[0023]圖3為水化學監測記錄模塊的結構示意圖；
[0024]圖4為滴率測定模塊的結構示意圖；
[0025]圖5為滴率測定模塊翻斗翻轉的結構示意圖；
[0026]圖6為自動取樣模塊的結構示意圖。
[0027]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0028]1、供電模塊，2、水化學監測記錄模塊，3、滴率測定模塊，4、自動取樣模塊，5、軟管I，6、軟管II，7、太陽能電池板，8、蓄電池，9、太陽能控制器，10、滴水收集器，11、數據記錄器，12、收集漏斗，13、小球，14、監測探頭，15、漏斗，16、滴率測定容器，17、翻斗，18、轉軸，19、干簧管，20、磁鋼，21、上圓盤，22、取樣器，23、步進電機，24、控制板，25、轉軸，26、取樣瓶，27、固定孔，28、電磁閥，29、固定支架，30、取樣孔，31、軟管III。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0030]如圖1所示，一種洞穴滴水的自動監測以及取樣裝置，包括供電模塊1、水化學監測記錄模塊2、滴率測定模塊3、自動取樣模塊4和數據記錄器11。
[0031]如圖2所示，所述供電模塊1包括太陽能電池板7、蓄電池8和太陽能控制器9，所述太陽能電池板7處于洞穴外利用光電效應將太陽光能轉化成電能為所述蓄電池8充電，所述蓄電池8向所述水化學監測記錄模塊2、所述滴率測定模塊3、所述自動取樣模塊4和所述數據記錄器11提供電能，所述太陽能控制器9控制所述太陽能電池板7向所述蓄電池8充電以及所述蓄電池8的電能輸出，防止電池過充和過放。所述供電模塊1通過導線分別連接所述水化學監測記錄模塊2、所述滴率測定模塊3、所述自動取樣模塊4和所述數據記錄器11，其用于將太陽能轉換成電能儲蓄起來，并向所述水化學監測記錄模塊2、所述滴率測定模塊3、所述自動取樣模塊4和所述數據記錄器11提供電能。通過供電模塊1向其他模塊提供電能，可以長時間的保證其他模塊的正常運行。
[0032]所述水化學監測記錄模塊2處于洞穴內，其用于收集并監測洞穴滴水的pH值、溫度、電導率數據，并且將監測到的數據記錄儲存起來。如圖3所示，所述水化學監測記錄模塊2包括用于收集洞穴滴水的滴水收集器10，所述滴水收集器10通過支架29處于洞穴內，在所述滴水收集器10的上部開口處設有收集漏斗12，在所述收集漏斗12內放置有小球13，在所述滴水收集器10內還設有分別監測洞穴滴水的pH值、溫度和電導率的監測探頭14，根據實際監測的需要還可擴充其他監測探頭。在所述滴水收集器10的底部設有倒置的漏斗15，所述監測探頭14處于所述滴水收集器10的內壁與所述漏斗15之間。滴水必須浸沒監測探頭14到一定深度，監測探頭14才能監測到相關數據。在滴水收集器10內的底部設置一個倒置的漏斗15，能使滴水收集器10內的高度上升，因而同樣高度所需滴水的體積減小，縮短滴水在滴水收集器10內積累達到監測所需深度所需的時間，提高了監測精度和分辨率，也避免滴水長時間置留水化學性質發生變化，保證監測的準確性。另外，所述收集漏斗12底部的漏口通過軟管III 31連接到所述滴水收集器10的底部。收集漏斗12底部的漏口通過軟管III31連接到滴水收集器10的底部的優點在于:使監測探頭14監測到的水化學指標能代表真正新鮮滴水的性質，防止新鮮滴水進入滴水收集器10后馬上從軟管I 5排出滴水收集器10。新鮮滴水沿軟管III 31進入滴水收集器10底部后將“驅趕”上部的“老水”，讓“老水”先從軟管I 5的上部溢出而進入到下一監測環節。所述監測探頭14分別通過數據線連接所述數據記錄器11，并將監測數據輸送給所述數據記錄器11記