泥沙蒸發(fā)水質(zhì)墑情(南京水利水文自動(dòng)化研究所姚永熙)-資料下載頁(yè)
2025-08-15 23:40本頁(yè)面
【正文】 壤水分建立水力聯(lián)系 。 當(dāng)張力計(jì)內(nèi)外的水勢(shì)大小不同時(shí) ，水將由高水勢(shì)處向低水勢(shì)處運(yùn)動(dòng) ， 直到內(nèi)外水的勢(shì)能達(dá)到平衡 。 除非土壤水分飽和 ， 在土壤水吸力的作用下張力計(jì)內(nèi)的部分水會(huì)向外運(yùn)動(dòng)而使張力計(jì)內(nèi)形成負(fù)壓 ， 測(cè)量張力計(jì)內(nèi)負(fù)壓的大小即可得到土壤水吸力的值 。 用壓力變送器進(jìn)行測(cè)壓 。 使用的壓力變送器主要是壓力表和壓阻式壓力傳感器 。 分人工讀數(shù)和自動(dòng)測(cè)量?jī)煞N形式 。 測(cè)得土壤水吸力后 ， 再依據(jù)土壤性質(zhì) ， 利用這種土壤的土壤水吸力與土壤含水量的關(guān)系確定土壤含水量 。 張力計(jì) （負(fù)壓計(jì)） 式土壤濕度儀簡(jiǎn)介 雷達(dá)（微波）土壤濕度儀 ? 利用微波在土壤中的傳播特性受土壤含水量影響的原理可以測(cè)量土壤含水量 。 雷達(dá)使用微波 ， 有時(shí)也把使用微波的儀器稱(chēng)為雷達(dá)土壤濕度儀 。 ? 可以根據(jù)探測(cè)器發(fā)出的電磁波 （ 微波 ） 在不同介電常數(shù)的物質(zhì)中傳播速度 （ 時(shí)間 ） 的不同計(jì)算土壤含水量 ， 如依靠反射波測(cè)量 ， 這樣的儀器稱(chēng)為時(shí)域反射儀 （ Time Domain Reflectometry, 簡(jiǎn)稱(chēng) TDR） 。 ? 如測(cè)量單向傳播速度 ， 稱(chēng)為 TDT。 ? 也可以利用介電常數(shù)不同 ， 探測(cè)器和土壤構(gòu)成的電容不同 ，測(cè)量其電 容 ， 計(jì)算 土壤含水 量 。 稱(chēng)為 頻域反射 儀（ Frequency Domain Reflectometry,簡(jiǎn)稱(chēng) FDR） 。 ? 從使用角度看 FDR和 TDR差別不大 。 總的講 ， TDR的性能優(yōu)于FDR， 但價(jià)格也貴些 。 時(shí)域反射儀（ TDR）的工作原理 電磁波在介質(zhì)中傳播速度 V可用下式表示： ? ? 式中： C—— 電磁波在真空中的傳播速度； ? ε —— 介質(zhì)的介電常數(shù)； ? μ —— 磁性常數(shù) 。 ? C為 300 000km/s。 土壤的磁性常數(shù)為 1， 由此： ? ? 土壤中固體成分占其容積的 50%左右 ， 土壤固體成分的介電常數(shù)一般為 2， 水的介電常數(shù)約為 80， 因此土壤水分?jǐn)?shù)量的多少對(duì)土壤的介電常數(shù)影響很明顯 。 ? 不同質(zhì)地土壤的介電常數(shù)與土壤含水量的關(guān)系可以統(tǒng)一標(biāo)定 。 誤差在 5%以?xún)?nèi) 。 而且容重 、 溫度對(duì)土壤的介電常數(shù)與土壤含水量的關(guān)系影響很小 。 ? 時(shí)域反射儀利用上述原理 ， 測(cè)定電磁波在土壤中傳播一定距離所需的時(shí)間 ， 求出土壤的介電常數(shù) ， 再根據(jù)儀器中已標(biāo)定的土壤容積水含量與土壤介電常數(shù)的關(guān)系推求出土壤水含量 。 ?? ??CV22VC??時(shí)域反射儀（ TDR）的性能特點(diǎn) 準(zhǔn)確性分析 ? 時(shí)域反射儀測(cè)量原理準(zhǔn)確 ， 電磁波傳播速度的影響因素 、 磁性常數(shù) 、 介電常數(shù)的物理意義很明確 ， 只要能準(zhǔn)確測(cè)量出傳播速度 ， 就可以得到較準(zhǔn)確的土壤含水量 。 所以時(shí)域反射儀的測(cè)量準(zhǔn)確性比較高 ，儀器指標(biāo)可達(dá)到 2%。 ? 但實(shí)際應(yīng)用時(shí) ， 應(yīng)該標(biāo)定使用地點(diǎn)的土壤容積水含量與土壤介電常數(shù)的關(guān)系 ， 并要注意其穩(wěn)定性 。 否則難以達(dá)到理論上的測(cè)量準(zhǔn)確度 。 ? 這種儀器價(jià)格較貴 ， 一般情況下傳輸電纜不會(huì)超過(guò)5m（ 需要延長(zhǎng)時(shí)要另行處理 ） ， 所以比較適用于臨時(shí)性和半永久性地在測(cè)點(diǎn)使用 。 可以長(zhǎng)期埋設(shè)使用 。 頻域反射儀（ FDR）的工作原理 ? 插入土壤中的電極與土壤 （ 土壤被當(dāng)作電介質(zhì) ） 之間形成電容 ， 并 與 高 頻 震 蕩 器 形 成 一 個(gè) 回 路 。 當(dāng)100~150MHz的高頻波施加在此電容上 ， 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與土壤電容 （ 土壤的介電常數(shù) ） 相關(guān)的共振頻率 ， 共振頻率的變化反映了土壤含水量的變化 ， 共振頻率的振幅也反映了土壤的電導(dǎo)率 。 在電路的設(shè)計(jì)中有人采用駐波映射土壤含水量 ， 有人采用高頻電容映射土壤含水量 。 高頻電容法的測(cè)量精度比駐波法低 。 ? FDR墑情傳感器采用的是 100MHz左右的電磁波，波在傳輸過(guò)程中受土壤的溫度和電導(dǎo)率（鹽份）的影響大，即使采用溫度補(bǔ)償，其測(cè)量精度比 TDR 墑情傳感器仍可能要低一些。這是頻域測(cè)量技術(shù)決定的。 ? 一般認(rèn)為介電常數(shù)的平方根與土壤含水量存在穩(wěn)定關(guān)系 ，可以適用于多種土壤 。 在中低含水量時(shí) （ 如小于） ， 可以用線(xiàn)性方程表示 。 中子土壤濕度儀 —— 工作原理 ? 快中子源發(fā)出的中子在通過(guò)土壤時(shí)遇到土壤水的氫原子后 ， 快中子將失去部分動(dòng)能變?yōu)槁凶?， 測(cè)出慢中子的數(shù)量可以計(jì)算出土壤中的含水量 。 土壤中水分愈多 ， 中子傳過(guò)一段固定距離后碰撞到水中的氫原子愈多 ， 從而產(chǎn)生的慢中子也愈多 。 這個(gè)規(guī)律很確定 ， 因此測(cè)得的慢中子數(shù)和土壤含水量的關(guān)系相當(dāng)穩(wěn)定 。 通過(guò)率定找出此關(guān)系就可以用此原理來(lái)測(cè)量土壤含水量 。 —— 儀器結(jié)構(gòu)與組成 ? 儀器包括快中子源 、 慢中子檢測(cè)器 、 處理記錄顯示儀 ?？熘凶釉闯Ｓ玫蛣┝康娘?、 鈹放射源 ， 使用時(shí)和慢中子檢測(cè)器一起埋設(shè)在測(cè)量點(diǎn) 。 記錄顯示儀控制儀器定時(shí)測(cè)量計(jì)數(shù) ，并顯示和記錄測(cè)得數(shù)值 。 中子土壤濕度儀的性能特點(diǎn) 準(zhǔn)確性分析 ? 中子土壤濕度儀測(cè)量準(zhǔn)確度較高 ， 是一種早已被采用的儀器 。 慢中子產(chǎn)生的原因就和水中的氫原子有關(guān) ， 放射源是比較穩(wěn)定的 ， 慢中子計(jì)數(shù)也是很準(zhǔn)確的 。 標(biāo)定曲線(xiàn)的準(zhǔn)確性決定了儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度 。 特點(diǎn)和應(yīng)用 ? 中子土壤濕度儀工作穩(wěn)定 、 測(cè)量迅速 、 準(zhǔn)確度高 ， 很適于長(zhǎng)期自動(dòng)測(cè)量 。 由于它具有放射性 ， 也最好能長(zhǎng)期固定應(yīng)用 。 也是因?yàn)樗姆派湫?， 與前述的同位素測(cè)沙儀一樣 ， 國(guó)內(nèi)水文測(cè)驗(yàn)上很少應(yīng)用 。 事實(shí)上目前的儀器所使用的放射性物質(zhì)劑量很小 ， 只要注意使用要求 ， 不會(huì)有礙于人體和環(huán)境 。 ? 由于要使用放射源 ， 應(yīng)用中各個(gè)環(huán)節(jié)要有專(zhuān)門(mén)規(guī)定 。 ? 可以使用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定曲線(xiàn) ， 也可以應(yīng)用人工比測(cè)方法率定修正標(biāo)定曲線(xiàn) 。 謝謝 姚永熙 202
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