泥沙蒸發(fā)水質(zhì)墑情(南京水利水文自動化研究所姚永熙)-資料下載頁
2025-03-08 03:36本頁面
【正文】 計內(nèi)外的水勢大小不同時 ，水將由高水勢處向低水勢處運動 ， 直到內(nèi)外水的勢能達(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內(nèi)的部分水會向外運動而使張力計內(nèi)形成負(fù)壓 ， 測量張力計內(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)和自動測量兩種形式 。 測得土壤水吸力后 ， 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 （負(fù)壓計） 式土壤濕度儀簡介 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量土壤含水量 。 雷達(dá)使用微波 ， 有時也把使用微波的儀器稱為雷達(dá)土壤濕度儀 。 ? 可以根據(jù)探測器發(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 （ 時間 ） 的不同計算土壤含水量 ， 如依靠反射波測量 ， 這樣的儀器稱為時域反射儀 （ Time Domain Reflectometry, 簡稱 TDR） 。 ? 如測量單向傳播速度 ， 稱為 TDT。 ? 也可以利用介電常數(shù)不同 ， 探測器和土壤構(gòu)成的電容不同 ，測量其電 容 ， 計算 土壤含水 量 。 稱為 頻域反射 儀（ Frequency Domain Reflectometry,簡稱 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， 但價格也貴些 。 時域反射儀（ 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%以內(nèi) 。 而且容重 、 溫度對土壤的介電常數(shù)與土壤含水量的關(guān)系影響很小 。 ? 時域反射儀利用上述原理 ， 測定電磁波在土壤中傳播一定距離所需的時間 ， 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??時域反射儀（ TDR）的性能特點 準(zhǔn)確性分析 ? 時域反射儀測量原理準(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)確測量出傳播速度 ， 就可以得到較準(zhǔn)確的土壤含水量 。 所以時域反射儀的測量準(zhǔn)確性比較高 ，儀器指標(biāo)可達(dá)到 2%。 ? 但實際應(yīng)用時 ， 應(yīng)該標(biāo)定使用地點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)到理論上的測量準(zhǔn)確度 。 ? 這種儀器價格較貴 ， 一般情況下傳輸電纜不會超過5m（ 需要延長時要另行處理 ） ， 所以比較適用于臨時性和半永久性地在測點使用 。 可以長期埋設(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 回 路 。 當(dāng)100~150MHz的高頻波施加在此電容上 ， 會產(chǎn)生一個與土壤電容 （ 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，即使采用溫度補償，其測量精度比 TDR 墑情傳感器仍可能要低一些。這是頻域測量技術(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 （ 如小于） ， 可以用線性方程表示 。 中子土壤濕度儀 —— 工作原理 ? 快中子源發(fā)出的中子在通過土壤時遇到土壤水的氫原子后 ， 快中子將失去部分動能變?yōu)槁凶?， 測出慢中子的數(shù)量可以計算出土壤中的含水量 。 土壤中水分愈多 ， 中子傳過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 。 這個規(guī)律很確定 ， 因此測得的慢中子數(shù)和土壤含水量的關(guān)系相當(dāng)穩(wěn)定 。 通過率定找出此關(guān)系就可以用此原理來測量土壤含水量 。 —— 儀器結(jié)構(gòu)與組成 ? 儀器包括快中子源 、 慢中子檢測器 、 處理記錄顯示儀 。快中子源常用低劑量的镅 、 鈹放射源 ， 使用時和慢中子檢測器一起埋設(shè)在測量點 。 記錄顯示儀控制儀器定時測量計數(shù) ，并顯示和記錄測得數(shù)值 。 中子土壤濕度儀的性能特點 準(zhǔn)確性分析 ? 中子土壤濕度儀測量準(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 ， 慢中子計數(shù)也是很準(zhǔn)確的 。 標(biāo)定曲線的準(zhǔn)確性決定了儀器的測量準(zhǔn)確度 。 特點和應(yīng)用 ? 中子土壤濕度儀工作穩(wěn)定 、 測量迅速 、 準(zhǔn)確度高 ， 很適于長期自動測量 。 由于它具有放射性 ， 也最好能長期固定應(yīng)用 。 也是因為它的放射性 ， 與前述的同位素測沙儀一樣 ， 國內(nèi)水文測驗上很少應(yīng)用 。 事實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 ， 不會有礙于人體和環(huán)境 。 ? 由于要使用放射源 ， 應(yīng)用中各個環(huán)節(jié)要有專門規(guī)定 。 ? 可以使用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定曲線 ， 也可以應(yīng)用人工比測方法率定修正標(biāo)定曲線 。 謝謝 姚永熙 2023 演講完畢 ， 謝謝觀看 ！
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