專利名稱：一種土壤水分入滲與土壤含水量監(jiān)測(cè)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及土壤水分運(yùn)移監(jiān)測(cè)，該裝置尤其實(shí)用于深埋地下，以玻璃窗為截面，觀察土壤剖面的水分運(yùn)移狀況，對(duì)干旱區(qū)開(kāi)展該領(lǐng)域的研究有特殊的價(jià)值與用途。
背景技術(shù)：
土壤水分入滲是指地表面的水體經(jīng)通道進(jìn)入土中并在整個(gè)土壤剖面上運(yùn)移的全過(guò)程。土壤入滲性能對(duì)水資源轉(zhuǎn)化利用、農(nóng)業(yè)水管理等方面有著十分重要的作用。土壤水分入滲是土壤水分研究的重要內(nèi)容，其決定降水或灌溉水進(jìn)入土壤的數(shù)量，支配著土壤水動(dòng)態(tài)，影響到植物水分的收支以及深層貯水。野外土壤入滲測(cè)定常見(jiàn)方法有人工模擬降雨器法，雙環(huán)法，馬利奧特-雙環(huán)法；即人工模擬降雨器法主要模擬天然降雨情況，且體積大， 造價(jià)高，不適宜野外操作；還有使用環(huán)刀法和雙環(huán)法等測(cè)定土壤入滲特性時(shí)，很大程度上依賴于操作者的主觀思維，使得出的結(jié)果具有較大的不確定性；一些專業(yè)的入滲儀往往僅能描述土壤入滲到達(dá)穩(wěn)滲時(shí)的水分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而不能反映整個(gè)從初滲到穩(wěn)滲的水文運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，這使得要正確獲得并描述土壤入滲特性的真實(shí)過(guò)程成為一項(xiàng)十分困難的工作。土壤水分也稱含水率，是土壤的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，它反映了土壤的干、濕狀態(tài)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，土壤水分反映土壤的墑情的重要指標(biāo)。對(duì)各層土壤水分含量的測(cè)定是研究土壤水分存在、分布和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的基本手段，并可直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。傳統(tǒng)的取土稱重法所用的試驗(yàn)裝置如土鉆等完全依靠人工管理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取與處理等也由手工完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。中子水分儀雖然具有測(cè)量方便、快捷，不受滯后作用的影響、測(cè)定水分范圍寬、測(cè)定深度不限等優(yōu)點(diǎn)，但也存在明顯的不足，如測(cè)定表層土壤水分含量的精度較低，同時(shí)，還具有一定的輻射危害性。時(shí)域反射儀(Time Domain Reflectometry, TDR)是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的土壤水分快速測(cè)量技術(shù)之一。與其他方法相比，TDR具有以下優(yōu)點(diǎn)1)精度高，體積含水量測(cè)量誤差一般在洲以內(nèi)；幻測(cè)量結(jié)果受土壤類型影響較小，一般不需要對(duì)特定的土壤進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定；3)無(wú)輻射，對(duì)土壤破壞性?。?)探針的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較??；5)與數(shù)據(jù)記錄儀配合可進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)；此外，更為重要的一點(diǎn)是時(shí)域反射儀能在很短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量出土壤累積入滲量及濕潤(rùn)峰位置。ECH2O土壤含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即是基于時(shí)域反射技術(shù)，通過(guò)測(cè)量傳感器上電容的變化來(lái)確定介質(zhì)的介電常數(shù)或電容率。由于水的介電常數(shù)非常高， 因此當(dāng)土壤中的水分含量變化時(shí)，土壤的介電常數(shù)也隨之發(fā)生相當(dāng)大的變化；該傳感器可以對(duì)多個(gè)樣地、不同深度土壤的水分含量進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤鹽度和溫度效應(yīng)敏感度相對(duì)較低，且耗電極少，同時(shí)，高分辨率使之能夠精確測(cè)量每日甚至每小時(shí)的水分狀況。本實(shí)用新型將土壤入滲觀測(cè)裝置、土壤水分監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集裝置組合設(shè)計(jì)，提供一種土壤水分入滲速率和土壤水分含量同步測(cè)量的裝置，可實(shí)現(xiàn)土壤雙參數(shù)2D剖面分布測(cè)量，為土壤水分運(yùn)移研究提供有效測(cè)量手段。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目在于本實(shí)用新型提供的土壤水分入滲速率和土壤水分含量同步測(cè)量的裝置，可實(shí)現(xiàn)土壤雙參數(shù)2D剖面分布測(cè)量。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種土壤水分入滲與土壤含水量監(jiān)測(cè)的裝置， 將安裝有標(biāo)識(shí)刻度的相鄰A、B觀測(cè)面和布設(shè)有ECH2O傳感器1、EM50數(shù)據(jù)采集器3、探頭 8、堵頭10及連線的鋼構(gòu)支架5置于土坑中；在A觀測(cè)面的對(duì)應(yīng)A剖面的土體中均布傳感器 1，其傳感器1的連接線2經(jīng)鋼構(gòu)支架5底部與A觀測(cè)面上安裝的數(shù)據(jù)采集器3連接，其數(shù)據(jù)采集器3固接在鋼構(gòu)框架5上；在B觀測(cè)面的玻璃7面上布設(shè)有孔洞9，其孔洞9上安裝著探頭8通過(guò)電纜11與讀數(shù)表12連接；其中在鋼構(gòu)支架5的頂上安裝著頂蓋4，在鋼構(gòu)支架5的A、B觀測(cè)面的相對(duì)應(yīng)的C、D面上安裝著苯板6 ；該裝置的鋼構(gòu)框架5的外框均布橫、豎的加固條13。本實(shí)用新型采用這樣的結(jié)構(gòu)，使用時(shí)將通過(guò)玻璃窗直觀地觀測(cè)灌溉或降雨后農(nóng)田土壤剖面水分入滲的真實(shí)過(guò)程；埋置嵌入式時(shí)域反射儀長(zhǎng)期埋入土壤中使用，不受腐蝕， 穩(wěn)定性高、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快，可獲得土壤剖面土壤含水量變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，便攜式土壤水分測(cè)定儀作為土壤水分監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充手段，可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤剖面水分含量的適時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅使用方便，而且也減輕了使用中子儀等笨重儀器安裝轉(zhuǎn)移的工作強(qiáng)度；彰顯技術(shù)進(jìn)
步ο
下面結(jié)合本實(shí)用新型附圖作進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖1為本實(shí)用新型的觀測(cè)玻璃窗土坑剖面圖(展示A、B觀測(cè)面)；附圖2為本實(shí)用新型立體鋼構(gòu)框架的示意圖；附圖3為本實(shí)用新型裝置的工作原理示意圖(為A面)；附圖4為本實(shí)用新型裝置的工作原理示意圖(為B面)；附圖中A、B為觀測(cè)面；C、D為非觀測(cè)面；1- ECH2O傳感器；2_通訊連接線；3-EM50 數(shù)據(jù)采集器；4-頂蓋；5-鋼構(gòu)支架；6-苯板；7-有刻度的玻璃；8-監(jiān)測(cè)儀探頭；9-孔洞； 10"橡膠堵頭；11-電纜；12-讀數(shù)表；13-加固條。
具體實(shí)施方式
試驗(yàn)操作要點(diǎn)1)觀測(cè)坑剖面見(jiàn)圖1 ；規(guī)格為長(zhǎng)2 mX寬1 mX深3 m，擬安裝儀器的兩個(gè)觀測(cè)面
A和B需保持平整，以保證玻璃窗的玻璃與土壤剖面緊密接觸。2)鋼構(gòu)支架5的玻璃立面分格有鋼構(gòu)加固條13支撐，起穩(wěn)固作用；頂蓋4通過(guò)合頁(yè)與鋼結(jié)構(gòu)支架5上的合頁(yè)鉸接；苯板用于墊置于鋼結(jié)構(gòu)支架與帶有刻度的玻璃7之間，作為玻璃與支架緊密接觸的介質(zhì)，防止受力不均支架擠壓玻璃；玻璃7上的刻度用于觀測(cè)水分在土壤中的入滲深度；觀測(cè)面B的玻璃上設(shè)有孔洞9作為即插式土壤水分測(cè)定儀探頭8 的工作通道，孔洞9的直徑等于或略大于即插式土壤水分測(cè)定儀探頭8的直徑；每個(gè)孔洞均配有橡膠堵頭10，探頭8拔出后，將橡膠堵頭10塞入孔洞9中以保障玻璃立面的密實(shí)；C、 D面安裝苯板6起隔斷作用，防止泥土和水進(jìn)入觀測(cè)坑。3)在玻璃窗安裝到測(cè)坑之前，將ECH2O傳感器水平嵌入測(cè)坑觀測(cè)面A的A剖面土體中，根據(jù)觀測(cè)需要，土層間隔設(shè)定為20cm，從表土往下20cm位置開(kāi)始直至300cm深度，共安裝15個(gè)傳感器；傳感器1埋入相應(yīng)位置后，在土壤剖面上鑿?fù)诖怪本€槽，將傳感器的連接線2壓入土壤剖面A中，所有連接線2鋪設(shè)完畢后再安裝玻璃，連接線2預(yù)留相應(yīng)的長(zhǎng)度， 通過(guò)觀測(cè)面A的玻璃窗底部進(jìn)入測(cè)坑內(nèi)與數(shù)據(jù)采集器3連接，數(shù)據(jù)采集器3固接在鋼結(jié)構(gòu)支架5上，數(shù)據(jù)采集器安裝上電池后即可實(shí)現(xiàn)土壤水分的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。4)便攜即插式土壤水分監(jiān)測(cè)儀的探頭8為ABS工程塑料手柄鑲嵌的不銹鋼探針， 測(cè)量時(shí)，探頭8通過(guò)玻璃窗中孔9插入觀測(cè)面B對(duì)應(yīng)的B剖面土體中，探頭8通過(guò)通訊電纜 11與讀數(shù)表12連接，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分的測(cè)定；孔洞9在土壤水分測(cè)定完成后，用橡膠堵頭10封塞。實(shí)施例該試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)樣方在作物播種前設(shè)置于農(nóng)田中，所選農(nóng)田為干旱區(qū)棉田。在人工挖掘土坑的過(guò)程中，為保證觀測(cè)面的平整及防止塌方，要求該觀測(cè)面上方禁止站人或堆土，所挖掘的泥土須及時(shí)清運(yùn)出土坑外；為便于鋼構(gòu)框架5和玻璃7的安裝施工，將土坑不作觀測(cè)的兩個(gè)剖面C和D適當(dāng)挖寬(寬>lmc、長(zhǎng)>2m)，待鋼構(gòu)框架5、玻璃7和ECH2O傳感器安裝完成后，將挖掘出來(lái)的土回填至C面和D面外并壓實(shí)。埋置嵌入式時(shí)域反射儀和便攜式土壤水分測(cè)定儀在實(shí)用時(shí)，首先需要進(jìn)行校正與標(biāo)定，校正方法為利用土鉆法取土測(cè)定土壤水分，分別與埋置嵌入式時(shí)域反射儀和便攜式土壤水分測(cè)定儀測(cè)定的土壤水分建立標(biāo)定方程。埋置嵌入式時(shí)域反射儀數(shù)據(jù)采集器3安裝上電池后即可實(shí)現(xiàn)土壤水分的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可根據(jù)要求設(shè)定數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔(如5分鐘讀數(shù)1次)；便攜式土壤水分測(cè)定儀測(cè)量土壤水分含量時(shí)，由觀測(cè)人員借助鋼構(gòu)框架的支撐攀爬進(jìn)入觀測(cè)坑內(nèi)，先將孔洞9中的橡膠堵頭10拔出，再將手持探頭8通過(guò)孔洞9插入觀測(cè)面B對(duì)應(yīng)的B剖面土體中，探頭8的另一端通過(guò)通訊電纜11與讀數(shù)表12連接，讀數(shù)表12 可直接讀取并存儲(chǔ)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。灌溉或降雨后，觀測(cè)人員借助鋼構(gòu)框架的支撐攀爬進(jìn)入觀測(cè)坑內(nèi)，透過(guò)玻璃窗的觀測(cè)面A和B即可觀察到地表水入滲到土壤剖面的全過(guò)程，觀測(cè)面A和B的玻璃7上的刻度用以記錄土壤水分入滲深度，同時(shí)利用鐘表記錄入滲時(shí)間，從而可以計(jì)算相應(yīng)的入滲速率。裝置的鋼構(gòu)支架5由加厚的三角鋼材質(zhì)構(gòu)成。
權(quán)利要求1.一種土壤水分入滲與土壤含水量監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于將安裝有標(biāo)識(shí)刻度的相鄰A、B觀測(cè)面和布設(shè)有ECH2O傳感器(1)、EM50數(shù)據(jù)采集器(3)、探頭(8)、堵頭(10)及連線的鋼構(gòu)支架(5)置于土坑中；在A觀測(cè)面的對(duì)應(yīng)A剖面的土體中均布傳感器(1)，其傳感器(1)的連接線(2 )經(jīng)鋼構(gòu)支架(5 )底部與A觀測(cè)面上安裝的數(shù)據(jù)采集器(3 )連接，其數(shù)據(jù)采集器(3)固接在鋼構(gòu)框架(5)上；在B觀測(cè)面的玻璃(7)面上布設(shè)有孔洞(9)，其孔洞(9) 上安裝著探頭(8)通過(guò)電纜(11)與讀數(shù)表(12)連接；其中在鋼構(gòu)支架(5)的頂上安裝著頂蓋(4)，在鋼構(gòu)支架(5)的A、B觀測(cè)面的相對(duì)應(yīng)的C、D面上安裝著苯板(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于裝置頂蓋(4)上安裝的合頁(yè)與固定在鋼構(gòu)框架(5)上的合頁(yè)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于裝置的鋼構(gòu)框架(5)的外框均布橫、 豎的加固條(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于傳感器(1)和連接線(2)埋入土壤剖面中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于裝置的鋼構(gòu)支架(5)由加厚的三角鋼材質(zhì)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型提供的一種土壤水分入滲與土壤含水量監(jiān)測(cè)的裝置，將安裝有標(biāo)識(shí)刻度的相鄰A、B觀測(cè)面和布設(shè)有ECH2O傳感器、EM50數(shù)據(jù)采集器、探頭、堵頭及連線的鋼構(gòu)支架置于土坑中；在A觀測(cè)面的對(duì)應(yīng)A剖面的土體中均布傳感器，其傳感器的連接線經(jīng)鋼構(gòu)支架底部與A觀測(cè)面上安裝的數(shù)據(jù)采集器連接，其數(shù)據(jù)采集器固接在鋼構(gòu)框架上；在B觀測(cè)面的玻璃面上布設(shè)有孔洞，其孔洞上安裝著探頭通過(guò)電纜與讀數(shù)表連接;其中在鋼構(gòu)支架的頂上安裝著頂蓋，在鋼構(gòu)支架的A、B觀測(cè)面的相對(duì)應(yīng)的C、D面上安裝著苯板；其中裝置頂蓋上安裝的合頁(yè)與固定在鋼構(gòu)框架上的合頁(yè)鉸接；裝置的鋼構(gòu)框架的外框均布橫、豎的加固條；裝置的鋼構(gòu)支架由加厚的三角鋼材質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號(hào)G01N15/08GK202330229SQ20112036866
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉波, 張利剛, 托合提熱介甫·圖爾蓀, 曾凡江, 李海峰, 桂東偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所