地中蒸滲儀

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蒸滲儀是應(yīng)用水量平衡原理，推求平衡因素中某些難以直接測定的或需研究的某些因素的變化過程。

蒸滲儀的基本工作原理：被測土柱水量平衡方程： △S = P+I+Q-△R–ET 。

上式中：△S為土壤儲存水量的變化，P為降水量，I為灌溉量，Q為滲漏水量，△R為凈地表徑流量，ET為蒸騰蒸發(fā)量。其中降水量（P）和灌溉量（I）可以由雨量計(jì)和水表直接測得，滲漏水量和地表徑流量也可用專用設(shè)備測量得到。但土壤儲存水量的變化量（△S）代表降水或灌溉后水分的增加，或測量蒸騰蒸發(fā)作用導(dǎo)致水分的損失，這些較難測量，所以研發(fā)了高精度的稱重式蒸滲儀系統(tǒng)來測量△S。

多參數(shù)自動稱重式蒸滲儀是一種自動測試、記錄、存儲、輸出試體重量，可精確量化土壤水分變化，準(zhǔn)確測定土壤蒸散發(fā)量和土壤水勢、土壤含水量、溫度、電導(dǎo)率等剖面變化的設(shè)備。為水文循環(huán)中的土壤水下滲、地表徑流、地下徑流等過程和研究農(nóng)田蒸騰蒸發(fā)和地下水～土壤水轉(zhuǎn)化關(guān)系，提供更系統(tǒng)、更準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的測量工具。

1、多參數(shù)直接稱重式蒸滲儀的工作原理

直稱固定型自動電子稱重式蒸滲儀是把壓力傳感器固定在鋼結(jié)構(gòu)底座上，被稱土壤測筒平置于稱重底座的傳感器之上，直接稱量土壤測筒中水分的變化。直接稱重系統(tǒng)消除了杠桿式稱重測量的轉(zhuǎn)換誤差及懸臂式測量系統(tǒng)受風(fēng)和形變帶來的誤差，稱重分辨率可達(dá)100克。

2、多參數(shù)直接稱重式蒸滲儀具備以下主要功能

(1)測量具有地下水毛管上升補(bǔ)給條件下的農(nóng)田實(shí)際蒸散發(fā)量和潛水蒸發(fā)量，進(jìn)而分析和研究地下水對農(nóng)田蒸散發(fā)的作用和貢獻(xiàn)。

(2)研究不同土壤類型、不同地下水埋深對農(nóng)田蒸發(fā)和土壤入滲的影響

(3)研究作物耗水量、棵間蒸發(fā)量和合理的農(nóng)田灌溉制度

(4)建立SPAC系統(tǒng)分析模型，優(yōu)選和確定各類參數(shù)

(5)研究與水分運(yùn)動有關(guān)的土壤養(yǎng)分、化學(xué)元素和污染物質(zhì)在土壤中運(yùn)移和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。總之，該套設(shè)備是開展四水轉(zhuǎn)換研究的重要手段，同時(shí)還可用于研究農(nóng)田其他物質(zhì)流和能量傳輸規(guī)律和機(jī)理，根據(jù)設(shè)計(jì)和制作要求，與國內(nèi)外已有地中蒸滲儀比較，具有規(guī)模大、測量精度高和功能多樣化的特點(diǎn)。

3、多參數(shù)直接稱重式蒸滲儀有如下的特點(diǎn)

(1)儀器是只讀和存貯式的、它通過電路的特殊調(diào)試將重量值(kg)轉(zhuǎn)換成蒸滲量。

⑵儀器具有定時(shí)貯存、顯示、打印功能，可人工和計(jì)算機(jī)觀測和控制。即當(dāng)?shù)皆O(shè)置的時(shí)間儀器自動貯存、顯示當(dāng)前的重量，兩次數(shù)值的差值為蒸滲量。

(3)地下室是保護(hù)四周土壤不接觸到盛土容器的作用，蒸滲儀內(nèi)筒的土壤條件和植物生長與大田基本一致，其測量結(jié)果能代表大田的實(shí)際情況。

(4)本儀器對指導(dǎo)農(nóng)作物、牧草和林業(yè)的合理用水，對于研究土壤一植物一大氣系統(tǒng)中水分的運(yùn)動規(guī)律，制定合理科學(xué)的灌溉制度、節(jié)約用水、促進(jìn)農(nóng)作物生長都將產(chǎn)生積極的作用。

4、多參數(shù)直接稱重式蒸滲儀的結(jié)構(gòu)及組成

多參數(shù)直接稱重式蒸滲儀由地下室、稱重底盤、壓力傳感器、盛土容器(土筒)、滲漏水計(jì)量裝置、地表徑流計(jì)量裝置和其它設(shè)備（土壤水分測量儀、張力計(jì)、土壤溶液取樣、地溫、電導(dǎo)率測量等）及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，主要用于定點(diǎn)測定根系較深的作物蒸散量和滲漏量。

⑴蒸滲儀防護(hù)地下室

蒸滲儀防護(hù)地下室是保護(hù)四周土壤不接觸到盛土容器(內(nèi)筒)，減少了對大田土壤的擾動，雖造價(jià)較高，但對土壤測筒的安裝、維護(hù)提供極大方便，蒸滲儀地下室外的土壤條件和植物生長與大田基本一致。地下室的建造綜合考慮冬季土壤低溫凍脹、土體深度以及便于定位稱重等因素，根據(jù)地下水位埋深及土壤結(jié)構(gòu)的具體情況，本文選用鋼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而且加裝保溫防凍措施，使蒸滲儀在外界-40℃的低溫環(huán)境下能正常工作。

地下室形狀為長方形形，室內(nèi)面積為4.5×2.8米。側(cè)壁為25cm厚的鋼筋混凝土，底板為30cm厚的鋼筋混凝土，地下室深度為2.2m, 地下室上部開有直徑1.3米園孔，用于安裝土壤測筒。土壤測筒上沿5厘米處安裝向下擴(kuò)展的不銹鋼防風(fēng)防雨圈。

地下觀測室平面布置示意圖見圖1所示：地下觀測室和測量設(shè)備立體結(jié)構(gòu)示意圖見圖2

⑶稱重底座和壓力傳感器

在稱重方式上,選用了固定直接稱重的電子稱重蒸滲儀。固定直稱式電子稱重式蒸滲儀通過3個(gè)量程為2200kg的C6級壓力傳感器把士壤測筒重量(kg)轉(zhuǎn)化為電信號，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲并轉(zhuǎn)化為蒸滲量(mm)，精度高，操作簡單。

稱重傳感器是自動稱重式蒸滲儀的技術(shù)核心，設(shè)計(jì)采用3支重量傳感器安裝在夾角120°的鋼制傘形“人” 字稱重底盤下端，選用多個(gè)壓力傳感器的目的是為了提高測精度。

⑷蒸滲儀盛土容器(土筒)

本設(shè)計(jì)根據(jù)用戶要求蒸滲儀盛土容器(土筒)形狀為圓形，圓形測筒可消除了方形測筒直角對土壤的應(yīng)力不均勻，干擾土壤剖面水勢梯度，圓形筒盛土后四周受力均勻，一般外壁不需要加固圈。

蒸滲儀盛土容器〔土筒)為圓柱形，內(nèi)徑為1.13m，土體表面積是 1平方米，土壤測筒高為2.0m，側(cè)壁為4mm厚不銹鋼板、底為6mm厚的不銹鋼板，內(nèi)外雙面焊接而成。設(shè)計(jì)使用的蒸滲儀 (圓形),裝土深度為1.6米，土筒底部有30厘米厚度的反濾層，在反濾層內(nèi)布有連通管，連通管管道壁上打有密集的小孔，在管道外還包有不銹鋼紗布，土壤中的水分可進(jìn)出連通管同時(shí)也隔離了固體物質(zhì)。