蒸滲儀系統(tǒng)
蒸滲儀系統(tǒng)是研究水分平衡、物質(zhì)平衡、土壤溶質(zhì)運移的全新工具,按照其構(gòu)造可分為自動稱重和非稱重。
一、自動稱重
可實現(xiàn)4種不同標(biāo)準規(guī)格設(shè)計,不同的研究內(nèi)容需要不同的結(jié)構(gòu)、測量設(shè)備、處理方法和數(shù)據(jù)采集工具。因此,這些蒸滲儀分別對應(yīng)于水文、氣象、土壤科學(xué)及農(nóng)藝方面研究。盡管土柱表面積應(yīng)根據(jù)土壤的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地來確定,蒸滲儀的高度應(yīng)該根據(jù)土壤水與地下水分界線來確定,但是我們將土柱表面積標(biāo)準化為1m2,,蒸滲儀高度分別定義為1m與2m。高精度稱重系統(tǒng)分辨率為0.01mm以及其它技術(shù)的改善,可實現(xiàn)精確的水平衡測量。測量間隔可設(shè)為幾秒鐘來確定歐洲實際的蒸散量和標(biāo)準蒸散量。蒸滲儀底部截面形成一個張力區(qū),張力區(qū)通過傳輸?shù)秸魸B儀中的土壤張力來獲取田間水通量。
1、 水文蒸滲測量系統(tǒng)
水文地理學(xué)的任務(wù)是確定區(qū)域地下水再生數(shù)量、區(qū)域降雨量及蒸發(fā)量,這些參數(shù)可通過水文蒸滲測量系統(tǒng)直接獲得。
優(yōu)勢
u 土層表面的降雨量及蒸發(fā)量可被直接測定
u 可獲得與田間排灌水有關(guān)的水勢
u 可精確測量降雨量及蒸發(fā)量,分辨率可達0.01mm
u 可精確測量排水量及滲透量,分辨率可達0.01mm
u 可獲知土壤蓄水量的具體變化情況
u 可通過其確定水量平衡模型
局限性
u 不適于斜坡或林地
u 結(jié)冰前應(yīng)當(dāng)清除蒸滲儀與周圍土壤縫隙內(nèi)的雪來保證稱重系統(tǒng)的精確性
u 不適于農(nóng)機耕作
u 蒸滲測量系統(tǒng)底部距地下水至少2.5米
u 可稱重的水箱、補水裝置、數(shù)據(jù)采集器機箱、泵控制器及電源系統(tǒng)都放在維護井中
輸入?yún)?shù): 進入土壤表層的降雨、露水、霜及降雪等水量。
輸出參數(shù): 蒸騰蒸發(fā)量,草地標(biāo)準蒸散量,排水/滲漏等。
組成
u UMS蒸滲儀柱體
u 6個SIC杯
u 精確稱重裝置
u T8張力計
u 60公升水箱帶稱重單元
u 數(shù)據(jù)采集器,水泵及44AH充電器
u 蒸滲儀圍柱
田間水勢聯(lián)用
安裝在大田土層90cm深處的張力計給出泵工作的閾值,蒸滲儀中的張力計監(jiān)測蒸滲儀的內(nèi)部水勢。蒸滲儀的重量和達到內(nèi)外水勢*時的排水量可精確測量,且測量的時間間隔可以很小。
蒸滲儀規(guī)格
u 表面積:1m2
u 不銹鋼柱高:1m
u 外徑:1.65m
u 總高度:1.35m
u 水通量分辨率:0.01mm
u 取樣杯表面積:3600cm2
2、 氣象蒸滲測量系統(tǒng)
與水文—蒸滲測量系統(tǒng)類似,但需在其基礎(chǔ)上增加測定水和能量平衡相關(guān)氣象數(shù)據(jù)的氣象站。
此型號的蒸滲測量系統(tǒng)需要在水文型的蒸滲儀站基礎(chǔ)上配置輻射儀、相對濕度傳感器,一個用于觀測地面以上2米高處的風(fēng)速傳感器,5cm、50cm及2m處的大氣溫度傳感器以及4個RS200雨量桶。
應(yīng)用
測定水分平衡需要測量實際的和潛在的蒸發(fā),但測量這些參數(shù)的有效方法只能提供近似的結(jié)果。
使用氣象-蒸滲測量系統(tǒng),我們可提供一套準確的根據(jù)實際土壤表層和土壤水分情況測定ET、ET0值(草坪植被)的系統(tǒng),而且也能得到精確的排水和土壤水分貯藏的變化。
優(yōu)勢
u 水分和能量平衡的測定需要直接,精確的測量實際的土壤水分蒸發(fā)蒸騰損失總量
u 降水和蒸發(fā)直接由土壤表層測得
u 由于水勢與大田情況相關(guān),可按照實際情況測定排水
u 精確測量歐洲氣候條件下各時區(qū)的蒸發(fā)量
u 準確測量降雨與蒸發(fā)量,精度為0.01mm
u 準確測量排水及淋洗量,精度為0.01mm
u 準確測量土壤水儲量變化
u 驗證水分平衡模型
局限性
u 不適合斜地或林地
u 結(jié)冰前,需要清除蒸滲儀與周邊土壤縫 隙間的積雪保證稱重系統(tǒng)的精度
u 不適于農(nóng)機耕作
u 距地下水位至少2.5米
輸入?yún)?shù): 降雨,露水,霜,雪的水分平衡,真實反映土壤表層及植被的情況。
輸出參數(shù): 蒸發(fā)蒸騰量,ET0(有草坪覆蓋),排水/淋洗量等。
組成
u 水文型蒸滲儀站結(jié)合氣象站
氣象站包括:
u RH傳感器,在97%rH點校準
u Th2溫度傳感器分別位于-20 cm, -10 cm, -5 cm, +5 cm, + 50 cm, +200 cm處
u BILANZ輻射儀
u RM826雨量計
u 4 個 RS200
u A100R風(fēng)速傳感器
u M2安裝支架包括傳感器安裝裝置
蒸滲儀規(guī)格
u 表面積:1m2
u 不銹鋼柱高:1m,外徑:1.65m
u 總高度:1.35m
u 水通量分辨率:0.01mm
u 取樣杯表面積:3600cm2
3、 土壤科學(xué)蒸滲測量系統(tǒng)
與水文蒸滲測量系統(tǒng)類似,在2米的土柱上不同深度層面安裝土壤水分傳感器和土壤溶液取樣器。
應(yīng)用
u 準確測定土壤水分水平分布特性和水通量,同時還可對孔隙水和排水取樣
u 能測量30cm,60cm,120cm和180cm深度(其它深度也可以)的土壤水勢、水分和溫度
u 硅碳化杯SiC20用于孔隙水取樣
u 195 cm深度的6個SiC杯除用于測定田間水勢的變化外,還可測量排水量
u 準確測定土壤水分水平分布特性和水通量,同時還可對孔隙水和排水取樣
u 能測量30cm,60cm,120cm和180cm深度(其它深度也可以)的土壤水勢、水分和溫度
u 硅碳化杯SiC20用于孔隙水取樣
u 195 cm深度的6個SiC杯除用于測定田間水勢的變化外,還可測量排水量
補充 : 蒸滲儀土柱和田間測點對應(yīng)安裝了傳感器和取樣器,結(jié)合了蒸滲儀和田間測量的優(yōu)勢;因此這個系統(tǒng)適合土壤科學(xué)及與土壤水相關(guān)過程的*定位研究、觀測。
優(yōu)勢
u 在實際情況下、在可選的任意深度
u 量化水分和物質(zhì)移動情況
u 原位測量土壤水分-pF曲線
u 觀測排水及毛管水規(guī)律
u 在蒸滲儀和大田測點平行觀測土壤水勢、土壤水分及溫度的剖面變化
u 采用由張力計控制的連續(xù)真空泵系統(tǒng)取樣土壤溶液
u 測量排水精度達0.001mm
局限性
u 不適合坡地和林地
u 結(jié)冰前需要清除蒸滲儀與土壤之間的積雪
u 不適于農(nóng)機耕作
u 距離地下水的距離至少在2.5米以上
系統(tǒng)配置
u 蒸滲儀柱
u SiC杯,精準的稱重系統(tǒng)
u 帶有稱重系統(tǒng)的60L容器,包括30L空置部分數(shù)采
u 0.1mbr.的DT80數(shù)據(jù)采集器
u 泵及44安時的可充電電池套件
u 蒸滲儀管柱,F(xiàn)D土壤水分探頭
u T8張力計用于測量195cm深處土壤張力和溫度
u SIS陣列傳感器
u Th2土壤溫度傳感器
u SiC20土壤溶液取樣器
u SF1000采樣瓶
蒸滲儀規(guī)格
u 表面積:1m2
u 不銹鋼柱高:2m,外徑:1.65m
u 總高度:2.35m
u 水通量分辨率:0.01mm
u 取樣杯表面積:3600cm2
u 張力計:T8
4、 農(nóng)藝研究蒸滲測量系統(tǒng)
應(yīng)用
u 可*監(jiān)測傳統(tǒng)耕作條件下田間土壤水分及養(yǎng)分狀況
u 可高精度測量排水輸出量及總量
u 柱形蒸滲儀高1米,也可按研究需要選擇2米。植物生長消耗的水分通過平行安裝在蒸滲儀底部的6個吸盤來補給
u 主根區(qū)、90cm以下土層及190cm土層的土水勢可被測量
u 排水量可通過100ml翻斗計量器測定。此外排水量的2.5%可作為水樣定時取出
優(yōu)點
u 可量化試驗條件下的水分和物質(zhì)流動過程
u 可測量排水總量
u 高精度監(jiān)測排水過程
局限性
u 不適用于坡地或森林
u 無稱量單元,因此不可直接監(jiān)測蒸發(fā)量及降水量
u 蒸滲測量系統(tǒng)底部距地下水至少2.5米
系統(tǒng)配置
u UMS蒸滲儀柱
u 6個SIC杯
u 2個T8張力計
u 60公升桶帶稱重,zui低水量可到30升
u 數(shù)據(jù)采集器,44AH充電器
u 蒸滲儀套筒
u 2個土壤水分傳感器
u 2個SIS傳感器
蒸滲儀規(guī)格:
u 表面積:1m2
u 不銹鋼柱高:1m 或 2m
u 外徑:1.65m
u 總高度:1.35m 或 2.65m
u 滲濾液通量分辨率:0.01mm
UMS采用不帶有圓形切割工具的開挖方法,此方法可防止蒸滲儀鋼柱附近結(jié)構(gòu)已遭到破壞的土壤坍塌、流動。
優(yōu)點:
高精度的測量系統(tǒng)有利于高精度水分動態(tài)平衡監(jiān)測
通過蒸滲儀底板轉(zhuǎn)移田間水分張力可測量實際的水分通量。
不銹鋼柱及混凝土底座便于田間*使用
不帶有圓形切割*的開挖工具可以避免土壤擾動及鋼柱附近土壤的流動
開挖設(shè)計,通過吊車起重臂轉(zhuǎn)動實現(xiàn)開挖
X、Y、Z定位技術(shù),zui小化蒸滲儀與土壤之間孔隙
二、蒸滲儀的應(yīng)用:
1、海拔1830米的山脈蒸滲站
在奧地利阿爾卑斯山建設(shè)山脈蒸滲站的目的是獲取阿爾卑斯地區(qū)水分和養(yǎng)分狀況的詳細資料,因此更讓人理解飲用水供應(yīng)對這些地區(qū)的重要性。
蒸滲站組成
u 可稱重的蒸滲測量系統(tǒng)
u 土壤溶液取樣器
u 觀察室用來監(jiān)測土壤剖面情況
u 氣象站
2、2-土柱蒸滲儀站
澳大利亞Wagna大學(xué)的Johann Fank教授研究組采用了該系統(tǒng),系統(tǒng)包括:
u 精確的可稱重的蒸滲柱,地上部分可進行傳統(tǒng)機耕作
u 蒸滲儀底部裝有張力計
u 土壤溶液取樣向下直至地下水與土壤水的分界線
u 蒸滲儀邊緣直至土壤表面
u 測量蒸滲儀內(nèi)部及田間周圍未受干擾的土壤
u 獲取不同深度的土壤溶液
3、8-土柱蒸滲站
巴伐利亞國家水管理局Michael Gierig教授采用該蒸滲儀站:
2002年4月,位于慕尼黑南40公里處的這個8-土柱蒸滲系統(tǒng)在Wielenbach站投入使用。8個蒸滲儀規(guī)格為1米直徑,2米深。
這套設(shè)備的目的是在實際條件下測量污染區(qū)域的污染物如何滲透到地下水中的的,此調(diào)查涉及的污染物范圍較為廣泛,包括重金屬(如砷、鉛、鉻、鎘、鉈)和多環(huán)芳烴等。
這項計劃里UMS提供了蒸滲站的設(shè)計方案,土木建設(shè)和儀器設(shè)備。并在河漫灘安裝蒸滲儀來研究水通量及溶質(zhì)的運移。
4、48-土柱蒸滲儀站
GSF研究所(Neuherberg)SaschaReth博士采用了該蒸滲儀站:
u 包括48個蒸滲儀,每個蒸滲儀上部土壤表面積1m2,深度2m
u 精確的稱重系統(tǒng),精度達100g,用來測定固體介質(zhì)的水分平衡和變化
u 16個蒸滲儀裝有放射性標(biāo)記物質(zhì)
u 一些蒸滲儀頂部安裝有氣體罩用來測定揮發(fā)性物質(zhì)
u 淋洗液的收集和分析