专利名称：一种土壤水分入渗与土壤含水量监测的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土壤水分运移监测，该装置尤其实用于深埋地下，以玻璃窗为截面，观察土壤剖面的水分运移状况，对干旱区开展该领域的研究有特殊的价值与用途。
背景技术：
土壤水分入渗是指地表面的水体经通道进入土中并在整个土壤剖面上运移的全过程。土壤入渗性能对水资源转化利用、农业水管理等方面有着十分重要的作用。土壤水分入渗是土壤水分研究的重要内容，其决定降水或灌溉水进入土壤的数量，支配着土壤水动态，影响到植物水分的收支以及深层贮水。野外土壤入渗测定常见方法有人工模拟降雨器法，双环法，马利奥特-双环法；即人工模拟降雨器法主要模拟天然降雨情况，且体积大， 造价高，不适宜野外操作；还有使用环刀法和双环法等测定土壤入渗特性时，很大程度上依赖于操作者的主观思维，使得出的结果具有较大的不确定性；一些专业的入渗仪往往仅能描述土壤入渗到达稳渗时的水分运动状态，而不能反映整个从初渗到稳渗的水文运动过程的动态变化过程，这使得要正确获得并描述土壤入渗特性的真实过程成为一项十分困难的工作。土壤水分也称含水率，是土壤的基本物理性质指标之一，它反映了土壤的干、湿状态。在农业领域，土壤水分反映土壤的墒情的重要指标。对各层土壤水分含量的测定是研究土壤水分存在、分布和动态变化规律的基本手段，并可直接用于指导生产实践。传统的取土称重法所用的试验装置如土钻等完全依靠人工管理，试验数据的获取与处理等也由手工完成，费时费力，效率低。中子水分仪虽然具有测量方便、快捷，不受滞后作用的影响、测定水分范围宽、测定深度不限等优点，但也存在明显的不足，如测定表层土壤水分含量的精度较低，同时，还具有一定的辐射�：π�。时域反射仪(Time Domain Reflectometry, TDR)是当今世界上最先进的土壤水分快速测量技术之一。与其他方法相比，TDR具有以下优点1)精度高，体积含水量测量误差一般在洲以内；幻测量结果受土壤类型影响较�。话悴恍枰蕴囟ǖ耐寥澜械ザ辣甓ǎ�3)无辐射，对土壤破坏性小；4)探针的几何结构对测量结果的影响较�。�5)与数据记录仪配合可进行长期自动监测；此外，更为重要的一点是时域反射仪能在很短的时间内测量出土壤累积入渗量及湿润峰位置。ECH2O土壤含水量监测系统即是基于时域反射技术，通过测量传感器上电容的变化来确定介质的介电常数或电容率。由于水的介电常数非常高， 因此当土壤中的水分含量变化时，土壤的介电常数也随之发生相当大的变化；该传感器可以对多个样地、不同深度土壤的水分含量进行长期连续监测，对土壤盐度和温度效应敏感度相对较低，且耗电极少，同时，高分辨率使之能够精确测量每日甚至每小时的水分状况。本实用新型将土壤入渗观测装置、土壤水分监测及数据采集装置组合设计，提供一种土壤水分入渗速率和土壤水分含量同步测量的装置，可实现土壤双参数2D剖面分布测量，为土壤水分运移研究提供有效测量手段。发明内容本实用新型的目在于本实用新型提供的土壤水分入渗速率和土壤水分含量同步测量的装置，可实现土壤双参数2D剖面分布测量。本实用新型的目的是这样实现的一种土壤水分入渗与土壤含水量监测的装置， 将安装有标识刻度的相邻A、B观测面和布设有ECH2O传感器1、EM50数据采集器3、探头 8、堵头10及连线的钢构支架5置于土坑中；在A观测面的对应A剖面的土体中均布传感器 1，其传感器1的连接线2经钢构支架5底部与A观测面上安装的数据采集器3连接，其数据采集器3固接在钢构框架5上；在B观测面的玻璃7面上布设有孔洞9，其孔洞9上安装着探头8通过电缆11与读数表12连接；其中在钢构支架5的顶上安装着顶盖4，在钢构支架5的A、B观测面的相对应的C、D面上安装着苯板6 ；该装置的钢构框架5的外框均布横、竖的加固条13。本实用新型采用这样的结构，使用时将通过玻璃窗直观地观测灌溉或降雨后农田土壤剖面水分入渗的真实过程；埋置嵌入式时域反射仪长期埋入土壤中使用，不受腐蚀， 稳定性高、测量精度高、响应速度快，可获得土壤剖面土壤含水量变化的动态数据，便携式土壤水分测定仪作为土壤水分监测的重要补充手段，可实现对土壤剖面水分含量的适时监测，不仅使用方便，而且也减轻了使用中子仪等笨重仪器安装转移的工作强度；彰显技术进
步ο
下面结合本实用新型附图作进一步的说明。附图1为本实用新型的观测玻璃窗土坑剖面图(展示A、B观测面)；附图2为本实用新型立体钢构框架的示意图；附图3为本实用新型装置的工作原理示意图(为A面)；附图4为本实用新型装置的工作原理示意图(为B面)；附图中A、B为观测面；C、D为非观测面；1- ECH2O传感器；2_通讯连接线；3-EM50 数据采集器；4-顶盖；5-钢构支架；6-苯板；7-有刻度的玻璃；8-监测仪探头；9-孔洞； 10"橡胶堵头；11-电缆；12-读数表；13-加固条。
具体实施方式
试验操作要点1)观测坑剖面见图1 ；规格为长2 mX宽1 mX深3 m，拟安装仪器的两个观测面
A和B需保持平整，以保证玻璃窗的玻璃与土壤剖面紧密接触。2)钢构支架5的玻璃立面分格有钢构加固条13支撑，起稳固作用；顶盖4通过合页与钢结构支架5上的合页铰接；苯板用于垫置于钢结构支架与带有刻度的玻璃7之间，作为玻璃与支架紧密接触的介质，防止受力不均支架挤压玻璃；玻璃7上的刻度用于观测水分在土壤中的入渗深度；观测面B的玻璃上设有孔洞9作为即插式土壤水分测定仪探头8 的工作通道，孔洞9的直径等于或略大于即插式土壤水分测定仪探头8的直径；每个孔洞均配有橡胶堵头10，探头8拔出后，将橡胶堵头10塞入孔洞9中以保障玻璃立面的密实；C、 D面安装苯板6起隔断作用，防止泥土和水进入观测坑。3)在玻璃窗安装到测坑之前，将ECH2O传感器水平嵌入测坑观测面A的A剖面土体中，根据观测需要，土层间隔设定为20cm，从表土往下20cm位置开始直至300cm深度，共安装15个传感器；传感器1埋入相应位置后，在土壤剖面上凿挖垂直线槽，将传感器的连接线2压入土壤剖面A中，所有连接线2铺设完毕后再安装玻璃，连接线2预留相应的长度， 通过观测面A的玻璃窗底部进入测坑内与数据采集器3连接，数据采集器3固接在钢结构支架5上，数据采集器安装上电池后即可实现土壤水分的自动监测。4)便携即插式土壤水分监测仪的探头8为ABS工程塑料手柄镶嵌的不锈钢探针， 测量时，探头8通过玻璃窗中孔9插入观测面B对应的B剖面土体中，探头8通过通讯电缆 11与读数表12连接，即可实现对土壤水分的测定；孔洞9在土壤水分测定完成后，用橡胶堵头10封塞。实施例该试验装置的试验样方在作物播种前设置于农田中，所选农田为干旱区棉田。在人工挖掘土坑的过程中，为保证观测面的平整及防止塌方，要求该观测面上方禁止站人或堆土，所挖掘的泥土须及时清运出土坑外；为便于钢构框架5和玻璃7的安装施工，将土坑不作观测的两个剖面C和D适当挖宽(宽>lmc、长>2m)，待钢构框架5、玻璃7和ECH2O传感器安装完成后，将挖掘出来的土回填至C面和D面外并压实。埋置嵌入式时域反射仪和便携式土壤水分测定仪在实用时，首先需要进行校正与标定，校正方法为利用土钻法取土测定土壤水分，分别与埋置嵌入式时域反射仪和便携式土壤水分测定仪测定的土壤水分建立标定方程。埋置嵌入式时域反射仪数据采集器3安装上电池后即可实现土壤水分的自动监测，可根据要求设定数据采集时间间隔(如5分钟读数1次)；便携式土壤水分测定仪测量土壤水分含量时，由观测人员借助钢构框架的支撑攀爬进入观测坑内，先将孔洞9中的橡胶堵头10拔出，再将手持探头8通过孔洞9插入观测面B对应的B剖面土体中，探头8的另一端通过通讯电缆11与读数表12连接，读数表12 可直接读取并存储土壤水分数据。灌溉或降雨后，观测人员借助钢构框架的支撑攀爬进入观测坑内，透过玻璃窗的观测面A和B即可观察到地表水入渗到土壤剖面的全过程，观测面A和B的玻璃7上的刻度用以记录土壤水分入渗深度，同时利用钟表记录入渗时间，从而可以计算相应的入渗速率。装置的钢构支架5由加厚的三角钢材质构成。
权利要求1.一种土壤水分入渗与土壤含水量监测的装置，其特征在于将安装有标识刻度的相邻A、B观测面和布设有ECH2O传感器(1)、EM50数据采集器(3)、探头(8)、堵头(10)及连线的钢构支架(5)置于土坑中；在A观测面的对应A剖面的土体中均布传感器(1)，其传感器(1)的连接线(2 )经钢构支架(5 )底部与A观测面上安装的数据采集器(3 )连接，其数据采集器(3)固接在钢构框架(5)上；在B观测面的玻璃(7)面上布设有孔洞(9)，其孔洞(9) 上安装着探头(8)通过电缆(11)与读数表(12)连接；其中在钢构支架(5)的顶上安装着顶盖(4)，在钢构支架(5)的A、B观测面的相对应的C、D面上安装着苯板(6)。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于装置顶盖(4)上安装的合页与固定在钢构框架(5)上的合页铰接。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于装置的钢构框架(5)的外框均布横、 竖的加固条(13)。
4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于传感器(1)和连接线(2)埋入土壤剖面中。
5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于装置的钢构支架(5)由加厚的三角钢材质构成。
专利摘要本实用新型提供的一种土壤水分入渗与土壤含水量监测的装置，将安装有标识刻度的相邻A、B观测面和布设有ECH2O传感器、EM50数据采集器、探头、堵头及连线的钢构支架置于土坑中；在A观测面的对应A剖面的土体中均布传感器，其传感器的连接线经钢构支架底部与A观测面上安装的数据采集器连接，其数据采集器固接在钢构框架上；在B观测面的玻璃面上布设有孔洞，其孔洞上安装着探头通过电缆与读数表连接;其中在钢构支架的顶上安装着顶盖，在钢构支架的A、B观测面的相对应的C、D面上安装着苯板；其中装置顶盖上安装的合页与固定在钢构框架上的合页铰接；装置的钢构框架的外框均布横、竖的加固条；装置的钢构支架由加厚的三角钢材质构成。
文档编号G01N15/08GK202330229SQ20112036866
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者刘波, 张利刚, 托合提热介甫·图尔荪, 曾凡江, 李海峰, 桂东伟 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所
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