地中蒸滲儀

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為蒸騰蒸發量。其中降水量（P）和灌溉量（I）可以由雨量計和水表直接測得，滲漏水量和地表徑流量也可用專用設備測量得到。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，或測量蒸騰蒸發作用導致水分的損失，這些較難測量，所以研發了高精度的稱重式蒸滲儀系統來測量△S。

多參數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，準確測定土壤蒸散發量和土壤水勢、土壤含水量、溫度、電導率等剖面變化的設備。為水文循環中的土壤水下滲、地表徑流、地下徑流等過程和研究農田蒸騰蒸發和地下水～土壤水轉化關系，提供更系統、更準確數據的測量工具。

1、多參數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構底座上，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。直接稱重系統消除了杠桿式稱重測量的轉換誤差及懸臂式測量系統受風和形變帶來的誤差，稱重分辨率可達100克。

2、多參數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給條件下的農田實際蒸散發量和潛水蒸發量，進而分析和研究地下水對農田蒸散發的作用和貢獻。

(2)研究不同土壤類型、不同地下水埋深對農田蒸發和土壤入滲的影響

(3)研究作物耗水量、棵間蒸發量和合理的農田灌溉制度

(4)建立SPAC系統分析模型，優選和確定各類參數

(5)研究與水分運動有關的土壤養分、化學元素和污染物質在土壤中運移和轉化的規律。總之，該套設備是開展四水轉換研究的重要手段，同時還可用于研究農田其他物質流和能量傳輸規律和機理，根據設計和制作要求，與國內外已有地中蒸滲儀比較，具有規模大、測量精度高和功能多樣化的特點。

3、多參數直接稱重式蒸滲儀有如下的特點

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

⑵儀器具有定時貯存、顯示、打印功能，可人工和計算機觀測和控制。即當到設置的時間儀器自動貯存、顯示當前的重量，兩次數值的差值為蒸滲量。

(3)地下室是保護四周土壤不接觸到盛土容器的作用，蒸滲儀內筒的土壤條件和植物生長與大田基本一致，其測量結果能代表大田的實際情況。

(4)本儀器對指導農作物、牧草和林業的合理用水，對于研究土壤一植物一大氣系統中水分的運動規律，制定合理科學的灌溉制度、節約用水、促進農作物生長都將產生積極的作用。

4、多參數直接稱重式蒸滲儀的結構及組成

多參數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)、滲漏水計量裝置、地表徑流計量裝置和其它設備（土壤水分測量儀、張力計、土壤溶液取樣、地溫、電導率測量等）及數據采集系統組成，主要用于定點測定根系較深的作物蒸散量和滲漏量。

⑴蒸滲儀防護地下室

蒸滲儀防護地下室是保護四周土壤不接觸到盛土容器(內筒)，減少了對大田土壤的擾動，雖造價較高，但對土壤測筒的安裝、維護提供極大方便，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，根據地下水位埋深及土壤結構的具體情況，本文選用鋼鋼筋混凝土結構，而且加裝保溫防凍措施，使蒸滲儀在外界-40℃的低溫環境下能正常工作。

地下室形狀為長方形形，室內面積為4.5×2.8米。側壁為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厘米處安裝向下擴展的不銹鋼防風防雨圈。

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個量程為2200kg的C6級壓力傳感器把士壤測筒重量(kg)轉化為電信號，由數據采集系統存儲并轉化為蒸滲量(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核心，設計采用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，選用多個壓力傳感器的目的是為了提高測量精度。

稱重底盤座落在直徑140厘米的鋼筋混凝土基座上與測簡直接接觸，物體重心與稱重系統的重心保持在一條垂線上，使傳感器受力均勻。該系統稱量范圍最大為6.6t， 稱量鑒別力達到200g， 按照灌溉試驗中準確反應0.1mm蒸散量變化要求， 完全能夠滿足該領域的實驗要求。蒸滲儀稱重底盤的示意圖見圖3

稱重傳感器的性能、技術參數

最大稱量：2.2T

準確度等級  C6

安全極限載荷 150%R.C

激勵電壓 5-15V DC

絕緣電阻 ≥5000 MΩ

靈敏度 1.9407 mv/V;

零點輸出 ＜1% R.C

輸入阻抗 384±10Ω

輸出阻抗 350±2Ω

最小檢定分度值 200g

⑷蒸滲儀盛土容器(土筒)

本設計根據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，內徑為1.13m，土體表面積是 1平方米，土壤測筒高為2.0m，側壁為4mm厚不銹鋼板、底為6mm厚的不銹鋼板，內外雙面焊接而成。設計使用的蒸滲儀 (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，土壤中的水分可進出連通管同時也隔離了固體物質。

另外在土筒距底部5厘米處安裝一根直徑1吋的不銹鋼花管外包錦綸網焊接在測筒壁上，為防止雨雪流入地下室，防雨防風罩的設計，采用內外45度角設計，其角的頂部和鋼桶的直徑相同，這樣保證了降雨面積的一致性，外罩和鋼桶采用無接觸的方式，避免因摩擦產生的測量誤差。表面涂有土色涂層，避免了因外罩反光而造成的桶內植物與大田植物生張速度差異大的問題。土壤測筒上部距地表以上5厘米處安裝8--10厘米寬不銹鋼防風圈，安裝時注意和地下室開口處的防風圈配合。

土壤測筒在外壁開有18個測量儀器安裝孔，按設計要求儀器傳感器安裝孔分布在地面以下10cm、20cm、30cm、50cm、100cm、150cm處，便于土壤水分、溫度、電導率三參數傳感器、水勢傳感器、土壤溶液取樣器等測試儀器的安裝。

土體加上鋼制土壤測筒、底盤自重、各種傳感器的重量等,整個稱重系統達 5～6T。

⑸定水位控制器——馬氏瓶自動補水裝置

作為稱重式蒸滲儀的輔助設備，在此蒸滲儀上安裝了一套馬氏瓶自動補水裝置并配套自動數據采集系統。它的作用是對土壤測筒的地下水位預先設定，并在設備運行過程中自動補水，使土筒水位始終維持在設定水位線上，其工作原理如下：

①、蒸滲儀自動數據采集系統可實現自動補水。當測筒土壤有蒸發蒸騰時，測筒水位面降低到設定的低水位線時，聯通土壤測筒的供水管路關斷，同時打開補水管路，向馬氏瓶補水，等補水至高水位時，關斷供水管路，延時測記馬氏瓶的水位值，然后打開聯通測筒管路，恢復正常工作。馬氏瓶內的磁致伸縮傳感器記錄高、低水位值，計算補水量即土壤蒸發蒸騰量。

②、在降水情況下，雨水由土壤入滲，除一部分保留在土壤孔隙中成為土壤含水量外，一部分繼續下滲，達到反濾層形成地下徑流，抬升測筒水位高出設定水位時，高出的水由溢流器流入計量瓶，由電子秤重設備或其他高精度計量設備記錄在儲存器內。經處理顯示并記錄在數據采集器內。并可將數據下載到 PC 機中,供使用者分析和研究。