CN102495196A - 一种用于水田的田间水分蒸散检测方法及装置 - Google Patents

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王志春
赵长巍
徐璐
祝明炜
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Abstract

本发明提供一种用于水田的田间水分蒸散监测方法及装置，利用连通器原理自动补偿监测筒内水分，从而简便、准确地测出水田蒸散量。该水田蒸散器蒸散系统由两种监测筒、一种马氏瓶、相应的连接管路，雨量计以及一个自动计数器组成，其特征在于监测筒和马氏瓶通过连接管路连接，对监测筒内水分进行连续补偿，在监测筒内液面上有一可调式溢流管连接雨量计，当下雨时自动逸出记录降雨量。本发明有益效果为：具有较高的集成性、稳定性、实时性、安全性、可靠性和自动化程度,使用方便、维护简单。

Description

一种用于水田的田间水分蒸散检测方法及装置
技术领域
本发明提供一种用于水田的田间水分蒸散监测方法及装置，属于农业气象监测仪器技术领域。
背景技术
合理的管理水田用水是高效农业生产的标志，关于水田水分的蒸散与渗漏的监测问题现有的手段都是通过田间采样室内测试或通过已有经验公式计算获得，测试成本高，同时结果的限定条件较多，然而在长期渍水条件下随着水稻的生长发育水田土壤不同时期的理化性质是动态变化的，不同时期水田的小气象条件有所不同，相应的水分动态规律也不同，所以水田专用的原位蒸散监测设备是必要的。
现有的自称重式蒸散仪主要用于旱田，在水田构建使用时需做好防水和排水，水田长期渍水的环境不能保证其重要部件压力传感器在地下的有效使用，而且施工量大，对水田的整体微气象条件造成破坏，不能良好的反应水田的原位实际情况，而且该仪器本身存在结构复杂，成本高的问题；微滴式水田蒸散器也存在结构复杂，田间构建麻烦的问题，而且为保证其机械传动装置的田间使用可靠性，对生产工艺要求较高。
发明内容
本发明提供一种用于水田的田间水分蒸散监测方法，弥补了现有微滴式蒸散器的缺点，解决了现有自称重式蒸散仪在水田不能使用的问题。
本发明进一步提供了用于水田的田间水分蒸散监测装置，能够简便、准确地测出水田蒸散量。
本发明的用于水田的田间水分蒸散监测方法，包括以下步骤：
在田间布设蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒，分别在两种监测筒内填充原状土与耕层土壤；蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒上各自设有马氏瓶提供恒定水头，利用连通器原理，两种监测筒内的液位高度和马氏瓶提供的水头高度是相同的，两端没有压差，在马氏瓶内液位降到进气管下端之前，马氏瓶内的出水体积变化同田间监测筒的体积变化是相等的；通过监测蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒各自马氏瓶内的液位变化间接测定田间布设的监测筒内的液位变化。
本发明通过监测马氏瓶内的液位变化间接测定田间布设的监测筒内的液位变化，以便于田间实际操作，在马氏瓶内安置有高灵敏度的液位传感器，其与一个集成的实时时钟计数器连接，在将液位传感器传输的数据采集完成之后，可以实时反映田间的水分运移变化。
本发明提供一种用于水田的田间水分蒸散监测装置，包括蒸散入渗监测单元和蒸散监测单元及计数器； 
所述的蒸散入渗监测单元由蒸散入渗监测筒和相应的马氏瓶、雨量计及连接管路构成，其中，
蒸散入渗监测筒为无封底筒体，蒸散入渗监测筒埋设在被测水田土壤内，筒内填充原状土；蒸散入渗监测筒内水面处设有一个雨量计，记录降雨量；马氏瓶通过硅胶管连接在监测筒的液面以下的布置，可将马氏瓶提供的水进行蒸发和入渗；马氏瓶侧面装有一个水位侧视刻度管，用于液位计校准；马氏瓶内的进气管下端进气口位置高度与监测筒内的液位相同，调节进气管插入马氏瓶的深度便可以调节蒸散入渗监测筒内的液面高度，马氏瓶内还装有一个液位传感器检测马氏瓶内液面高度，液位传感器的输出信号通过信号线与实时时钟计数器连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据；
所述的蒸散监测单元由蒸散监测筒和相应的马氏瓶、雨量计及连接管路构成，其中，
蒸散监测筒为有封底的筒体，内径与蒸散入渗蒸散监测筒相同，监测筒内填耕层土壤，蒸散监测筒内水面处设有一个雨量计，记录降雨量；马氏瓶通过硅胶管与蒸散监测筒的液面下的位置连接，将马氏瓶提供的水进行蒸发；马氏瓶内也装有一个液位传感器，液位传感器的输出信号通过信号线与实时时钟计数器连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据。
所述的蒸散监测筒和蒸散入渗监测筒的内径直径为800~2000mm，高300~1200mm，蒸散监测筒和蒸散入渗监测筒的内径为马氏瓶内径的10~15倍。
通过读取蒸散监测筒和蒸散入渗监测筒各自马氏瓶液面变化，可算出两个监测筒的蒸散量和入渗量；有封底的蒸散监测筒内避免水分渗漏，将特定时间段无封底的蒸散入渗监测筒的水分损失的数据减去有封底的蒸散监测筒的数据便可以反应田间水分渗漏情况。
本发明在使用时，应在水稻插秧之前把蒸散监测筒内灌水与田间整地一样耙平筒内土壤，插秧之后调节其马氏瓶内进气管的高度，使蒸散监测筒内液位与田间水面一平。蒸散监测筒埋设在田间土壤内，埋设时应保证筒内填充的是原状土，内填1100mm深的原状土。另埋设有底的蒸散入渗监测筒内填200mm深的耕层土壤，由其马氏瓶供水，利用连通器原理，记录马氏瓶内液面的变化便可以了解水田水分变化情况，利用液位计的读数可获得田间日蒸发量，蒸发速率的日变化曲线，田间渗漏与蒸发量比，水田的蒸散速率日变化曲线。
具体计算方法如下：
当监测筒内的水分因蒸发、蒸腾或渗漏损失某体积(                                                
Figure 438931DEST_PATH_IMAGE001
)水时，马氏瓶内相应的也损失相同体积(
Figure 824913DEST_PATH_IMAGE002
)的水（如等式[3]），由于监测筒内径(
Figure 604650DEST_PATH_IMAGE003
)较马氏瓶内径(
Figure 999859DEST_PATH_IMAGE003
)大n倍(如等式[4])，所以，马氏瓶内的液面变化幅度(h 2 )是监测筒内液面变化幅度(h 1 )的n 2 倍(如等式[5])
       
Figure 407707DEST_PATH_IMAGE004
                                                 [1]
                                                               [2]
       
Figure 497202DEST_PATH_IMAGE006
                                                        [3]
        R 1 =n 2 R 2 2                                                          [4]
        n 2 Δh 1 =Δh 2                                                   [5]
据以上分析，进而对于有封底的蒸散监测筒来说，由于其内部土壤饱和，不存在水分渗漏所以，其蒸散速率E即为单位时间内的马氏瓶内液面变化(如等式[6])，对于无封底的蒸散入渗监测筒来说，与之连接的马氏瓶内的液面变化不但是因为水分蒸散
Figure 833823DEST_PATH_IMAGE008
，同时还有水分渗漏
Figure 827187DEST_PATH_IMAGE009
，在相同的地块，相同时间段内，这两个监测筒的水分蒸散情况可以看作是相等的(如等式[8])，所以可以计算出相应时间段内的水分渗漏情况，即土壤的水分入渗速率(如等式[9])。
Figure 685245DEST_PATH_IMAGE010
                                                          [6]
Figure 422257DEST_PATH_IMAGE011
                                                  [7]
Figure 414484DEST_PATH_IMAGE012
                                                            [8]
Figure 844328DEST_PATH_IMAGE013
                                                       [9]
当遇到降雨时，由于空气水汽分压较大，可认定空气水汽已经饱和，植株蒸腾和水分蒸发暂停，只记录降雨量，蒸发量为零，在监测筒内水面处设有一个连接雨量计的硅胶管，记录降雨量。当降雨引起监测筒内液面升高时马氏瓶便不能向监测筒内补水，此时马氏瓶内液面无变化，降雨期间的蒸发量记录为0。
本发明的积极效果在于：利用连通器原理，随着监测筒内的水分变化情况连续补水，实时反映田间水分变化情况，同时，选用与监测筒内径相差很大的马氏瓶供水，提高监测精度。具有结构简单，无机械传动结构，维护方便，使用可靠性高的特点。弥补了现有微滴式蒸散器的缺点，能够简便、准确地测出水田蒸散量。
附图说明
图1为本发明结构原理图。
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
根据图1所示，本发明装置包括蒸散入渗监测单元和蒸散监测单元及计数器构成； 
蒸散入渗监测单元由蒸散入渗监测筒1和马氏瓶2、雨量计6及相应的连接管路3、8构成，其中，
蒸散入渗监测筒1是内径2000mm高1200mm的无封底筒体，蒸散入渗监测筒1埋设在被测水田土壤内，筒内填充1100mm深的原状土；监测筒1内水面处设有一个连接雨量计6的硅胶管8，记录降雨量；马氏瓶2为内径200mm高550mm的铝合金密封筒，筒底另接一个内径50mm长度80mm的铝合金管，通过硅胶管3连接在监测筒1的液面10以下位置，可将马氏瓶2提供的水进行蒸发和入渗；马氏瓶2侧面装有一个水位侧视刻度管7，用于液位计校准；马氏瓶2内的进气管9下端进气口位置高度与监测筒1内的液位10相同，调节进气管9插入马氏瓶2的深度便可以调节监测筒1内的液面10高度，马氏瓶2内还装有一个液位传感器5检测马氏瓶内液面11高度，液位传感器5的输出信号通过信号线与实时时钟计数器4连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据；
蒸散监测单元由蒸散监测筒1.1和马氏瓶2.1、雨量计6.1及相应的连接管路3.1、8.1构成，其中，
蒸散监测筒1.1为蒸散入渗监测筒1有相同内径的高300mm有封底的筒体，蒸散监测筒1.1内填200mm深的耕层土壤，监测筒1内水面处设有一个连接雨量计6的硅胶管8，记录降雨量；马氏瓶2.1通过硅胶管3.1与蒸散监测筒1.1的液面10.1下的位置连接，将马氏瓶2提供的水进行蒸发；马氏瓶2侧面装有一个水位侧视刻度管7，用于液位计校准，在日常维护时也可以了解马氏瓶内的贮水状况以便及时补水；马氏瓶2.1内也装有一个液位传感器5.1，液位传感器5.1的输出信号通过信号线与实时时钟计数器4连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据。
由于两种监测筒内截面积是各自马氏瓶的100倍，所以田间水分每蒸散或渗漏损失1mm马氏瓶2内便有100mm的液面下降。
将马氏瓶2与监测筒1用硅胶管3在田间连接，调节马氏瓶2水头高度使其与田间各个生长季的田面水深度一致。
两个监测筒内的填充原状土壤，两个监测筒在田间的间隔距离应大于3m。马氏瓶应该安置在百叶箱内。

Claims (3)

1.一种用于水田的田间水分蒸散监测方法，包括以下步骤：
在田间布设蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒，分别在两种监测筒内填充原状土与耕层土壤；蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒上各自设有马氏瓶提供恒定水头，利用连通器原理，两种监测筒内的液位高度和马氏瓶提供的水头高度是相同的，两端没有压差，在马氏瓶内液位降到进气管下端之前，马氏瓶内的出水体积变化同田间监测筒的体积变化是相等的；通过监测蒸散入渗监测筒和蒸散监测筒各自马氏瓶内的液位变化间接测定田间布设的监测筒内的液位变化。
2. 一种用于水田的田间水分蒸散监测装置，包括蒸散入渗监测单元和蒸散监测单元及计数器； 
所述的蒸散入渗监测单元由蒸散入渗监测筒和相应的马氏瓶、雨量计及连接管路构成，其中，
蒸散入渗监测筒为无封底筒体，蒸散入渗监测筒埋设在被测水田土壤内，筒内填充原状土；蒸散入渗监测筒内水面处设有一个雨量计，记录降雨量；马氏瓶通过硅胶管连接在监测筒的液面以下的布置，可将马氏瓶提供的水进行蒸发和入渗；马氏瓶侧面装有一个水位侧视刻度管，用于液位计校准；马氏瓶内的进气管下端进气口位置高度与监测筒内的液位相同，调节进气管插入马氏瓶的深度便可以调节蒸散入渗监测筒内的液面高度，马氏瓶内还装有一个液位传感器检测马氏瓶内液面高度，液位传感器的输出信号通过信号线与实时时钟计数器连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据；
所述的蒸散监测单元由蒸散监测筒和相应的马氏瓶、雨量计及连接管路构成，其中，
蒸散监测筒为有封底的筒体，内径与蒸散入渗蒸散监测筒相同，监测筒内填耕层土壤，蒸散监测筒内水面处设有一个雨量计，记录降雨量；马氏瓶通过硅胶管与蒸散监测筒的液面下的位置连接，将马氏瓶提供的水进行蒸发；马氏瓶内也装有一个液位传感器，液位传感器的输出信号通过信号线与实时时钟计数器连接，每隔一定时间记录一次液面变化情况，以24小时为一个周期，计数器可用标准串口线连接微机下载数据。
3. 如权利要求2所述的用于水田的田间水分蒸散监测装置，其特征在于：蒸散监测筒和蒸散入渗监测筒的内径直径为800~2000mm，高300~1200mm，蒸散监测筒和蒸散入渗监测筒的内径为马氏瓶内径的10~15倍。
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