土壤水的監(jiān)測技術(shù)方法與運移規(guī)律研究.pdf

1、土壤水作為水文生態(tài)系統(tǒng)中的重要因子，是保持良好水文生態(tài)系統(tǒng)的重要條件之一，對土壤水分進行動態(tài)監(jiān)測十分必要。當代先進的土壤水分傳感器技術(shù)為土壤水的監(jiān)測提供了便利的方法，但研發(fā)者與使用者的在技術(shù)和應(yīng)用上的脫節(jié)致使當代監(jiān)測技術(shù)不能很好的得到應(yīng)用，土壤水分的監(jiān)測仍以人工監(jiān)測為主，耗時費力。同時，當代土壤水分監(jiān)測技術(shù)為科研人員從事土壤水分研究提供了更有力的手段，基于自動化技術(shù)，進一步揭示土壤水分的運動規(guī)律對水資源的合理利用具有重要的意義。

2、　　本文分析了土壤水分監(jiān)測技術(shù)原理、特點、安裝方法及在應(yīng)用中存在的問題，研究了土壤水分監(jiān)測技術(shù)在涇惠渠灌區(qū)土壤的適用性，建立并評價了基于無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的土壤水分自動監(jiān)測系統(tǒng)，剖析了裸地土壤水分的動態(tài)變化特征，完成了土壤水、汽、熱耦合模型的構(gòu)建和計算，總結(jié)了土壤水分的運移模式，主要取得以下研究成果：
　　(1)探討了TDR、TDT、FD、SWR法測量土壤水分的原理，總結(jié)了不同土壤水分傳感器的特點，具體為TDR、TDT傳感器精度較高，成

3、本較高，F(xiàn)D、SWR傳感器精度較低，成本低，通過現(xiàn)場標定，與TDR傳感器精度相當。
　　(2)分析了傳感器的結(jié)構(gòu)及測量土體的空間尺度，總結(jié)了傳感器的三種安裝方法，即垂直剖面法、階梯法、單點法，并對其應(yīng)用中存在的問題及解決方法進行了探究。
　　(3)研究了TDR、FD、SWR土壤水分傳感器在涇惠渠灌區(qū)土壤的適用性，結(jié)果表明，三種土壤水分傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度較好，準確性較高，能夠適用灌區(qū)土壤的測量，并采用一元方差分析法對其測量

4、土壤水分的顯著性進行了分析，分析結(jié)果顯示，三種原理傳感器對涇惠渠灌區(qū)土壤水分的測量無顯著差異。
　　(4)設(shè)計了基于無線網(wǎng)絡(luò)的土壤水分自動監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，完成了無作物種植區(qū)八層土壤水分自動監(jiān)測系統(tǒng)硬件的安裝，構(gòu)思了監(jiān)測軟件的架構(gòu)，完成了數(shù)據(jù)庫的建立和監(jiān)測軟件的開發(fā)工作，并對所建立的監(jiān)測系統(tǒng)性能進行了評價。
　　(5)分析了地面以下0~500cm土壤水分的日變化及年內(nèi)變化特征。日分析結(jié)果顯示：無人為干擾的情況下，唯有在降雨

5、條件下，土壤水分才會發(fā)生較大的日變化，并隨著土層深度的增加，日變化幅度減小且存在一定的滯后性。年內(nèi)分析結(jié)果顯示，土壤垂直剖面可分為活躍層(0~20cm)、次活躍層(20~50cm)、過渡層(50~200cm)、相對穩(wěn)定層(200~500cm)。其中，活躍層、次活躍層土壤水分在12月~3月中旬處于相對穩(wěn)定期、3月下旬~5月中旬處于緩慢下降期、5月下旬~9月中旬處于增失交替期、9月下旬~11月末處于持續(xù)下降期。過渡層土壤水分在12月~3月末

6、先減小后增大，4月初~8月中旬有一定的波動，8月下旬~11月末緩慢下降。相對穩(wěn)定層土壤水分年內(nèi)表現(xiàn)出振幅較小的正弦曲線趨勢的變化特征。
　　(6)建立了土壤水、汽、熱耦合模型，采用試驗與理論計算相結(jié)合的方法，確定了土壤水熱參數(shù)，利用hydrus-1D軟件對模型進行求解，計算結(jié)果與實測值基本吻合，所建立的模型能夠反映野外試驗的實際情況。
　　(7)計算了水勢和溫度梯度下的土壤水分通量，分析了降雨前后土壤水分通量的變化特征，研究