[發明專利]一種壤中凝結水形成過程的模擬測定方法

無效

• 申請號: 201210138589.2
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN103389322A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 阿拉木薩;宗芹;牛存洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: G01N25/56
• 分類號: G01N25/56
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及土壤壤中凝結水測定的模擬方法，提供一種精確觀測壤中凝結水發生過程的測定方法。

背景技術

壤中凝結水是深層土壤水分以水汽狀態上升并凝結于淺層土壤中的土壤水分運移過程，該過程對土壤淺層水分產生一定的補給作用，其主要過程是：在土壤垂直剖面中存在溫度梯度時，深層土壤中的水分會以水汽形態在淺層溫度較低（到達露點溫度）的土壤中產生水汽凝結作用，增加了淺層土壤水分含量。在降雨稀少的地區，壤中凝結水對干旱地區的生態及植物的生長起到至關重要的作用。目前有關壤中凝結水的測定方法較少，常用的方法是在淺層土壤中埋設填滿土的容器，通過對一定時段內容器重量的變化測定，獲得土壤水分含量的變化，并認為增加的水分數量即為單位體積內土壤凝結水數量，該方法應用中受到多方面因素的影響，首先是容器的重量測定受到觀測過程中土壤丟失或沾染的影響；其次該方法很難形成一定溫度和濕度梯度下的研究成果，因自然條件中很難形成多種土壤溫度和濕度梯度組合；因此，其準確性一直存在爭議，并且該方法無法模擬不同土壤溫度、不同土壤含水量梯度條件下的土壤凝結水形成數量和發生特點。模擬不同溫度和濕度條件下的壤中凝結水的形成特點和精確測定其數量是目前該領域研究亟待解決的關鍵問題，本方法的提出將對該問題提供有效的解決方案。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種精確的模擬和測定土壤壤中凝結水的實驗觀測方法，并解決了壤中凝結水的發生過程模擬和數量測定問題。為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種壤中凝結水形成過程的模擬測定方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1）在箱體內添裝土壤，下層埋設伴熱電纜，在上下層的不同深度位置布置傳感器并在上層箱體表面安裝半導體制冷片，連接硬件系統；通過向箱體內注水調節土壤水分，封閉箱口；

步驟2）采集上下層土壤不同部位的溫度和含水量；

步驟3）通過伴熱電纜加熱提高下層土壤溫度，通過半導體制冷片降低上層土壤溫度，形成溫度差；

步驟4）重新采集上下層土壤不同部位的溫度和含水量；

步驟5）根據加熱/制冷前后的上層不同部位的土壤含水量差值獲得該條件下的對應土壤部位的壤中凝結水數量；

步驟6）再次調節箱體內土壤的水分和溫差；

步驟7）重復步驟2）-步驟5），獲得不同土壤水分條件下、不同上下層土壤溫度差條件下的壤中凝結水數量。

所述伴熱電纜以彈簧螺旋型埋設于箱體下層土壤中。

所述傳感器為多個溫度探頭和多個TDR探頭。

所述半導體制冷片為多個，通過硅膠粘貼于箱體上部外表面，呈均勻分布，半導體制冷片之間留有空隙。

所述硬件系統的連接關系為：溫度探頭與加熱溫控器相連接，用于監測加熱土壤溫度；溫度探頭與制冷溫控器相連接，用于監測制冷土壤溫度；溫度探頭與數據采集器相連接，用于采集土壤溫度數據；TDR水分測定探頭與數據采集器相連接，用于采集土壤含水量數據；多個半導體制冷片并聯與制冷溫控器相連接，用于降低土壤溫度；伴熱電纜與加熱溫控器相連接，用于提高土壤溫度。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.采用本發明的方法，可精確測定壤中凝結水在不同溫度和土壤含水量條件下的凝結數量；

2.本方法操作方便，測定精確，是土壤壤中水凝結過程的模擬和測定的有效方法；

3.可為研究壤中凝結水的發生數量和過程及機理提供有效的方法。

附圖說明

圖1是本發明的方法流程圖；

圖2是本發明的土壤凝結水室內模擬觀測箱試驗裝置示意圖；

其中，1為數據采集器；2為制冷溫控器；3為加熱溫控器；4為石蠟；5為箱體；6為上層溫度探頭；7為上層TDR水分測定探頭；8為半導體制冷片；9為上層土壤；10為跖石層；11為下層土壤；12為下層溫度探頭；13為下層TDR水分測定探頭；14為伴熱電纜；15為滲水孔；16為電源。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。如圖1所示，本方法主要采用半導體制冷片和伴熱電纜形成土壤的上下層溫度差，采用時域反射儀（TDR）探頭和溫度測定探頭測定土壤壤中凝結水數量和土壤溫度。