三筒補償式蒸滲儀測量裝置的製作方法

2023-05-02 00:33:51

專利名稱：三筒補償式蒸滲儀測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於植物生理、生態監測及溼地氣象水文量測裝置領域。涉及到對溼地環境下水生植物的蒸散發、自由水面的蒸發、溼地環境中的下滲進行自動觀測。特別涉及到植物蒸散發、水面蒸發、溼地下滲的對比觀測裝置。
背景技術：
目前，國內外對於植物蒸散發、水面蒸發、下滲的直接測量裝置主要分為四類第一類，蒸滲儀，利用質量平衡方法確定各種植物的蒸散發量及下滲量，例如，劉士平等的《新型蒸滲儀及其在農田水文過程研究中的應用》中使用過蒸滲儀。蒸滲儀方法，一般需要大量的人力物力投入和長期維護過程，而且測量時要對植物進行採樣、二次培養，只能近似模擬原生植物的生長狀態。
第二類，測滲計，通過對陸生植物下層土壤含水量的確定推求它們的蒸散發量。只能對下層土壤狀態為不飽和的植物進行測量，對於下墊面處於飽和狀態的水生植物蒸散發的測量沒有意義。同時存在埋設測滲計對原狀植物的擾動問題。
第三類，氣孔表，例如SALVADOR SANCHEZ-CARRILLO在《A simple methodfor estimating water loss by transpiration in wetlands》(一種估算溼地中蒸騰水損失的簡易方法)中使用過美國的LICOR型LI-1600氣孔表。通過物理探測方法直接對植物單片葉面的蒸騰速率進行測量，以國外進口產品為主，昂貴的價格使這種方法難以普及。雖然可以精確確定單片植物的蒸騰速度，但是推廣至整株植物及確定單位面積植物蒸散發量的誤差較大。
第四類，植物莖流系統，利用熱平衡原理測量單位時間通過植物莖幹的水量，為了對影響水平衡的水面蒸發量、下滲量作出測量，還需配備多種的專門傳感器。主要為國外進口產品，價格昂貴，難以普及。
迄今為止，國內外主要利用波文比方法、紊流擴散方法建立專門蒸散發監測站，通過對各種氣象參數的觀測利用各種公式間接推求蒸散發量，投入巨大，缺乏不擾動植物生長狀態而直接進行測量的簡易經濟的方法。中國溼地研究剛剛開始起步，缺乏溼地環境下植物蒸散發觀測的系統資料。考慮到溼地特殊的潮溼環境，為了減少投入，發明高精度的、定時自動採集蒸滲儀成為溼地水循環研究及溼地工程應用的關鍵技術。

發明內容
本發明的目的是提供一種在溼地環境中，不破壞水生植物生長狀態的前提下連續自動的採集溼地水生植物的蒸散發量、自由水面的蒸發量和下墊面下滲量等數據的裝置；此裝置可解決溼地環境中水面蒸發和植物蒸散發量及下墊面下滲量的確定問題。
本發明的技術方案， 三個規格相同的不鏽鋼筒壁厚1.5-2mm，高120cm，筒口面積3000cm2，直徑61.8cm，等同於標準E-601蒸發皿的面積和直徑，在筒壁外側距上端筒口35cm處對稱焊接1/5圓筒周長的兩個把手，三筒內壁用三角支架固定傳感器，三角支架的三個支點分別安裝帶有標尺的高度調節裝置，調節範圍為0-20cm。在三個筒壁上距筒口35cm處各開一個小孔，孔內焊接外徑10mm，內徑8mm，長2cm的不鏽鋼管，管外埠與筒的外壁平齊，在筒的外壁管口處設網罩，在該管的筒內部分套上長40cm膠皮軟管，軟管上端固定在三角支架上。在不破壞測點土壤和植被結構的條件下把它們置入水生植物的生長環境中，按照筒心間隔90cm呈直線設置。放置時利用扶手均勻加力，邊轉動邊下壓，平穩地將筒壓入淤泥層中，壓入深度80-90cm，保持筒內水面距筒口30-40cm。三筒的狀態分別為(1)內含原生植物筒口開放，(2)內含自由水面筒口開放，(3)內含自由水面，筒口帶密封圈，加蓋密封。在上部密封筒的筒口以下10cm處設通氣孔，外側加防風罩，通氣孔直徑為5-10mm。利用安裝在每個圓筒中的高精度超聲波傳感器測量水位變化，分別得出水面蒸發量、植物散發量和下墊面下滲量的數據。
內含原生植物筒口開放筒的筒內水量平衡表達式Δ1＝R+I-E-S，其中R-降雨量，I-灌溉量，E-植物蒸騰及水面蒸發量，S-下滲量。
內含自由水面筒口開放筒的筒內水量平衡表達式Δ2＝R+I-E1-S，其中R-降雨量，I-灌溉量，E1-水面蒸發量，S-下滲量。
內含自由水面，筒口加蓋密封筒的筒內水量平衡表達式Δ3＝S，其中S-下滲量。
Δi-各筒中超聲波傳感器的實測值。
同一地點的降雨量、灌溉量、下滲量視為相同，對狀態為內含自由水面筒口開放的筒內植物作處理，去除水面以上10cm的植物，保留杆莖，使筒內的淨水面面積與狀態為內含原生植物筒口開放的筒內淨水面面積相同，在每個測量階段的起始時間利用筒壁上的連通水管調節各筒的內部水位與自然水體一致。通過三筒彼此之間的補償關係分別得出植物蒸騰量，水面蒸發量及水的下滲量。
利用傳感器測量水位變化；利用筒壁上的豎向調整螺栓和位移標尺可對傳感器探頭平面調平及整體下移；利用筒壁上的連通導管保持三筒內水位與自然水體一致；利用通氣孔使密封筒筒內外氣壓相同但筒內水汽不外洩；利用單片機記錄及儲存能力，實現定點通電採集；利用密封蓄電池解決現場電源供應問題，根據現場潮溼高溫的特殊性，將控制器、採集器、存儲器封閉在儀器箱中。
本發明的效果和益處是，直接對原生狀態的水生植物進行測量，不擾動植物的生長狀態；水位測量傳感器精度高，能夠滿足蒸散發測量的要求；現場採用密封鉛酸蓄電池供電，操作維護簡單。採集器被密封在儀器箱中，適合潮溼的野外環境；本發明解決了下墊面飽和的水生植物蒸散發的測定問題，同時可對影響水平衡的水面蒸發及下滲進行精確測定。整套系統操作維護簡單、佔地面積小且對比其他功能相同的儀器性價比較高。可廣泛用於蘆葦、莎草等水生植物及水稻等農作物領域。


附圖1是三筒補償式蒸滲儀剖面圖。
圖中1傳感器探頭；2傳感器探頭固定座；3固定探頭座的角鋼；4豎向調位螺栓；5豎向調節標尺；6鋼筒扶手；7溼地自由水面；8水下淤泥層；9水生植物；10筒壁預留孔；11連通水管。
附圖2是三筒補償式蒸滲儀剖面圖。
圖中12處理後的水生植物杆莖。
附圖3是三筒補償式蒸滲儀剖面圖。
圖中13密封筒蓋；14筒蓋提手；15通氣孔；16筒蓋密封圈。
附圖4是三筒補償式蒸滲儀俯視圖。
具體實施例方式
以下結合附圖，詳細說明本發明的具體實施方式
和最佳實施例。
實施例利用三筒補償式蒸滲儀測量扎龍溼地蘆葦蒸散發量過程的方法和具體實施步驟如下步驟1把三不鏽鋼圓筒(規格均為壁厚1.5-2mm，高120cm，筒口面積3000cm2，直徑61.8cm，等同於標準的E-601蒸發皿面積和直徑)按圓心間隔90釐米、圓心位於一直線上的布局安裝在蘆葦生長區域。安裝時將圓筒套在蘆葦9之上，不幹擾其生長環境均勻加力旋轉鋼筒扶手6壓入下層淤泥中，壓入深度80-90cm，此時筒內自由水面7距離筒口30-40cm。
步驟2將圖1、2所示的筒中的蘆葦9在自由水面7以上10cm切割，保留處理後的水生植物杆莖12，維持水面與蘆葦的面積比，分別在三個筒中放入傳感器探頭固定座2和固定探頭座的角鋼3並旋緊固定螺栓，通過筒壁預留孔10穿入傳感器探頭1並旋緊探頭上的螺栓使之固定到傳感器探頭固定座2上。參照豎向調節標尺標尺5調整三個豎向調位螺栓4使傳感器探頭固定座2的平面保持水平，超聲波傳感器探頭1垂直自由水面7，傳感器探頭1的表面至自由水面7距離保持在10釐米左右，旋緊固定螺栓使支架平穩固定。三個探頭安裝完畢後在圖3所示的筒上加密封筒蓋13，通過筒蓋密封圈16密封該筒，再利用通氣孔15保持筒內外的壓力一致。通氣孔設在筒口以下10cm處，外側加防風罩，通氣孔直徑為5-10mm。分別鬆開卡在三個筒中固定探頭座的角鋼3上的連通水管11的膠皮軟管，使三筒內水位與自然水體一致。
步驟3把三個傳感器探頭的連接線接到控制器接口上，將系統調至實時採集狀態。檢查接線，包括與計算機通訊線的連接，檢查之後打開電源開關(此時採樣開關斷開)，對儀器供電。檢查計算機與採集板之間的通訊狀態，確認採集器模塊工作正常。
步驟4由計算機對採集板復位，清除以前的採集記錄，並在1-24小時之間設置採樣間隔時間。切斷電源。斷開與計算機的連接，將採樣開關插頭插上，再給主控板供電。此時進入自動採集狀態。
步驟5關閉密封盒，開始自動採集數據。
步驟6自動採集數據一段時間後，將計算機連接到採集器上，提取監測數據。如採樣間隔為1小時，最多可提取35天數據。
權利要求
1.一種三筒補償式測量淺水區植物蒸散發及下滲量的裝置，利用三個高度相同、下端開口、邊緣鋒利的不鏽鋼筒，測量各自內部水位的變化量，得出該處的水面蒸發量、植物散發量和下滲量；三個筒的狀態分別為上部開口筒內為原生植物、上部開口筒內為自然水面、上部封閉筒內為自然水面；三個筒內部安裝同類型高精度超聲波傳感器精確測量水位變化；三筒補償式蒸滲儀的特徵是1)三個測量筒採用不鏽鋼製造，下部筒壁打磨鋒利，壁厚1.5-2.0mm，高120cm，筒口面積3000cm2，直徑61.8cm；在筒壁外側距上端筒口35cm處對稱焊接1/5圓筒周長的兩個把手；2)三筒內壁用三角支架固定傳感器，三角支架的三個支點分別安裝帶有標尺的高度調節裝置，調節範圍為0-20cm；3)在三個筒壁上距筒口35cm處各開一個小孔，孔內焊接外徑10mm，內徑8mm，長2cm的不鏽鋼管，管外埠與筒的外壁平齊，在筒的外壁管口處設網罩，在該管的筒內部分套上長40cm膠皮軟管，軟管上端固定在三角支架上；4)上部密封筒的筒口用密封圈密封，在筒口以下10cm處設通氣孔，外側加防風罩，通氣孔直徑為5-10mm。
全文摘要
一種三筒補償式測量淺水區植物蒸散發及下滲量的裝置，屬於植物生理生態監測和水文監測裝置。其特徵是三個測量筒採用不鏽鋼製造，下部筒壁打磨鋒利，在筒壁外側對稱焊接兩個把手，三筒內壁用三角支架固定傳感器，三角支架的三個支點分別安裝帶有標尺的高度調節裝置。在三個筒壁上焊接不鏽鋼連通導管，管外埠與筒的外壁平齊，在筒的外壁管口處設網罩。其中一筒筒口加有密封蓋，筒口邊緣用密封圈密封，筒壁設通氣孔，外側加防風罩。三路傳感器採用直流24伏供電，數據可以直接採集或者存入存儲器中，整個系統自動通電採集並處理數據。具有造價低、易維護、精度高等特點。
文檔編號G01F23/296GK1514227SQ0313413
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月18日 優先權日2003年8月18日
發明者許士國, 王昊 申請人:大連理工大學