[发明专利]一种壤中凝结水形成过程的模拟测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤壤中凝结水测定的模拟方法，提供一种精确观测壤中凝结水发生过程的测定方法。

背景技术

壤中凝结水是深层土壤水分以水汽状态上升并凝结于浅层土壤中的土壤水分运移过程，该过程对土壤浅层水分产生一定的补给作用，其主要过程是：在土壤垂直剖面中存在温度梯度时，深层土壤中的水分会以水汽形态在浅层温度较低（到达露点温度）的土壤中产生水汽凝结作用，增加了浅层土壤水分含量。在降雨稀少的地区，壤中凝结水对干旱地区的生态及植物的生长起到至关重要的作用。目前有关壤中凝结水的测定方法较少，常用的方法是在浅层土壤中埋设填满土的容器，通过对一定时段内容器重量的变化测定，获得土壤水分含量的变化，并认为增加的水分数量即为单位体积内土壤凝结水数量，该方法应用中受到多方面因素的影响，首先是容器的重量测定受到观测过程中土壤丢失或沾染的影响；其次该方法很难形成一定温度和湿度梯度下的研究成果，因自然条件中很难形成多种土壤温度和湿度梯度组合；因此，其准确性一直存在争议，并且该方法无法模拟不同土壤温度、不同土壤含水量梯度条件下的土壤凝结水形成数量和发生特点。模拟不同温度和湿度条件下的壤中凝结水的形成特点和精确测定其数量是目前该领域研究亟待解决的关键问题，本方法的提出将对该问题提供有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种精确的模拟和测定土壤壤中凝结水的实验观测方法，并解决了壤中凝结水的发生过程模拟和数量测定问题。为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种壤中凝结水形成过程的模拟测定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）在箱体内添装土壤，下层埋设伴热电缆，在上下层的不同深度位置布置传感器并在上层箱体表面安装半导体制冷片，连接硬件系统；通过向箱体内注水调节土壤水分，封闭箱口；

步骤2）采集上下层土壤不同部位的温度和含水量；

步骤3）通过伴热电缆加热提高下层土壤温度，通过半导体制冷片降低上层土壤温度，形成温度差；

步骤4）重新采集上下层土壤不同部位的温度和含水量；

步骤5）根据加热/制冷前后的上层不同部位的土壤含水量差值获得该条件下的对应土壤部位的壤中凝结水数量；

步骤6）再次调节箱体内土壤的水分和温差；

步骤7）重复步骤2）-步骤5），获得不同土壤水分条件下、不同上下层土壤温度差条件下的壤中凝结水数量。

所述伴热电缆以弹簧螺旋型埋设于箱体下层土壤中。

所述传感器为多个温度探头和多个TDR探头。

所述半导体制冷片为多个，通过硅胶粘贴于箱体上部外表面，呈均匀分布，半导体制冷片之间留有空隙。

所述硬件系统的连接关系为：温度探头与加热温控器相连接，用于监测加热土壤温度；温度探头与制冷温控器相连接，用于监测制冷土壤温度；温度探头与数据采集器相连接，用于采集土壤温度数据；TDR水分测定探头与数据采集器相连接，用于采集土壤含水量数据；多个半导体制冷片并联与制冷温控器相连接，用于降低土壤温度；伴热电缆与加热温控器相连接，用于提高土壤温度。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.采用本发明的方法，可精确测定壤中凝结水在不同温度和土壤含水量条件下的凝结数量；

2.本方法操作方便，测定精确，是土壤壤中水凝结过程的模拟和测定的有效方法；

3.可为研究壤中凝结水的发生数量和过程及机理提供有效的方法。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的土壤凝结水室内模拟观测箱试验装置示意图；

其中，1为数据采集器；2为制冷温控器；3为加热温控器；4为石蜡；5为箱体；6为上层温度探头；7为上层TDR水分测定探头；8为半导体制冷片；9为上层土壤；10为跖石层；11为下层土壤；12为下层温度探头；13为下层TDR水分测定探头；14为伴热电缆；15为渗水孔；16为电源。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。如图1所示，本方法主要采用半导体制冷片和伴热电缆形成土壤的上下层温度差，采用时域反射仪（TDR）探头和温度测定探头测定土壤壤中凝结水数量和土壤温度。