CN209570479U

CN209570479U - 草地蒸散量测定装置

Info

Publication number: CN209570479U
Application number: CN201920213380.5U
Authority: CN
Inventors: 姚俊强; 李漠岩; 迪丽努尔·托列吾别克; 陈静; 毛炜峄
Original assignee: INSTITUTE OF DESERT METEOROLOGY CMA URUMQI
Current assignee: INSTITUTE OF DESERT METEOROLOGY CMA URUMQI
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2029-02-19

Abstract

本实用新型提供一种草地蒸散量测定装置，包括蒸发筒(1)、外筒(2)、防水箱(3)、称重传感器(4)、土壤水分传感器(5)、电源(6)、数据采集器(7)和防漏纱布(9)；所述蒸发筒(1)设置于所述外筒(2)内部的所述称重传感器(4)上面，并且，所述蒸发筒(1)和所述外筒(2)间隙配合；沿所述蒸发筒(1)的筒壁，从上至下依次布设所述土壤水分传感器(5)。优点为：本实用新型结构简单，操作方便，维护费用低，全自动传输，适合于野外定点原位监测，且精度较高，为草地的可持续利用、规划设计和管理等工作提供数据支撑。

Description

草地蒸散量测定装置

技术领域

本实用新型属于农牧业环境监测技术领域，具体涉及一种草地蒸散量测定装置。

背景技术

蒸散发(ET)是地表能量平衡和水分平衡的重要环节，指由来自土壤表层的蒸发和植被叶片的蒸腾组成的地表水分散失，由土壤蒸发和植被蒸腾两部分组成。在土壤—植被—大气***循环(SPAC)中，蒸散发起着非常重要的作用。因此，蒸散发的估算对于区域水量平衡、草场规划、水资源管理等领域非常重要。

目前，估算蒸散量的方法主要包括水量平衡法、蒸渗仪法、涡动相关法、大口径激光闪烁仪和同位素法等。上述这些仪器或模拟装置，具有造价昂贵，精密度和灵敏度高，环境扰动和人为破坏会造成测量误差，需定期维护，不适合在无人驻守的野外安装。称重式蒸渗仪体积庞大，装土困难，且需要做地下观测室，对土壤原始环境破坏较大，也有些专利对其做了相应的改进，但始终难以普及推广。而微型蒸发器由于体积轻小、造价便宜、测量精确、便于移动等特点受到青睐，但也存在一些不足：第一，测量费工费时，且不能测定蒸散发瞬间的变化；第二，取土过程容易破坏土壤的原来结构，且隔断了与深层土壤的水热交换；第三，需要人工用称重设备称重。这些不足使得实验条件与真实状况有差异，限制了该方法的广泛使用。

综上所述，到目前为止，现有技术中缺少一种能够在简陋的野外广泛实用的测定蒸散量的仪器。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种草地蒸散量测定装置，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种草地蒸散量测定装置，包括蒸发筒(1)、外筒(2)、防水箱(3)、称重传感器(4)、土壤水分传感器(5)、电源(6)、数据采集器(7)和防漏纱布(9)；

所述外筒(2)为顶部敞口、底部设置有外筒底板(2-1)的筒状结构；所述外筒底板(2-1)设置多个入渗小孔(2-2)；所述外筒(2)垂直压入草地中，并使所述外筒(2)的内部为空腔；在所述外筒(2)的外筒底板(2-1)的上面安装所述称重传感器(4)；

所述蒸发筒(1)为顶部和底部均敞口的筒状结构；所述蒸发筒(1)的底部安装所述防漏纱布(9)；所述蒸发筒(1)的筒内装满土体；所述蒸发筒(1)的筒径小于所述外筒(2)的筒径；所述蒸发筒(1)设置于所述外筒(2)内部的所述称重传感器(4)上面，并且，所述蒸发筒(1)和所述外筒(2)间隙配合；沿所述蒸发筒(1)的筒壁，从上至下依次布设所述土壤水分传感器(5)，其中，所述土壤水分传感器(5)穿过所述蒸发筒(1)筒壁上的插口而深入土壤中；

在所述外筒(2)的周围安装所述防水箱(3)；所述防水箱(3)内布置所述电源(6)和所述数据采集器(7)；所述电源(6)通过电缆线(13)与所述称重传感器(4)连接；所述数据采集器(7)通过传感器连接线(8)分别与各个所述土壤水分传感器(5)以及所述称重传感器(4)连接。

优选的，所述外筒(2)的侧壁开设供所述电缆线(13)和所述传感器连接线(8)通过的穿线通孔(2-3)；所述穿线通孔(2-3)位于所述外筒(2)侧壁自上而下三分之一位置。

优选的，所述防水箱(3)内还布置与所述数据采集器(7)连接的天线(11)；所述数据采集器(7)通过所述天线(11)与远程监控平台(12)连接。

优选的，所述外筒(2)和所述蒸发筒(1)均为不锈钢圆筒或橡胶管材。

优选的，所述外筒(2)高度为40-45cm、内径为20-24cm；所述蒸发筒(1)高度为35-40cm、内径为16-20cm。

优选的，所述入渗小孔(2-2)布置的孔数为15-20个，均匀分布在所述外筒底板(2-1)；每一个所述入渗小孔(2-2)的直径为0.8cm。

优选的，所述蒸发筒(1)的筒壁自上向下水平设置5个插口；并且，最上面的插口位于草原植被根系部位。

优选的，所述蒸发筒(1)上端安装有提手。

优选的，所述称重传感器(4)通过铝合金平板支架(10)设置于所述外筒(2)的内部。

本实用新型提供的草地蒸散量测定装置具有以下优点：

本实用新型结构简单，操作方便，维护费用低，全自动传输，适合于野外定点原位监测，且精度较高，为草地的可持续利用、规划设计和管理等工作提供数据支撑。

附图说明

图1为本实用新型提供的草地蒸散量测定装置的结构示意图。

其中：蒸发筒1、外筒2、外筒底板2-1、入渗小孔2-2、穿线通孔2-3、防水箱3、称重传感器4、土壤水分传感器5、电源6、数据采集器7、传感器连接线8、防漏纱布9、铝合金平板支架10、天线11、远程监控平台12、供电缆线13。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种草地蒸散量测定装置，将称重传感器、土壤水分传感器、数据采集器等，与微型蒸发器集成，形成一种可以实现全自动远程监测的草地蒸散量测定装置。

与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于：微型蒸发器与土壤水分传感器相结合，野外原位监测与远程监测平台相结合，实现植被蒸散量的实时在线监测；本实用新型的效果包括结构设计简单，操作方便，全自动传输，维护费用低，适合于野外定点原位监测，且测量精度较高。该试验装置可供地理学、生态学、水文学、气象学等学科使用，也供生态水文和地表过程等科学研究使用。

参考图1，草地蒸散量测定装置包括蒸发筒1、外筒2、防水箱3、称重传感器4、土壤水分传感器5、电源6、数据采集器7和防漏纱布9；

外筒2为顶部敞口、底部设置有外筒底板2-1的筒状结构；外筒2高度为40-45cm、内径为20-24cm，为不锈钢圆筒或橡胶管材。外筒底板2-1设置多个入渗小孔2-2；例如，入渗小孔2-2布置的孔数为15-20个，均匀分布在外筒底板2-1；每一个入渗小孔2-2的直径为0.8cm。外筒2垂直压入草地中，并使外筒2的内部为空腔；在外筒2的外筒底板2-1的上面安装称重传感器4；实际应用中，为实现称重传感器4防潮的效果，使称重传感器4通过铝合金平板支架10设置于外筒2的内部。外筒2的侧壁开设供电缆线13和传感器连接线8通过的穿线通孔2-3；穿线通孔2-3位于外筒2侧壁自上而下三分之一位置。

蒸发筒1为顶部和底部均敞口的筒状结构；蒸发筒1高度为35-40cm、内径为16-20cm，为不锈钢圆筒或橡胶管材。蒸发筒1的底部安装防漏纱布9；蒸发筒1的筒内装满土体；蒸发筒1的筒径小于外筒2的筒径；蒸发筒1设置于外筒2内部的称重传感器4上面，并且，蒸发筒1和外筒2间隙配合；沿蒸发筒1的筒壁，从上至下依次布设土壤水分传感器5，例如，共布置5个土壤水分传感器5。其中，土壤水分传感器5穿过蒸发筒1筒壁上的插口而深入土壤中；插口设置方式为：蒸发筒1的筒壁自上向下水平设置5个长约5cm的插口；并且，最上面的插口位于草原植被根系部位。蒸发筒1上端安装有提手。

在外筒2的周围安装防水箱3；防水箱3也部分位于土壤中。防水箱3内布置电源6和数据采集器7；电源6通过电缆线13与称重传感器4连接；电源6也与数据采集器7连接，用于向称重传感器4和数据采集器7供电，可充电或带电池，便于野外工作时的携带和使用。

数据采集器7通过传感器连接线8分别与各个土壤水分传感器5以及称重传感器4连接，进行数据的采集。

防水箱3内还布置与数据采集器7连接的天线11；数据采集器7通过天线11与远程监控平台12连接。数据采集器7能显示测定的检测数据和时间，其中，检测数据包括土壤水分传感器5检测的不同深度的土壤水分值以及称重传感器4检测的重量值，检测数据储存于数据采集器7内，通过GPRS和Internet等网络的天线11，将检测数据发送至远程监控平台12，在远程监控平台12实时显示。

草地蒸散量测定装置，包括以下安装步骤：

A、使外筒2的开口端朝上，将外筒2垂直压入草地中，挖出外筒2中的土体，外筒2的筒口要高出草地面5cm；

B、在不破坏土体结构的前提下，将蒸发筒1垂直压入其他位置的草地中，然后从边缘小心挖出装满土体的蒸发筒1；

C、将取出的装满土体的蒸发筒1的底部用防漏纱布9密封，以防土粒下漏，同时保证和深层土壤的水热交换；

D、将土壤水分传感器5通过蒸发筒1筒壁上的插口安装在筒内土壤中，传感器连接线8通过外筒2和蒸发筒1间隙连接到防水箱3中的数据采集器7；

E、将蒸发筒1放置在外筒2内部底部的称重传感器4上；

F、将防水箱3埋置在离蒸散装置旁边；

G、通过外筒2侧壁圆形洞，使称重传感器4和土壤水分传感器5通过传感器连接线8与数据采集器7的端口连接；在数据采集器7中设置采集时间间隔；

H、连续测量蒸发筒土柱称重变化和各层土壤水分变化，数据储存于数据采集器7内。

本实用新型通过称重传感器记录的蒸发筒内草地土体的质量变化，来测定土壤的蒸发量和草地蒸腾量，两者求和即为草地的蒸散量。在研究中发现，土壤水分是土壤蒸发的物质基础，对蒸散量的影响较大。由此，为了精确计算，测定了各层土壤水分的变化。

使用时，具体实施步骤为：

将外筒2垂直压入草地中，挖出外筒2中的土体，筒口要高出草地面5cm，将称重传感器4安装在外筒底部；在不破坏土体结构的前提下，将蒸发筒1垂直压入其他位置的草地中，然后从边缘小心挖出装满土体的蒸发筒1；将蒸发筒1的底部用防漏纱布9密封，其中，防漏纱布9采用防漏水工纱布，以防土粒下漏，同时保证和深层土壤的水热交换；

将土壤水分传感器5通过蒸发筒1壁上的插口安装在筒内土壤中，传感器连接线8通过外筒2和蒸发筒1间隙连接到防水箱3里；

将蒸发筒1放置在外筒2内部底部的称重传感器4上；将防水箱3埋置在离蒸散装置旁边，通过外筒侧壁圆形洞与传感器连接；

将称重传感器4和土壤水分传感器5连接线与数据采集器7端口连接，在数据采集器中设置采集时间间隔，连续测量蒸发筒土柱称重变化和各层土壤水分变化，数据储存于数据采集器7内，并通过GPRS和Internet网络发送至远程监控平台12。在此条件下，此蒸发筒土柱变化量包括土壤蒸发量和植被蒸腾量，即此条件下的土壤蒸散量。

本申请中，由于在外筒2的外筒底板2-1开设入渗小孔2-2，而蒸发筒1的底部为防漏纱布9，由此实现了蒸发筒1内土壤与外筒2下方的深层土壤的水热交换，保证了测量的精度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种草地蒸散量测定装置，其特征在于，包括蒸发筒(1)、外筒(2)、防水箱(3)、称重传感器(4)、土壤水分传感器(5)、电源(6)、数据采集器(7)和防漏纱布(9)；

2.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述外筒(2)的侧壁开设供所述电缆线(13)和所述传感器连接线(8)通过的穿线通孔(2-3)；所述穿线通孔(2-3)位于所述外筒(2)侧壁自上而下三分之一位置。

3.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述防水箱(3)内还布置与所述数据采集器(7)连接的天线(11)；所述数据采集器(7)通过所述天线(11)与远程监控平台(12)连接。

4.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述外筒(2)和所述蒸发筒(1)均为不锈钢圆筒或橡胶管材。

5.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述外筒(2)高度为40-45cm、内径为20-24cm；所述蒸发筒(1)高度为35-40cm、内径为16-20cm。

6.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述入渗小孔(2-2)布置的孔数为15-20个，均匀分布在所述外筒底板(2-1)；每一个所述入渗小孔(2-2)的直径为0.8cm。

7.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述蒸发筒(1)的筒壁自上向下水平设置5个插口；并且，最上面的插口位于草原植被根系部位。

8.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述蒸发筒(1)上端安装有提手。

9.根据权利要求1所述的草地蒸散量测定装置，其特征在于，所述称重传感器(4)通过铝合金平板支架(10)设置于所述外筒(2)的内部。