蒸渗系统

蒸渗仪系统已成为研究地下水层&mdash 土壤&mdash 植物&mdash 大气连续体(GSPAC)系统的界面水分转化的重要工具。大致用于如下三个方面的研究：(1)测定蒸腾蒸发量，或蒸腾量和蒸发量，研究农作物的耗水规律；(2)和其它仪器一起测定土壤水中各种化学成分的含量，研究化肥、农药或污染物等对土壤水和地下水的作用与影响；(3)测定土壤水向下的渗漏量，研究土壤水量平衡和地下水补给 在地下水浅埋区，为了研究水文过程，蒸渗仪的深度应该容许农作物的生长与吸水、土壤水运动、地下水与土壤水的水分转化、地下水位变化等过程的进行。目前国内研制的蒸渗仪还没有同时考虑这些水文过程，考虑地下水作用的蒸渗仪均是在固定地下水位条件下工作的，这与随时空而变的地下水位的实际情形是不符合的。 德国UMS公司集合二十多年研制、推广蒸渗仪系统的经验，推出了水势动态控制蒸渗仪系统LY-UMS。该蒸渗仪系统能自动根据罐体外大田的水势，调节蒸渗仪底部的水势、使罐体内外在同一深度的水势相同，从而确保蒸渗仪罐体内的水分运移和交换与罐体外一致。此外，UMS公司在称重系统、罐体结构设计、罐体的调节工具设计、罐体内溶液取样杯的材质、地下水位的模拟控制等方面已成为国外业界翘楚，我们在此将其技术介绍给国内同仁，以期为国内蒸渗仪系统的技术改进和更新添砖加瓦。该系统已于2007年被水利部列为&ldquo 948&rdquo 项目推荐设备。 LY-UMS 高精度蒸渗仪系统与传统蒸渗仪系统的比较： 罐体：LY-UMS蒸渗仪系统土柱罐是4mm厚的不锈钢，其对热交换的阻碍比6mm厚的钢板小。国外一般采用圆柱形罐体，而不是目前国内的方形或长方形罐体。 方形的罐体壁在拐角焊接处承受的来自土柱的压力最大，圆柱型罐体没有焊接的拐角，作物的根，水和土壤不会受到罐壁的影响。取原状土的时候，在焊接拐角的土壤更紧实，因为，拐角有摩擦力，会使土体向拐角倾移。圆柱状罐体，因各个方向的受力均匀，管壁可以更薄些，对罐体内外的热交换的阻力更小。 称重系统：UMS公司开发了X-Y-Z型安装构架，用于安装罐体，可在安装过程中调节蒸渗仪，还可在X-Y-Z三方向维护蒸渗仪，可避免风对测量系统的影响，这是UMS公司的专利技术（专利号DPMA&ndash Registered design No. 202004003181.7，）。 UMS还开发了一套装置，可转动蒸渗仪而不会使土柱罐变形；取原状土的工具是德国UMS公司自己研制的，其挖掘蒸渗仪原状土柱技术获得了专利，可有效防止水流沿壁运移，也可防止罐壁附近的土壤紧实。 以上技术能确保测量精度达到0.01mm，可研究雨，雾，霜，解冻及非常微小的蒸散量变化。 底部水势控制系统：蒸渗仪柱体底部的水势参数是衡量蒸渗仪土柱与野外实际情况是否一致的必要指标，也是影响蒸渗仪土柱内植物生长环境的关键指标。 国内蒸渗透仪系统底部的处理一般采用碎石和细砂作为滤层，使用过程中无法得到底部水势参数，此外，长年的运行，也会导致底部的微生物环境与罐体外大相径庭。 LY-UMS高精度蒸渗仪系统埋在底部的6个SiC杯可实现底部的注水或排水。6个SiC杯采用10mm 孔径SiC材质，使杯的表面积达到3600cm2，且质地坚硬，能承载数十吨重的土体重量。除用于测定田间水势的变化外，还可测量排水量，定量控制蒸渗仪柱体底部的水势。该项技术得到了欧盟各野外台站的认可，并在欧盟研究台站的蒸渗系统中得到广泛应用。 自动排水和补水系统：传统的蒸渗仪系统按固定的地下水位补水，当地下水埋深比较深，土柱体高度无法达到地下水位时，无法调节柱体底部水势。LY-UMS系统带有称重系统的60L排补水系统（包括30L空置部分）能提供或接收6个SiC杯的排水，也能从水桶中抽水，实现补水，且排水量和注水量自动被数据采集器存储和记录。 自动溶液取样系统：土壤溶液的取样是系统自动完成的。自动采样泵的数据也可记录在数据采集器中。 传统的蒸渗仪系统一般采用人工采样，耗时耗力，且无法实现定时采样。 VS-pro 自动采样泵：内置数采，1或2 个真空输出，可连续输出或张力控制输出。可连接T8，T4和T5张力计控制负压。高精度真空泵。带键盘和彩色、背景光显示屏幕，可方便设置和查看。可长期、连续运行。用于精确的孔隙水和渗漏水取样及蒸渗系统。可充电电池。 VS-pro技术指标： 1、负压范围：0-850hPa2、负压精度： ± 0.5 hPa3、输出：2个 0&hellip 2000mV4、内存：4500 读数5、供电：10.5&hellip 15VDC6、工作电流：50&hellip 800mA7、工作温度：-10° C - 45° C 多柱体蒸渗仪系统：传统的多柱体蒸渗仪系统因柱体在一个地下室内，远离大田，为了确保柱体的土温与大田一致，一般地下室系统需要加装空调系统，能耗高。目前，新型的多柱体蒸渗仪系统直接将柱体安装在大田内，确保罐体的周围环境与大田一致，采用维护井放置采集数据系统，注排设备等。

蒸渗仪系统是研究水分平衡、物质平衡、土壤溶质运移的全新工具，按照其构造可分为自动称重蒸渗仪系统和非称重蒸渗仪系统。一、自动称重蒸渗仪系统可实现4种不同标准规格设计，不同的研究内容需要不同的结构、测量设备、处理方法和数据采集工具。因此，这些蒸渗仪分别对应于水文、气象、土壤科学及农艺方面研究。尽管土柱表面积应根据土壤的结构和质地来确定，蒸渗仪的高度应该根据土壤水与地下水分界线来确定，但是我们将土柱表面积标准化为1m2，,蒸渗仪高度分别定义为1m与2m。高精度称重系统分辨率为0.01mm以及其它技术的改善，可实现精确的水平衡测量。测量间隔可设为几秒钟来确定欧洲实际的蒸散量和标准蒸散量。蒸渗仪底部截面形成一个张力区，张力区通过传输到蒸渗仪中的土壤张力来获取田间水通量。1、 水文蒸渗测量系统水文地理学的任务是确定区域地下水再生数量、区域降雨量及蒸发量，这些参数可通过水文蒸渗测量系统直接获得。优势? 土层表面的降雨量及蒸发量可被直接测定? 可获得与田间排灌水有关的水势? 可精确测量降雨量及蒸发量，分辨率可达0.01mm? 可精确测量排水量及渗透量，分辨率可达0.01mm? 可获知土壤蓄水量的具体变化情况? 可通过其确定水量平衡模型局限性? 不适于斜坡或林地? 结冰前应当清除蒸渗仪与周围土壤缝隙内的雪来保证称重系统的精确性? 不适于农机耕作? 蒸渗测量系统底部距地下水至少2.5米? 可称重的水箱、补水装置、数据采集器机箱、泵控制器及电源系统都放在维护井中输入参数: 进入土壤表层的降雨、露水、霜及降雪等水量。输出参数: 蒸腾蒸发量，草地标准蒸散量，排水/渗漏等。组成? 蒸渗仪柱体FR5010? 数据记录器 FR220? 精确称重装置 FR1020? 2个土壤水分传感器FDR-2? 水势控制器 FR1022? 6个SIC取样管FR5014? 60公升水箱带称重单元 FR1021u 45AH电源及充电器机箱等u 蒸渗筒套筒 FR5011田间水势联用安装在大田土层90cm深处的水份传感器给出泵工作的阈值，蒸渗仪中的水份传感器监测蒸渗仪的内部水份。蒸渗仪的重量和达到内外水势一致时的排水量可精确测量，且测量的时间间隔可以很小。蒸渗仪规格? 表面积：1m2? 不锈钢柱高：1m? 外径：1.65m? 总高度：1.35m? 水通量分辨率：0.01mm? 取样杯表面积：3600cm22、 气象蒸渗测量系统 与水文—蒸渗测量系统类似，但需在其基础上增加测定水和能量平衡相关气象数据的气象站。此型号的蒸渗测量系统需要在水文型的蒸渗仪站基础上配置辐射仪、相对湿度传感器，一个用于观测地面以上2米高处的风速传感器，5cm、50cm及2m处的大气温度传感器以及4个RS200雨量桶。应用测定水分平衡需要测量实际的和潜在的蒸发，但测量这些参数的有效方法只能提供近似的结果。使用气象－蒸渗测量系统，我们可提供一套准确的根据实际土壤表层和土壤水分情况测定ET、ET0值（草坪植被）的系统，而且也能得到精确的排水和土壤水分贮藏的变化。优势? 水分和能量平衡的测定需要直接，精确的测量实际的土壤水分蒸发蒸腾损失总量? 降水和蒸发直接由土壤表层测得? 由于水势与大田情况相关，可按照实际情况测定排水? 精确测量欧洲气候条件下各时区的蒸发量? 准确测量降雨与蒸发量，精度为0.01mm? 准确测量排水及淋洗量，精度为0.01mm? 准确测量土壤水储量变化? 验证水分平衡模型局限性? 不适合斜地或林地? 结冰前，需要清除蒸渗仪与周边土壤缝 隙间的积雪保证称重系统的精度? 不适于农机耕作? 距地下水位至少2.5米输入参数: 降雨，露水，霜，雪的水分平衡，真实反映土壤表层及植被的情况。输出参数: 蒸发蒸腾量，ET0（有草坪覆盖），排水/淋洗量等。组成? 水文型蒸渗仪站结合气象站气象站包括：? RH传感器,在97%rH点校准? Th2温度传感器分别位于-20 cm, -10 cm, -5 cm, +5 cm, + 50 cm, +200 cm处? FR3010辐射仪? SL2-1雨量计? 4 个 RS200 ? FR3120风速传感器? 安装支架包括传感器安装装置蒸渗仪规格? 表面积：1m2? 不锈钢柱高：1m，外径：1.65m? 总高度：1.35m? 水通量分辨率：0.01mm? 取样杯表面积：3600cm23、 土壤科学蒸渗测量系统 与水文蒸渗测量系统类似，在2米的土柱上不同深度层面安装土壤水分传感器和土壤溶液取样器。应用? 准确测定土壤水分水平分布特性和水通量，同时还可对孔隙水和排水取样? 能测量30cm，60cm，120cm和180cm深度（其它深度也可以）的土壤水势、水分和温度? 硅碳化杯SiC20用于孔隙水取样? 195 cm深度的6个SiC杯除用于测定田间水势的变化外，还可测量排水量? 准确测定土壤水分水平分布特性和水通量，同时还可对孔隙水和排水取样? 能测量30cm，60cm，120cm和180cm深度（其它深度也可以）的土壤水势、水分和温度补充 : 蒸渗仪土柱和田间测点对应安装了传感器和取样器，结合了蒸渗仪和田间测量的优势；因此这个系统适合土壤科学及与土壤水相关过程的长期定位研究、观测。优势? 在实际情况下、在可选的任意深度? 量化水分和物质移动情况? 原位测量土壤水分-pF曲线? 观测排水及毛管水规律? 在蒸渗仪和大田测点平行观测土壤水势、土壤水分及温度的剖面变化 ? 采用由张力计控制的连续真空泵系统取样土壤溶液u 测量排水精度达0.001mm局限性? 不适合坡地和林地? 结冰前需要清除蒸渗仪与土壤之间的积雪? 不适于农机耕作? 距离地下水的距离至少在2.5米以上系统配置? 蒸渗仪柱体FR5010? 数据记录器 FR220? 精确称重装置 FR1020? 8个土壤水分传感器FDR-2? 水势控制器 FR1022? 6个SIC取样管FR5014? 60公升水箱带称重单元 FR1021? 45AH电源及充电器机箱等? 蒸渗筒套筒 FR5011? SiC20土壤溶液取样杯 FR5013? 土壤溶液取样控制器 FR1023? SF1000采样瓶 蒸渗仪规格? 表面积：1m2? 不锈钢柱高：2m，外径：1.65m? 总高度：2.35m? 水通量分辨率：0.01mm? 取样杯表面积：3600cm2? 张力计：T84、 农艺研究蒸渗测量系统应用可长期监测传统耕作条件下田间土壤水分及养分状况可高精度测量排水输出量及总量柱形蒸渗仪高1米，也可按研究需要选择2米。植物生长消耗的水分通过平行安装在蒸渗仪底部的6个吸盘来补给主根区、90cm以下土层及190cm土层的土水势可被测量排水量可通过100ml翻斗计量器测定。此外排水量的2.5%可作为水样定时取出优点可量化试验条件下的水分和物质流动过程可测量排水总量高精度监测排水过程局限性不适用于坡地或森林无称量单元，因此不可直接监测蒸发量及降水量蒸渗测量系统底部距地下水至少2.5米系统配置蒸渗仪柱体FR5010数据记录器 FR220精确称重装置 FR10206个土壤水分传感器FDR-2水势控制器 FR10226个SIC取样管FR501460公升水箱带称重单元 FR102145AH电源及充电器机箱等蒸渗筒套筒 FR5011蒸渗仪规格：表面积：1m2不锈钢柱高：1m 或 2m外径：1.65m总高度：1.35m 或 2.65m渗滤液通量分辨率：0.01mm　　采用不带有圆形切割工具的开挖方法，此方法可防止蒸渗仪钢柱附近结构已遭到破坏的土壤坍塌、流动。优点：高精度的测量系统有利于高精度水分动态平衡监测通过蒸渗仪底板转移田间水分张力可测量实际的水分通量。不锈钢柱及混凝土底座便于田间长期使用不带有圆形切割刀具的开挖工具可以避免土壤扰动及钢柱附近土壤的流动开挖专利设计，通过吊车起重臂转动实现开挖X、Y、Z定位专利技术，最小化蒸渗仪与土壤之间孔隙二、蒸渗仪的应用：1、海拔1830米的山脉蒸渗站在奥地利阿尔卑斯山建设山脉蒸渗站的目的是获取阿尔卑斯地区水分和养分状况的详细资料，因此更让人理解饮用水供应对这些地区的重要性。蒸渗站组成可称重的蒸渗测量系统土壤溶液取样器观察室用来监测土壤剖面情况气象站2、2-土柱蒸渗仪站澳大利亚Wagna大学的Johann Fank教授研究组采用了该系统，系统包括：精确的可称重的蒸渗柱，地上部分可进行传统机耕作蒸渗仪底部装有张力计土壤溶液取样向下直至地下水与土壤水的分界线蒸渗仪边缘直至土壤表面测量蒸渗仪内部及田间周围未受干扰的土壤获取不同深度的土壤溶液3、8-土柱蒸渗站巴伐利亚国家水管理局Michael Gierig教授采用该蒸渗仪站：2002年4月，位于慕尼黑南40公里处的这个8-土柱蒸渗系统在Wielenbach站投入使用。8个蒸渗仪规格为1米直径，2米深。这套设备的目的是在实际条件下测量污染区域的污染物如何渗透到地下水中的的，此调查涉及的污染物范围较为广泛，包括重金属（如砷、铅、铬、镉、铊）和多环芳烃等。这项计划里UMS提供了蒸渗站的设计方案，土木建设和仪器设备。并在河漫滩安装蒸渗仪来研究水通量及溶质的运移。4、48-土柱蒸渗仪站GSF研究所（Neuherberg）SaschaReth博士采用了该蒸渗仪站：包括48个蒸渗仪，每个蒸渗仪上部土壤表面积1m2,深度2m精确的称重系统，精度达100g，用来测定固体介质的水分平衡和变化16个蒸渗仪装有放射性标记物质一些蒸渗仪顶部安装有气体罩用来测定挥发性物质淋洗液的收集和分析

一、用途SFLSET 原位微型蒸渗仪系统是野外原位研究水分平衡的全新工具，能够实现降雨量、蒸发散量和排水量的精确测量。特别用于如下领域： 土壤水的流动性土壤的吸附作用及缓冲性作物耗水规律研究植物根系吸收水分效能研究气候研究能量平衡研究模拟试验校正二、原理SFLSET 原位微型蒸渗仪系统沿土柱体剖面埋入3层土壤水分、土壤水势等传感器，实时监测土体剖面不同深度的水分水势变化情况；大田中安装有参比水势张力计，实时对比土柱体内部和大田的水势状况；在土柱体的底部有一个由3个埋于石英粉中的陶土取样杯组成的水势控制系统，用于渗漏水的取样或用于张力模拟；安装在底部的高精度称重系统可实时称量土柱的重量变化，从而用于计算水分的变化量。SFLSET 原位微型蒸渗仪系统，直径均为300mm，高度有三种300mm, 600mm 和900mm，从而适应不同的研究需要。 三、特点? 在蒸渗仪和大田测点平行观测土壤水势、土壤水分及温度的剖面变化 ? 可测量排水总量，高精度监测排水过程，观测排水及毛管水规律? 底部水势双向控制的泵系统，可由田间基质势控制或手动；? 精确测量实际的土壤水分蒸发蒸腾损失总量? 可量化试验条件下的水分流动过程? 验证水分平衡模型? 模块化设置，最多可同时带4个柱体单元四、系统组成SFLSET 原位微型蒸渗仪系统由以下几个部分共同组成：? 不同高度的底部带有水势控制系统的不锈钢原位土柱罐体? 土壤水分、温度、电导率传感器? 土壤水势传感器? PL系列称重单元? 数据采集器? 供电单元? 室外原位安装防护套件? 预安装部件和工具? 纸质文件? 可选件：SFL-Toolset-300/900型蒸渗仪原状土柱挖取工具，包含壤切凿工具、3条收压带和2个地锚、2块不锈钢修剪板、1条弹性收压带、记号工具、喷雾器、土壤挖切工具 五、技术指标SFL-300原位微型蒸渗仪： 不锈钢柱体，30cm高，内径30cm，6个传感器安装孔，分别在5,15和25cm处，每层2个； 野外安装防护罩，带有可拆除的密封条，45cm高，直径46cm； 底部水势双向控制的泵系统，可由田间基质势控制或手动；PL50蒸渗土柱称重平台：称重范围：0-50kg，最大75kg超高精度放大器，最大误差为额定范围的0.02%直径320mm，高90mmC5级称重传感器，IP69防水等级2个阳极化处理的称重盘接触点，高度可调RS485、USB（tensiolink）、SDI12模式或等比例模拟输出（0-1/2/5V）8针M12连接口PL10渗滤液桶称重平台：称重范围：0-10kg，最大15kg超高精度放大器，最大误差为额定范围的0.02%直径220mm，高70mmC4级称重传感器，IP68防水等级2个阳极化处理的称重盘接触点RS485、USB（tensiolink）、SDI12模式或等比例模拟输出（0-1/2/5V）8针M12连接口 10L渗滤液桶及其可埋设安装工具；1个田间参比水势T8张力计可测量土壤水势和土壤温度；有注水指示器；信号可传输50m陶瓷头 长度：60 mm 直径：24 mm, 进气值 15 bar缆线：1.5 m, 8 pin plug M12水势测量范围：+100 ... 0 ...- 85 kPa 温度测量范围：-30 ℃ - 70℃水势测量精度：±0.5 kPa温度测量精度：+/-0.2K模拟输出：2个模拟输出，0…1v/2v/5v 可选数字输出：RS485，tensioLINK, SDI123个5TE Echo-probe土壤水分、温度和电导率探头可测量参数：土壤体积水分含量、土壤温度、土壤电导率可测量参数：土壤体积水分含量、土壤温度、土壤电导率测量范围：土壤体积水分含量0-100，分辨率0.08%（0-50%），精度±1%( 0-40%)，±1.5%（40-80%）土壤温度-40℃～+50℃，分辨率1℃，精度±1℃土壤电导率0-23ds/m，分辨率0.1ds/m，精度±10%（0-7 ds/m），取决于用户校准（＞7 ds/m）　　数字输出：RS232，SDI12　　供电要求：3.6V-15VDC　　探头尺寸：10 cm x 3.2 cm x 0.7 cm3个MPS-2基质势张力计可测量参数：土壤水势、土壤温度测量范围：土壤水势-10 to -500 kPa (pF 2.01 to pF 3.71)，分辨率0.1 kPa，精度±2.5%土壤温度：土壤温度-40℃～+50℃，分辨率0.1℃，精度±1℃　　供电要求：3.6V-15VDC　　探头尺寸：9.6 cm (l) x 3.5 cm (w) x 1.5 cm (d)传感器安装工具---螺旋钻DT-80M数采，内置GPRS/3G数据传输modem12V26Ah可充电电池及充电器，供电管理模块太阳能板，安装附件及支架内置防雷模块预安装和测试使用手册　　　　SFL-600原位微型蒸渗仪：不锈钢柱体，60cm高，内径30cm，6个传感器安装孔，分别在5,30和55cm处，每层2个； 野外安装防护罩，带有可拆除的密封条，78cm高，直径46cm；底部水势双向控制的泵系统，可由田间基质势控制或手动；PL100蒸渗土柱称重平台：　　　　称重范围：0-100kg，最大150kg　　　　超高精度放大器，最大误差为额定范围的0.02%　　　　直径320mm，高114mm　　　　C5级称重传感器，IP69防水等级　　　　2个阳极化处理的称重盘接触点，高度可调　　　　RS485、USB（tensiolink）、SDI12模式或等比例模拟输出（0-1/2/5V）　　　　8针M12连接口PL10渗滤液桶称重平台（技术参数同SFL-300）；10L渗滤液桶及其可埋设安装工具；1个田间参比水势T8张力计（技术参数同SFL-300）；3个5TE Echo-probe土壤水分、温度和电导率探头（技术参数同SFL-300）；3个MPS-2基质势张力计（技术参数同SFL-SET-300）； 传感器安装工具---螺旋钻DT-80M数采，内置GPRS/3G数据传输modem12V26Ah可充电电池及充电器，供电管理模块太阳能板，安装附件及支架内置防雷模块预安装和测试使用手册　　　　SFL-900原位微型蒸渗仪：不锈钢柱体，90cm高，内径30cm，6个传感器安装孔，分别在5,45和85cm处，每层2个； 野外安装防护罩，带有可拆除的密封条，108cm高，直径46cm；底部水势双向控制的泵系统，可由田间基质势控制或手动；PL200蒸渗土柱称重平台：　　　　称重范围：0-200kg，最大250kg　　　　超高精度放大器，最大误差为额定范围的0.02%　　　　直径320mm，高114mm　　　　C5级称重传感器，IP69防水等级　　　　2个阳极化处理的称重盘接触点，高度可调　　　　RS485、USB（tensiolink）、SDI12模式或等比例模拟输出（0-1/2/5V）　　　　8针M12连接口PL10渗滤液桶称重平台（技术参数同SFL-300）；10L渗滤液桶及其可埋设安装工具；1个田间参比水势T8张力计（技术参数同SFL-300）；3个5TE Echo-probe土壤水分、温度和电导率探头（技术参数同SFL-300）；3个MPS-2基质势张力计（技术参数同SFL-300）； 传感器安装工具---螺旋钻DT-80M数采，内置GPRS/3G数据传输modem12V26Ah可充电电池及充电器，供电管理模块太阳能板，安装附件及支架内置防雷模块预安装和测试使用手册　　　　六、产地：德国