黄土高原土壤水分的自动监测——TDR系统及其应用

TDR(Time Domain Reflectory)——时域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器 ,这是一种利用电磁脉冲方法 ,根据电磁波在介质中传播速度来测试介质的介电常数从而测定土壤水分的仪器。本文介绍了一套 TDR系统的组成和测量方法 ,并对测量结果进行了室内和野外校正 ,结果表明 ,野外校正比较符合实际情况 ,可以作为黄土高原地区进行 TDR校正的参考。由于具有快速、准确等优点 ,能自动、连续地监测土壤含水量 。

TDR法测定土壤含水量的标定研究

用波兰ET FOM/mts型TDR水份测定仪对封丘地区两种质地土壤在不同的温度和容量条件下进行测定 ,结果表明 ,其介电常数的平方根 (ε)与土壤容积含水量 (θ)有良好的线性关系 (r≥ 0 .997)。标定曲线的误差 (Sθ/ε)范围为 0 .0 0 2～ 0 .0 2 7cm3cm- 3,其中砂质土壤在温度较低 (1 6℃ )条件下的误差最小 ,壤质粘土在温度较高 (2 6℃ )条件下误差最大。

TDR法、中子法、重量法测定土壤含水量的比较研究

对用TDR法、中子法和重量法测得的土壤水含量观测值的比较结果表明 ,随着土壤深度和测量时间的变化 ,中子法的平均测定误差为 3.76 % ,TDR法为 3.5 9%。并且这 2种方法的土壤水含量观测值的时空变化和重量法具有相同的趋势。因此 。

TDR测定土壤含水量的标定研究

探讨了TDR测定土壤含水量的原理,并对黑河上游阿柔试验样地取土样进行了土壤体积含水量测定的室内标定试验,得出相关性较好的TDR测定土壤体积含水量的关系式.结果表明:通过室内土样回填建立的TDR测定的体积含水量与土壤实际含水量相关性很好,可以利用TDR精确的测定土壤含水量,为黑河遥感项目提供精确的地面土壤水分数据,为遥感反演和验证提供基础数据.所得到的标定结果对于具有相同土质的黑河中游土壤具有参考价值.

TDR联合监测土体含水量和干密度的传感器的设计及应用

土体含水量和干密度是岩土工程中的重要参数,现有测试方法周期长,扰动大,且无法实时进行多点自动化监测。从电磁学理论及时域反射测量(TDR)法出发,系统分析TDR传感器类型、材料及尺寸对测试精度的影响。针对现有商业化传感器的缺点,设计一种整体性强、性能可靠、价格低廉的传感器。通过专门设计的大型模型试验,对该传感器在大型工程中的应用效果进行研究与验证。结果表明,该传感器既能在现场快速测试土体质量含水量和干密度,又能长期实时监测二者在土体不同深度的变化情况,且准确度高,是岩土工程施工阶段质量控制及使用阶段安全监测的一种有效工具。

TDR测定喀斯特地区石灰土含水量的标定研究

土壤含水量是气候、水文、土壤侵蚀等研究中的一个重要参数。TDR法因具有方便、快速、精确且不扰动土壤等优点而得到广泛应用,但因受土壤质地、容重、温度等物理因素的影响而必须对其进行标定。本研究采用室内标定(壤土)和田间标定(粗、中、细质土以及三者的组合)相结合的方式,对用TDR法测定的喀斯特地区不同质地石灰土含水量进行了标定。结果表明:(1)TDR法测定的土壤含水量比烘干法测定值要小,两者最大绝对偏差在室内标定条件下为10.6%,田间标定为12.2%;相应的相对偏差最高分别可达60.3%和32.8%。因此,必须在使用前对TDR进行标定。(2)标定后TDR法测定的土壤含水量精度明显提高,平均绝对偏差低至1.4%~3.1%;室内标定曲线精度略低于田间标定曲线。(3)不同质地组合的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高(平均绝对偏差为1.5%~2.6%),可用于不同质地土壤含水量标定。本研究结果可用于修订校正研究区及类似区域TDR法测定土壤含水量的结果。

用NMR法验证在冻土中TDR标定曲线的可靠性

TDR技术是一种较新的测定冻土中未冻水含量的方法,它有很多优点,但是由于TDR技术应用于冻土中测定未冻水含量起步较晚,其可靠性有待于进一步验证.NMR技术是一种较成熟的测定冻土中未冻水含量的方法.通过应用NMR和TDR两种方法对不同初始含水率下的棕壤土冻融特征曲线的测定,对TDR法的标定曲线的可靠性进行了验证.结果表明:采用TDR法与NMR法测得的冻融特征曲线明显不同,在相同负温下前者的测定值高于后者,且其差异随初始含水率增高而加大;NMR法的测定结果表明,初始含水率对冻融特征曲线的影响很小;而TDR法的测定结果表明,由TDR法测得的冻融特征曲线,受初始含水率影响很大,随初始含水率的升高而明显加大.这表明含冰率和温度对冻土的介电常数影响很大,因此,采用TDR法测定冻土的未冻水含量时不宜采用原有的标定曲线.

高盐分环境下TDR测试高含水率方法研究

有效采用TDR技术测试土体含水率的关键在于建立介电常数与体积含水率之间的定量关系,目前常用的介电常数与体积含水率之间的Topp经验关系式是建立在低盐分环境下较低含水率条件下的。通过一系列室内试验,探讨了高含盐量环境下高含水率海相淤泥的介电常数与体积含水率的关系。研究结果表明,Topp经验关系式不适用于含盐量为1.5%～4.5%和质量含水率为120%～320%的海相疏浚淤泥。为了快速连续测试海相疏浚淤泥含水率,提出了一种基于w/θ和w/k坐标系定量分析介电常数与含水率关系的新方法,建立了w/θ与w/k的线性关系式,明确了高盐分环境下高含水率疏浚淤泥的介电常数与含水率之间有很好的相关性。同时采用他人已有的试验数据进一步验证了这种方法的有效性。

改进一步法模型及TDR自适应方法研究

建立土体含水率和干密度与电磁参数间的经验模型是TDR技术在岩土工程中应用的关键。在原一步法模型基础上,分别建立了土体含水率、干密度与土体介电常数等电磁参数间新的经验关系模型,实现了干密度和含水率的解耦计算。分析了击实功、孔隙水电导率、温度等因素对新经验公式的影响。通过标定后,新经验公式计算的干密度相对偏差在±5%以内,含水率偏差在±0.02 g.g^(-1)以内。同时,提出了一种TDR自适应方法,可在现场无标定条件下实现土体干密度和含水率的快速高效测定。

利用TDR对不同盐分土壤水分含量的测定

通过室内模拟设定不同盐分含量土柱,比较TDR输出电压值和烘干法测定的水分含量值,探讨土壤盐分含量对TDR测定土壤水分含量的内在影响。结果表明:随着土壤中盐分含量的增加,TDR测定数值明显增大;土壤电导率(σ)<2.56dS/m时,TDR测定电压与烘干法测得水分含量显著正相关(r2>0.882);σ>3.2dS/m时,测定数值不能很好地反映土壤水分含量变化。比较TDR测定低盐条件下土壤水分含量发现,当土壤水分含量较大时,TDR测定相对误差较小,土壤水分含量较小时,TDR测定相对误差较大。根据分析结果构建TDR测定土壤水分的综合模型,结合大田验证,并对模拟值和实测值进行精度比较分析,表明该综合模型能够较好的模拟农田墒情状况。

利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率的同步连续测量

土壤含水量和可溶解的土壤盐分浓度的测定,对了解土壤盐分的分布及移动具有重要的意义.在内蒙古黄河流域灌溉玉米田的一个野外实验中,利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率进行了同时连续测量.结果表明:在降雨量较少的时期内,当土壤水分从地下含水层向地表面移动的同时,地下水中含有的盐分也通过作物根区层向地表移动;当灌溉或有强降雨存在时,土壤表面蓄积的盐分在未能完全溶解于灌溉水及雨水之前,大量的灌溉水及降雨通过土壤内的大空隙快速渗入土壤下层;余下的水分在完全溶解了土壤表面的盐分之后,缓慢通过土壤小空隙下渗.

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献,总结了TDR研制与应用方面的若干新进展,概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明,线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制;多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。当温度在5～45℃之间变化时随着温度的升高,TDR在沙壤土中测定的土壤含水量降低,而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤,同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。

土壤水分时域反射仪(TDR)自制探头的校正与应用

根据TDR工作原理制作了TDR探头,并对其进行了室内标定,结果表明,介电常数的平方根(Ka)与体积含水量(,θ%)有良好的线性相关(R2=0.995)。并在田间与中子仪测定结果进行了对比,结果表明,平均绝对偏差为0.17%,平均相对偏差为8.58%,说明TDR自制探头可以在黄土高原地区推广应用。

应用TDR对土壤含水率及土壤冻结融解深的计测

运用 TDR(Time Domain Reflectometry)计测土壤含水量 ,80年代以来就受到了瞩目 ,到今天为止TDR方法在土壤盐分浓度 ,浸润面深度 ,冻结融解面深度等许多领域得到广泛应用。为了确认在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数 ε与含水率 θ之间的关系曲线的滞后现象的有无 ,以及确认运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度的有效性 ,进行了一系列的实验。实验证明 ,在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数ε与含水率θ之间的标定曲线中没有出现滞后现象 ,运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度不论在室内实验还是在田间实验中都很有效 ,并取得了较高的精度。

TDR水分计标定试验分析

土体含水量是控制非饱和土特性不可或缺的状态变量,快捷、准确地测量该变量成为推动非饱和土研究的重要环节。TDR水分计测定含水量具有方便、快速、经济的优点。围绕TDR测量原理,开展了探测体积、测量误差的标定试验,并在操作中总结出了TDR水分计的安装经验,结果表明:两针型TDR水分计探测范围集中在1.7倍探针间距的圆柱体内;针对砂土和黄土,TDR测量值比烘干含水量稍大,两者间可采用三次多项式拟合修正。为确保TDR水分计为实际应用提供准确可靠的水分数据,未来室内试验和室外监测使用前需预先进行标定。

土壤含盐量对TDR含水率测试结果的影响及校正方法

利用多种TDR仪器测试不同盐分质量浓度条件下的含水率,与烘干法测得的结果进行比较,探讨了土壤盐分对各种TDR仪器的测量精度的影响。针对TDR100仪器,采用多种探头,分析不同长度、不同间距的探针对测试结果的影响。结果表明,所选5种仪器测试结果均受盐分影响,随盐分质量浓度的增加,测得的含水率值增大或是无法得出合理数值。TDR100所用探头,其探针越长、间距越宽受盐分影响越大。在含盐率较低的土体中,各仪器测试结果与烘干法测量结果变化趋势基本一致,可采用线性函数进行标定,R2均在0.94以上。试验结果可为野外试验的选点、测试和含水率校正提供参考。

饱和粉土含水量及孔隙比TDR原位测试研究

为克服岩土工程勘察中饱和粉土的取样和送样过程中产生的震动及水分损失对其原始含水量及孔隙比的影响,通过建立土体介电常数与孔隙比及含水量的关系,采用TDR测试方法,实现对不同深度饱和粉土的含水量及孔隙比的原位测试。经与室内土工试验结果相比较,表明TDR方法测试结果可靠,且测试速度快、对土层扰动小,是一种值得推广的原位测试手段。

盐分对改进TDR测量土壤水分的影响及模型标定

为实现高盐土壤含水率的精确测量,在室内进行了不同含水率和盐分组合的土柱试验,对TDR探头进行了改进,并利用改进后的TDR测量土壤含水率,同时对结果进行标定。结果表明,改进后的探头能够测量高盐土壤含水率,盐分对改进后TDR的影响表现出与未改进探头不同的规律。Evett模型拟合决定系数为0.835,改进探头含水率测量算法以Evett模型为宜。

TDR在土壤盐分测试中的试验研究

提供了用TDR土壤水分测试仪在测试土壤含水率的同时可测到土壤含盐总量的方法。以黄河上游宁夏惠农县典型的黄河淤积平原的主要质地土壤为基础 ,利用德国产TRIME T3管式TDR土壤水分测量系统在测试田间土壤含水率时表示出的VOL和LEVEL值 ,经过与电导法测定的土壤含盐总量的拟合 ,得出它们与土壤含盐总量的函数关系。通过统计原理对该方程的检验 。

套管式TDR水分传感器侧向感应范围试验分析

套管式TDR水分传感器可以实现土体水分空间分布的连续变化观测。为明确套管式TDR水分传感器的测试准确性、稳定性及平面侧向感应范围,设计方形平面边长依次为100~600 mm、高度为400 mm的砂箱模型,进行10%目标质量含水率标准砂试样的标定试验。分析表明:砂箱边壁位于传感器平面侧向感应范围以外,质量含水率测试误差为正态分布随机误差,且置信水平为0.95的误差分布区间仅为(-0.41%,+0.41%),满足土工试验规范要求平行测定差值不大于1.0%的规定,测量精度达到了传感器标称±2%等级标准;针对沿深度变化的砂土含水率,TDR测试值通过了显著性水平α=0.05的多样本变异系数齐性检验,具有良好的稳定性;砂箱模型边壁侵入传感器平面有效感应范围将导致TDR测试值显著偏小,所用套管式TDR水分传感器的侧向感应范围约为300 mm边长的截面。