泥沙蒸发水质墒情(南京水利水文自动化研究所姚永熙)30897.pptx

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1、 三、泥沙测验仪器三、泥沙测验仪器 蒸发观测仪器蒸发观测仪器 水质自动监测仪器水质自动监测仪器 墒情自动测量仪器墒情自动测量仪器泥沙测验仪器泥沙测验仪器泥沙测验仪器的分类泥沙测验仪器的分类悬移质泥沙测验仪器悬移质采样器采取含沙水样自动悬移质测沙仪在水中直接测得含沙量推移质采样器河床质采样器室内用的泥沙分析仪器悬移质采样器悬移质采样器 悬移质采样器分为瞬瞬时时式式和和积积时时式式两大类。理想的悬移质采样器必须达到悬移质采样器标准要求。主要关键是：能采集到流态不受扰动，进口流速与天然流速一致，并克服泥沙脉动影响的水样；仪器能适用于各种水文测验设施，并具有综合测验功能，最好能一次性完成输沙率测验任务

2、。应该优先使用积时式采样器。积时式采样器简介积时式采样器简介 积时式采样器是采集江河水体中某一时段内悬移质泥沙水样的仪器。都具有一个小口径的进水管口，采样时进水管正对水流，水流入采样器内。由于进水管径很小（只有几毫米），所以采样历时要经过几十秒至几分钟。采得的水样克服了泥沙脉动的影响。积时式采样器按工作原理分为瓶式、调压式、皮囊式；按测验方法分为积点式、双程积深式，单程积深式；按结构形式分为单舱式、多舱式、转盘式；按仪器重量分可从手持式3kg重到能适用于深水、高流速大江大河的近1000kg重；按控制进水口门开关的方式有机械控制阀门与电控阀门，电控阀门又分为有线控制与缆道无线控制等。已有各类产品

3、。但调压式、皮囊式采样器没有普遍应用。调压式采样器调压式采样器 由于瓶式采样器只能用双程积深法取样，不能采集到任意测点的水样，这种采样器与理想采样器的要求差距较大。因此，一直在研究较为理想的积时式采样器。调压式采样器是在瓶式采样器的基础上，增设自动调压设备和阀门控制的一种积时式采样器。我国从20世纪50年代末开始试验研究调压式和皮囊式采样器（皮囊式采样器也是调压式的一种），70年代末研制成功几种调压式采样器，到80年代逐步完成系列产品，至今仍在不断发展，但发展较慢。皮囊式采样器也是一种调压积时式采样器。具有结构简单、无需设置专门的调压装置、操作方便、可靠性高、现场可以更换取样舱(皮囊）、进口流

4、速系数稳定等优点，容易得到应用。皮囊式采样器采用软性乳胶皮囊作取样容器。皮囊内是取样舱，皮囊外与水体直接相通的仪器舱是调压舱。在仪器入水前，将乳胶皮囊内空气排净。入水后，利用柔软乳胶皮囊具有弹性变形和良好的压力传导作用的特点，乳胶皮囊自动调节取样容积，始终保持皮囊内外压力平衡，达到瞬时调压的目的。皮囊式采样器皮囊式采样器关于水样进口流速与天然流速比值系数问关于水样进口流速与天然流速比值系数问题（进口流速系数）题（进口流速系数）采样器进水管内的水样进口流速与天然流速之比称为进口流速系数，用K表示，K应等于1。进口流速系数误差在流速为0.55.0m/s，含沙量在30kg/m3条件下，应有75%的累

5、计频率，达到10%，即K=0.91.1；当含沙量在30100 kg/m3时，应有75%的累计频率达到20%，即K=0.81.2左右。（k更易偏小）用实测方法计算进口流速系数K。将采样器放到某一测点，用进水开关控制采样时间。用采样器采得的水样（体积）、采样历时、进水管口径计算进水管内的水样进口流速。用流速仪测量采样器处的天然流速。从而计算进口流速系数K。自动悬移质测沙仪简介 自动悬移质测沙仪都能自动测得水中的悬移质含沙量，可以在水中工作较长时期，它们的输出数据或信号能自动转换为水中的悬移质含沙量，能够接入专用仪器、计算机、遥测终端机，可以远距离传输。这样的仪器有：光电测沙仪 振动测沙仪 同位素测

6、沙仪 超声波测沙仪 这些仪器处在不同的发展阶段，有各自可能的适用范围和特点，但均未在国内水文测验中正式使用。在国外，这些仪器用于水文测验的正式产品也不多。利用各种遥感方法也可以估测水中的含沙量，如利用光谱反射法测量海面、湖面较大范围的水域表层含沙量。还有悬沙图像分析仪，可以在水下拍摄图像，分析得到含沙量和粒径级配。光电测沙仪的工作原理 光线通过浑浊的液体时，因浑浊度不同，光强度会有不同程度的减弱。测出光线减弱量，再根据传输距离等影响因素，就可以计算出液体的浊度。在很多场合，天然水体中的泥沙含量是决定浊度的唯一因素。如果泥沙含量和浊度之间有稳定的关系，就可以用测量浊度的方法来测得含沙量。光线在水

7、中的衰减与下列因素有关：L光程，光线在液体介质中通过的路程；K吸收系数，某种介质相对于光线的特性；C含沙量，水中悬移质含沙量；d 悬移质平均粒径；r 悬移质容重。可以用下式估算光的衰减：式中：透过介质后的光通量；透过介质前的原光通量。由上式，可以在测得光通量后，根据已知的L、r，再根据率定所得的K和d，计算得出含沙量C。实际生产的仪器多数使用红外光或激光。大量仪器还是通过实际率定来确定含沙量和测得光通量之间的关系的。光电测沙仪的性能和应用光电测沙仪的性能和应用 准确性分析 由公式可知，泥沙容重r、泥沙直径d、吸收系数k都不是定值，泥沙直径的影响不可忽视。此类仪器可以用来测量泥沙平均直径就是一很

8、好的说明。所以光电测沙仪的准确度较差。不适用于较大泥沙含量 。上述典型产品原来只用于1 kg/m3的含沙量，并限于在30m的泥沙的粒径时。由于陆地水文测验的需要，已有这类仪器的改进型，可以测较大含沙量，可以适用于较低含沙量的江河。原仪器的含沙量测量误差可达20%。特点和应用光电测沙仪能自动长期工作，自动测量含沙量，测量速度很快，测得数据可以很方便地长期存贮和供自动传输。一般讲，只能应用于低含沙量、较稳定的泥沙粒径、较大的允许误差时。长期使用时，一定要保持光学传感器表面的洁净。超声波测沙仪的工作原理超声波测沙仪的工作原理 超声波在水中传播时，能量将不断衰减。可以用下式表示其衰减规律：式中：为原振

9、幅；为超声波传输到距离声源x处的振幅；x为超声波传输的距离；a为声波衰减系数；声波衰减系数是由纯水和水中含沙量二部分衰减系数组成的。由含沙量决定的声波衰减系数还受泥沙粒径、容重、泥沙粘性等因素影响。泥沙容重、粘性变化较小，如果粒径较稳定，就可以找出泥沙含量和声波衰减的关系。测得超声波衰减量和水中的泥沙含量。可以应用声学多普勒原理测量水中的含沙量。应用ADCP 测量流速剖面的同时，接收的声学回波也提供了水中含沙量的定性分布信息。已有对国外仪器的试验试用。由于它适用于高含沙量测量，在工业上有相应的测量泥浆浓度的产品。同位素测沙仪的工作原理同位素测沙仪的工作原理 同位素测沙仪利用射线通过物质时的能量

10、衰减原理测量被测物质的密度，从而测得含沙量。放射性物质能放射出、射线，射线波长短、穿透能力强。它通过物质时与其它光通过物质时的衰减情况类似，衰减情况可按指数规律计算。如入射射线强度为I0，穿过水体厚度为L，透过水体后的射线强度为I，则：式中：R射线在水体中的质量衰减系数；水体密度。此式与超声波测沙的计算公式类似，说明这二类仪器的工作原理是相近的。质量衰减系数R受光电效应、康普顿散射和电子偶效应影响，由此三部分影响分别形成的三种质量衰减系数R1、R2、R3组成。此三种质量衰减系数相互独立、互不影响，且R=R1+R2+R3。仪器相应的R值可以经测试后确定。测得射线通过水体后的强度I，由已知的I0和

11、R，就可以由下式计算水体密度：同位素测沙仪的性能和应用同位素测沙仪的性能和应用 1技术性能 同位素测沙仪能适应0.51000 kg/m3的大含沙量范围，也能适应较大的流速。但在水文测验中尚无典型产品。工业应用多。2准确性分析 同位素测沙仪计算公式中的三个分量并不相互影响，也较稳定。更重要的是它们受泥沙颗粒大小、容重、粘性的影响很小。所以由测得的射线强度I计算得到的含沙量较稳定准确。国内在上世纪六十年代有过成功的实际应用，能够达到泥沙测验的要求。3特点和应用 同位素测沙仪工作性能较稳定，测量准确度也较好，这是一种较好的自动测沙仪器。含沙量太低时，测量误差较大。同位素测沙仪必须使用放射源。在放射源

12、对人体保护、环境影响方面，在放射源的保管、应用、处理方面有很多问题。目前放射源的剂量很小，仪器的保护越来越完善，对人体健康、环境很安全。同位素测沙仪应该有较好的应用前景。振动测沙仪测沙原理振动测沙仪测沙原理 振动测沙仪是一种密度传感器，其核心部分是一根利用特种材料制成的空心振动管。它的固有振动频率随着流经振动管内水体密度的变化而变化。充满水体的振动管的固有振动频率可用下式计算：式中：an 振动管二端紧固梁的固有频率系数；E振动管材料的弹性模量；I振动管惯性距；L振动管的有效长度；AS振动管材截面积；ps 振动管材密度；A流经振动管内被测液体的截面积；p被测液体（水体）的密度。仪器设计制作定型后

13、，除水体密度外，上述各量均为定值，水体密度和振动管固有振动频率为单值函数，可以由振动管振动频率推求水体密度以及含沙量。振动测沙仪的特点和应用振动测沙仪的特点和应用 振动测沙仪没有可动部件，也没有与水体接触的发送接收传感器，与水体接触的振动管只是一个水流通道，所以它能长时期自动工作。测量速度也很快。使得这种测沙仪可以作为一种自动监测仪器应用。影响仪器测沙性能和稳定性的因素较多。使用前要确定并置入泥沙密度值；长期应用时要注意定期调整，以保证测沙准确性。振动管内腔是一细长型管道，含沙水流流经时很可能产生泥沙残留淤积。一旦发生泥沙淤积，将严重影响测沙准确性。在长期使用时，在不同测量环境下，很有可能发生

14、淤积问题。这是影响振动测沙仪能否长期自动工作的主要因素。在工业上用来测量管道（或抽入仪器）中的泥浆、粉浆的密度，浓度都比较大。更多地用于各种溶液密度的测量。水文上还没有较广泛地应用。该类仪器可以用于中高含沙量的直接测量，能否用于定点的长期自动测沙要视所用产品的性能而定。推移质、河床质采样器和跃移质推移质、河床质采样器和跃移质泥沙测验仪器泥沙测验仪器推移质泥沙采样器推移质泥沙采样器器测法差压式推移质采样器 框式推移质采样器 坑式采样器其它方法国际标准中列举了差测法、沉淀法、沙丘追踪法、遥测法、示踪法等方法 推移质泥沙采样器的工作原理推移质泥沙采样器的工作原理 推移质泥沙采样器都具有一固定宽度的口

15、门，放到河底后，能稳定地紧贴河底。推移质泥沙通过口门进入采样器的泥沙收集器，经过一预定的时间后，提起采样器，根据采集到的推移质质量，口门宽度、采样历时计算出断面上该点的河底单位宽度、单位时间的推移质输沙率。然而再根据采样器效率（如果知道的话）、断面上各测量点推移质输沙率推求整个断面推移质输沙率。压差式推移质采样器压差式推移质采样器 压差式推移质采样器的工作原理压差式采样器适用于沙质、小砾石河床。从进口口门向后，采样器的横断面逐步扩张，后部形成负压，使流速减慢，有利于进入采样器的推移质泥沙滞留在采样器的泥沙收集器内。泥沙收集器的结构可能是底部的一些档板、固定在出口处的网兜、或者是专门设计的收集室

16、。压差式推移质采样器的结构压差式推移质采样器由口门、泥沙收集器、带配重和尾翼的器身组成。国外的采样器对口门不加控制，一直敞开。我国的一些压差式推移质采样器增加了口门开关板，对采样器内部横断面的逐步扩张也有所研究，采用一些弧形顶板等，使采样器内水流平顺。有利于采样效率的稳定。AYT-300型砾、卵石推移质采样器 AYT-300型采样器是一种压差式砾、卵石推移质样本采集器，其特点是利用进口面积与出口面积的水动压力差，增大器口流速，使器口流速与天然流速接近，达到采集天然样本的目的。技术指标（1）适用范围：流速5m/s、水深40m、推移质粒径2mm250mm的卵石夹沙及砾、卵石；（2）口门宽：300m

17、m；软底网（3）承样袋：2mm孔径尼龙网袋；（4）仪器尺寸：总长1800mm、总高438mm、器身长900mm；（5）采样器质量：350。这种采样器是用来采集粒径2mm以上推移质的，以填补上二种采样器的适用范围空档。使用软底网以贴紧河床，用尼龙网袋承集所采推移质样品。室内泥沙颗粒分析仪器室内泥沙颗粒分析仪器人工分析方法：筛分法、沉降法、吸管法。自动分析方法（光电颗粒分析技术）。浑匀沉降消光法。光散射衍射法。光子相关光谱法。（用于工业）应用全静态沉降分析技术的光电颗分仪应用全静态沉降分析技术的光电颗分仪粒度分析原理一定粒径的（泥沙）颗粒在静止的分散介质（水）中由于重力作用自由下沉，当粒径小于或等

18、于0.062时（粉沙），沉速遵循Stokes公式。当粒径为0.0622.0时（砂粒），采用另一公式（沙玉清的过渡区公式）。在沉降管（区）内，某一时刻不同粒径的粒子群将处于不同的高度。光透射过粒子群时，由于粒子对光的吸收、散射作用将使光强衰减，类似于光电测沙原理。由测得的透射光强，可依据Beer定律计算出含沙量。根据测量时的时间、测量处所在沉降管的高度，可进一步求得粒子的粒径级配。产品河海大学曾有过早期产品。应用较多的是1996年研制成功的DLY-95光电颗粒分析仪。地地下下水水采采样样设设备备 地下水采样泵 地下水采样器对地下水采样设备的技术要求在我国的有关规范中只有原则要求，没有看到国际标准

19、，在美国材料试验学会的行业标准中有比较详细的规定。综合这些文本和实际需要，对地下水采样设备提出如下主要技术要求：1所用材料应耐腐蚀，化学性质稳定，不会影响所采水样的化学成份。应主要使用不锈钢、玻璃、稳定的工程塑料等材料。2采样过程中应使水样尽量少与空气接触。在提升上地面过程中不能与采样设备外的水体发生交换。3被采样的水体在采样过程不能有太大的扰动，进入采样设备内部后也不应被过分地搅拌（如采样泵的旋转叶片）。4抽水采样时，流量应较小，以免扰动井中水体。5应能采到要求深度处的水样。水面蒸发观测仪器水面蒸发观测仪器 用于水面蒸发量人工观测的仪器有E601型蒸发器和20cm口径蒸发器。以及一些自动蒸发

20、观测仪器。自动蒸发观测仪器都是在E601B的基础上构 成的。水面蒸发观测规范规定了E601的结构，原标准中规定的E601用钢板制作。后经改进，应用玻璃钢制造的E601B型水面蒸发器的性能优于用钢板制作的E601型。作为更新换代产品，E601B型水面蒸发器已成为水文、气象部门统一使用的标准水面蒸发器。在水面蒸发器国家标准中的标准水面蒸发器就是原来的E601B型水面蒸发器。自动（记）蒸发器自动蒸发器有自记蒸发量和可以用于遥测的信号输出功能。除了量测装置以外，它们的蒸发桶、水圈、溢流桶都和标准水面蒸发器（E601B型）一致，只是在观测蒸发桶内水位的方法上应用了自动化“水位计”。所以蒸发器和水位计有很

21、多相同之处，但蒸发器的水位测量精度和分辨力要求都高于一般水位计。由于要保证蒸发桶内水面不能发生较大变化，自动蒸发器还必须有向蒸发桶内补水的功能。这二条是自动蒸发器和自动水位计的不同。测量水位有很多方法，也可以设计成相应的自动蒸发器。从目前情况看，补水式自动蒸发器和浮子式自动蒸发器已有产品提供。另外还有超声自记蒸发器，应用磁致伸缩液位传感器的自记蒸发器。工作原理 用联通管将蒸发桶内水体与一小的“静水井”相连，用一高精度、高分辨力的浮子式水位计测量此“静水井”内的水位，也就测得了蒸发桶内水面的变化。再辅以自动向蒸发桶补水和自动处理降雨影响的功能，构成了一台浮子式自动蒸发仪。仪器结构与组成 仪器包括

22、一个高分辨力的精密浮子水位计、自动补水机构、控制部分、记录装置、电源等。需要补水水箱或水源。蒸发桶应用标准水面蒸发器（E601型）。仪器内有一浮子室，浮子室和蒸发桶联通。浮子式水位计感测浮子室内的水位。为了达到较高的准确性，常采用光电编码器。控制部分定时测量编码器输出，得到水位和蒸发值。当水位降到一定高度时，自动补水机构向蒸发桶内定量补水。补水结束，以新的水位起点再开始测量水位和蒸发量。如果遇到降雨，小雨时类似补水效果（还可测得降雨量），雨停后仍能自动测量蒸发。与前述补水式自动蒸发仪相比较，这种仪器的自动化程度较高。这种蒸发器的结构比较复杂，可能对仪器的稳定性和准确度有影响。浮子式自动蒸发仪浮

23、子式自动蒸发仪其它形式的其它形式的自记蒸发器自记蒸发器 超声波自记蒸发器应用超声波测量水位的原理来测量蒸发器或大型蒸发池内水面高度，也可以由此测得蒸发量。不过，水位测量必须非常准确，一般产品不易做到。如果没有自动补水装置，将需要人工补水。这类仪器还没有正式应用。应用磁致伸缩液位传感器的自记蒸发器磁致伸缩液位传感器（见水位测量部分）能测得很准确的水位，蒸发器内的水位变化很小，很适合应用磁致伸缩液位传感器。已有这种自记蒸发器，其自动化程度和准确性都很高。水质自动监测仪器水质自动监测仪器 直接法水质测量仪（电极法）水质自动分析仪 直接法水质测量仪（电极法）直接法水质测量仪（电极法）工作原理：工作原理

24、：直接法水质仪的传感器放入水体中，能直接感测到某一水质参数的数值。某一种电极只能测得某一种水质参数。感应头直接感应水质，没有可动部件，可以较长时期在水中工作，连续测量。测离子浓度的测量电极由一个离子选择性电极和一个电位恒定的参比电极组成。放入待测水体后，水中某种离子浓度会对相应的离子选择性电极起作用，改变测量电极二电极间的电位。测出此电位，就可以求得相应的离子浓度。测得的电位和离子浓度有较稳定准确的关系。有些参数，如水温、浊度、水深（压力）、电导率等也用一个“电极”来测量，但测量元件就不是上述的电极了，它们是温度传感器、光电浊度探头、压力传感器等。离子选择性电极能用于CN、F、CI、NH4+、

25、S2、SO42、NO2、NO3、K+、Ca2+、Mg2+等离子的监测。常规五项都用电极法自动监测。有些水质参数可以通过其它测得参数转换得到，如盐度可以从电导和水温得出。一些复杂的“电极”已能测量COD等参数。水质自动分析仪水质自动分析仪 水质自动分析仪能在野外自动采集水样，自动进行实验室里的分析工作，得到某种水质参数的分析结果。准确性高。水质分析方法很多，原理复杂。主要有下述几种基本原理：定量加入某种试剂与待测物反应，直至这种物质消失。测定加入的试剂量，得到某一水质参数含量。同时要应用某种方法测定这种物质反应消失的时间，才能测得加入的试剂量。也可以加入过量的试剂，保证被测物消失，然后再测出加入

26、试剂的残留量。通过各种光学方法测定某些物质含量，如紫外分光光度仪常被应用。紫外光也被用来催化反应。使用内置测量电极测量自动分析过程中某种物质的浓度，从而换算得知需测定的水质参数量。用其它方法转变或消耗掉需测物，再测定转变后的物质量或转变时需要的某种物质量，从而确定需测的水质参数量。水质自动分析仪的特点 功能完善，可以分析大多数实验室内才能分析的水质参数。它将实验室分析过程自动化，所以能满足大部分水质参数的自动化监测要求。方法准确，测量准确性高。由于它没有改变公认的标准分析方法，所以它的测量准确度高于电极法。总的讲可以达到15%的误差范围。水质自动分析仪的局限性：结构复杂、庞大，价格昂贵；野外安

27、装难度大；需要设计安装抽取水设备。有时候，抽水取水设备的制造安装成本是很高的。水样的沉淀、过滤等预处理以及对仪器和抽、取水管道的清洗较复杂。可能受泥沙、水色影响。水质自动分析仪可以用于绝大多数水质参数的自动监测 。墒情自动测量仪器直接测量土壤含水量烘干法（标准方法）中子法 微波测量方法土水势测量方法张力计法（负压计）压膜法 电阻法 1.张力计；2.压力变送器；3.测量仪；4.土壤。张力计下端装有一特制瓷杯，瓷杯壁上的孔隙允许有压水通过孔隙，而对空气起阻止作用。将张力计内装满水，密封后埋入土壤中。张力计中的水通过瓷杯壁上的孔隙与土壤水分建立水力联系。当张力计内外的水势大小不同时，水将由高水势处向

28、低水势处运动，直到内外水的势能达到平衡。除非土壤水分饱和，在土壤水吸力的作用下张力计内的部分水会向外运动而使张力计内形成负压，测量张力计内负压的大小即可得到土壤水吸力的值。用压力变送器进行测压。使用的压力变送器主要是压力表和压阻式压力传感器。分人工读数和自动测量两种形式。测得土壤水吸力后，再依据土壤性质，利用这种土壤的土壤水吸力与土壤含水量的关系确定土壤含水量。张力计张力计（负压计）（负压计）式土壤湿度仪简介式土壤湿度仪简介雷达（微波）土壤湿度仪雷达（微波）土壤湿度仪利用微波在土壤中的传播特性受土壤含水量影响的原理可以测量土壤含水量。雷达使用微波，有时也把使用微波的仪器称为雷达土壤湿度仪。可以

29、根据探测器发出的电磁波（微波）在不同介电常数的物质中传播速度（时间）的不同计算土壤含水量，如依靠反射波测量，这样的仪器称为时域反射仪（Time Domain Reflectometry,简称TDR）。如测量单向传播速度，称为TDT。也可以利用介电常数不同，探测器和土壤构成的电容不同，测 量 其 电 容，计 算 土 壤 含 水 量。称 为 频 域 反 射 仪（Frequency Domain Reflectometry,简称 FDR）。从使用角度看FDR和TDR差别不大。总的讲，TDR的性能优于FDR，但价格也贵些。时域反射仪（TDR）的工作原理 电磁波在介质中传播速度V可用下式表示：式中：C电

30、磁波在真空中的传播速度；介质的介电常数；磁性常数。C为300 000km/s。土壤的磁性常数为1，由此：土壤中固体成分占其容积的50%左右，土壤固体成分的介电常数一般为2，水的介电常数约为80，因此土壤水分数量的多少对土壤的介电常数影响很明显。不同质地土壤的介电常数与土壤含水量的关系可以统一标定。误差在5%以内。而且容重、温度对土壤的介电常数与土壤含水量的关系影响很小。时域反射仪利用上述原理，测定电磁波在土壤中传播一定距离所需的时间，求出土壤的介电常数，再根据仪器中已标定的土壤容积水含量与土壤介电常数的关系推求出土壤水含量。时域反射仪（TDR）的性能特点 准确性分析时域反射仪测量原理准确，电磁

31、波传播速度的影响因素、磁性常数、介电常数的物理意义很明确，只要能准确测量出传播速度，就可以得到较准确的土壤含水量。所以时域反射仪的测量准确性比较高，仪器指标可达到2%。但实际应用时，应该标定使用地点的土壤容积水含量与土壤介电常数的关系，并要注意其稳定性。否则难以达到理论上的测量准确度。这种仪器价格较贵，一般情况下传输电缆不会超过5m（需要延长时要另行处理），所以比较适用于临时性和半永久性地在测点使用。可以长期埋设使用。频域反射仪（频域反射仪（FDRFDR）的工作原理）的工作原理插入土壤中的电极与土壤（土壤被当作电介质）之间形成 电 容，并 与 高 频 震 荡 器 形 成 一 个 回 路。当10

32、0150MHz的高频波施加在此电容上，会产生一个与土壤电容（土壤的介电常数）相关的共振频率，共振频率的变化反映了土壤含水量的变化，共振频率的振幅也反映了土壤的电导率。在电路的设计中有人采用驻波映射土壤含水量，有人采用高频电容映射土壤含水量。高频电容法的测量精度比驻波法低。FDR墒情传感器采用的是100MHz左右的电磁波，波在传输过程中受土壤的温度和电导率（盐份）的影响大，即使采用温度补偿，其测量精度比TDR墒情传感器仍可能要低一些。这是频域测量技术决定的。一般认为介电常数的平方根与土壤含水量存在稳定关系，可以适用于多种土壤。在中低含水量时（如小于0.5m3/m3），可以用线性方程表示。中子土壤

33、湿度仪 工作原理 快中子源发出的中子在通过土壤时遇到土壤水的氢原子后，快中子将失去部分动能变为慢中子，测出慢中子的数量可以计算出土壤中的含水量。土壤中水分愈多，中子传过一段固定距离后碰撞到水中的氢原子愈多，从而产生的慢中子也愈多。这个规律很确定，因此测得的慢中子数和土壤含水量的关系相当稳定。通过率定找出此关系就可以用此原理来测量土壤含水量。仪器结构与组成 仪器包括快中子源、慢中子检测器、处理记录显示仪。快中子源常用低剂量的镅、铍放射源，使用时和慢中子检测器一起埋设在测量点。记录显示仪控制仪器定时测量计数，并显示和记录测得数值。中子土壤湿度仪的性能特点中子土壤湿度仪的性能特点 准确性分析 中子土壤湿度仪测量准确度较高，是一种早已被采用的仪器。慢中子产生的原因就和水中的氢原子有关，放射源是比较稳定的，慢中子计数也是很准确的。标定曲线的准确性决定了仪器的测量准确度。特点和应用 中子土壤湿度仪工作稳定、测量迅速、准确度高，很适于长期自动测量。由于它具有放射性，也最好能长期固定应用。也是因为它的放射性，与前述的同位素测沙仪一样，国内水文测验上很少应用。事实上目前的仪器所使用的放射性物质剂量很小，只要注意使用要求，不会有碍于人体和环境。由于要使用放射源，应用中各个环节要有专门规定。可以使用标准的标定曲线，也可以应用人工比测方法率定修正标定曲线。谢谢谢谢姚永熙姚永熙 2012