时域反射仪（TDR）测定土壤含水量标定曲线评价与方案推荐

时域反射仪（Time Domain Reflectometry）可用于室内和田间快速、 准确、 自动测定土壤含水量, 是目前应用最广泛的土壤含水量测定方法之一。适宜的土壤含水量标定曲线（即土壤表观介电常数和土壤含水量之间的关系）是TDR准确测定土壤含水量的关键。目前文献中存在大量的土壤含水量标定曲线, 但尚未有研究对这些标定曲线进行系统的验证和分析评价。因此, 它们的准确性和适用范围尚不明晰, 严重影响到与土壤含水量测定相关的研究。通过查阅大量国内外文献, 收集整理了一系列土壤含水量标定曲线的经验公式（19个）和半经验半物理模型（5个）, 并利用大量的文献实测数据对其进行综合评价。同时运用均方根差（RMSE）, 平均误差（AD）, 纳什效率系数（NSE）等三个指标对比分析和评价这些标定曲线的准确性和可靠性。研究结果表明： 经验公式中Topp、 Roth（1992）2、 Jacobosen、 Yoshikawa2、 Alharathi模型和半经验模型中Malicki1公式及其修订模型综合性能较好。研究成果可为利用TDR准确测定土壤含水量及土壤含水量标定曲线的选择提供参考和指导。     

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:通过室内土样同填建立的,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.     

频域反射分析法测定土壤含水率标定试验研究

对滑坡体土壤含水率进行长期和连续的监测,有利于对滑坡体的变形分析和安全预警。为了提高频域反射分析法（FDR法）测量土壤含水率的精度,通过室内标定和现场标定相结合的方式,对使用FDR法测定野外现场滑坡土壤含水率进行了标定。通过对比分析FDR法和烘干法测得的土壤含水率数据,探讨电压信号、含水率、绝对误差和相对误差之间的对应关系,并建立函数模型。试验结果表明:FDR法测定的土壤含水率较烘干法偏高;通过线性、多次曲线及指数形式对试验数据进行拟合和回归分析,最终确定四次曲线作为标定方式,标定后测得的土壤含水率精度明显提高,平均绝对误差可控制在2%以内。该方法可用于类似条件下FDR法测定土壤含水率的标定。     

应用时域反射仪测定农田土壤水分

介绍了时域反射仪(TDR)测定农田土壤水分的方法及其应用,包括测定农田根系层土壤含水量和一定深度范围内土体贮水量,TDR自动、连续监测土壤水分,用TDR实测土壤水分来估算作物不同生长发育期内农田实际蒸散量以及用于探讨农田水分空间变异性。还对TDR、中子仪和土钻法测定的土壤含水量进行了比较,结果表明,应用TDR测定农田土壤水分要优于中子仪和土钻法。     

RV-1型TDR土壤水分传感器基本特性研究

土壤水分测量在许多研究中具有重要意义,基于土壤介电理论,以TDR(时域反射法)为原理开发一种RV-1型土壤水分传感器,并对其特性进行标定。通过测定不同土壤含水量条件的传感器输出电压值,利用三次多项式、生长曲线和分段直线函数分别对测量结果进行拟合分析建立两者的函数关系。研究认为用直线的分段函数来表达这种土壤水分传感器特征,其结果最为理想。     

中子仪的标定及其在小流域土壤水分监测中的应用

中子仪是目前广泛用于土壤水分动态监测的重要仪器。中子水分仪的优点是方便、快速、不扰动土壤,可在同一地点进行多次测量,测量水分的范围宽,不受滞后影响,还可与自动记录系统和计算机连接,但率定工作曲线确定具有一定的难度,深度分辩不够准确,对表层土壤水分的测定精度低以及具有一定的辐射危害性等。通过在神木六道沟小流域的研究,表明中子仪经过不同质地的土壤标定后,完全可以用于具有不同土壤质地的小流域土壤水分的动态监测。本文在介绍中子仪野外表达常用方法的基础上,在小流域三种不同类型土壤上对中子仪进行了标定。研究结果表明,通过分层标定法中子仪可以得到精确的标定并可应用于小流域不同类型土壤水分动态的准确测量。     

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.     

冻融过程对黑土水稳性团聚体含量影响

以黑土为试验材料,通过室内模拟试验,研究了冻融过程中含水量、温度、循环次数等因素对黑土团聚体稳定性的影响.结果表明:田间持水量(40%)时的冻融过程增强团聚体稳定性,含水量过高或过低均破碎团聚体,特别是高含水量(70%);冻结温度对团聚体稳定性也有显著影响,含水量条件是适宜冻结温度的先决条件;随冻融循环次数增加(1次、7次和14次)各级团聚体含量(>0.5mm)、团聚体总量和平均重量直径降低.在此基础上,针对含水量对团聚体稳定性效应的研究争议,提出冻融过程团聚体稳定性的土壤水气矛盾统一体假设.建议在黑土冻结前,调节土壤含水量至田间持水量,从而保持和改善土壤物理结构.     

一种新的土壤冻融特征曲线模型

土壤冻融特征曲线（SFTC）可以描述冻融过程中未冻水含量随负温的变化关系。准确刻画土壤冻融特征曲线对土壤的冻融过程及相关的水热耦合运移研究至关重要。以往研究中土壤冻融特征曲线适用范围较窄,无法满足实际需要。通过类比水分特征曲线,考虑初始含水量和溶质浓度对未冻水含量的影响,提出了一种新的冻融特征曲线模型,经广泛的文献数据验证表明,新模型能准确拟合观测数据,平均纳什效率系数高于0.95。与另外五种土壤冻融特征曲线模型相比,新模型在不同质地、初始含水量、溶质含量的土壤中表现良好。此外,敏感性分析显示,影响模型性能的主要因素为土壤自身物理特性、土壤溶质浓度以及残余水含量。新模型及研究结果有助于更好地理解土壤冻融过程中的水热传输过程,可为气候变化条件下冻融区生产建设和环境研究奠定坚实的理论基础,并为寒区工程相关数值模拟提供参考。     

前期土壤含水量对水文模拟不确定性影响分析

前期土壤含水量是影响洪水形成的重要流域物理因素,在该次水文模拟中土壤初始含水量采用新安江日模型计算得出.研究中,通过改变日模型模拟的时间长度TP,来研究初始时刻土壤含水量的变化对洪水模拟精度的影响.结果表明:初始土壤含水量对于洪水模拟的精度有显著影响,不同日模型计算时间可以使次洪初始土壤蓄水量W的变化达到42%,而相应的洪峰偏差达到57.7%.土壤和降雨观测数据分析显示,土壤体积含水量与前期累积降雨量有一定地相关关系.为有效解决传统模型与流域真实物理属性数据的融合问题,初步建立了实测土壤体积含水量数据与模型中土壤湿度参数及前期降雨的经验关系.     

时域反射技术测量海洋沉积物含水量的研究

时域反射技术(TDR)已被广泛应用于农业、地学等领域的水体分布特征研究。经实验发现,当沉积物孔隙水的盐度高于约0.5%时,利用传统的TDR探针无法测量沉积物的含水量。通过对TDR探针进行改进,发现加套管的TDR探针可以测量高盐分沉积物的含水量。观测了向干砂中加入盐度为0、0.5%、2%和3.5%溶液过程中介电常数的变化情况,初步建立了此种情况下沉积物的介电常数与含水量间的经验关系式。这一研究将为TDR在海洋沉积物含水量和水合物饱和度测量等方面的应用提供新的方法与思路。     

探地雷达测定地基土含水量的实验研究

利用室内模型槽,采用探地雷达开展了测定地基土含水量的室内实验研究。通过对探地雷达反射波法测定的介电常数和烘干法测定的含水量之间的曲线拟合,提出了实验用粉土的含水量与介电常数之间的经验公式。与实测含水量的对比分析表明,Topp公式在一定含水量范围内有良好的适用性,而本文提出的经验公式较Topp公式具有更宽的含水量适用范围和更高的预测精度;针对不同类型土建立相应的含水量和介电常数之间的经验公式是必要的,将有助于提高探地雷达测定地基土含水量的精度。     

时间域反射法用于滑坡监测的试验研究

依据时间域反射测试技术（TDR）的基本原理,提出了TDR技术在滑坡监测中的野外工作方法。为了更好地了解电缆的变化规律,进行了室内试验。结合实际应用,给出了TDR监测滑坡的野外应用实例。通过对室内模拟试验和野外应用试验数据的分析、对比,讨论了TDR监测滑坡的实际应用效果和有效性。研究结果表明,与传统的滑坡监测方法相比较,TDR用于滑坡监测的技术方法比较新颖,具有节省时间、成本低廉、定位准确等特点。由此可见,TDR用于滑坡监测,能够实现快速、实时、连续监测。     

石油污染多孔介质含水量测定技术

石油污染多孔介质中含有石油和水分,采用传统的烘干法测定其含水量时,水分和油分会同时产生挥发,无法准确测定含水量。在传统烘干法测定含水量的基础上,根据水分和油分不同的挥发特征,提出了石油污染多孔介质含水量的定义和计算公式,测定了不同石油在多孔介质中的烘干损失系数,建立一种测定石油污染多孔介质含水量的改进烘干法。结果表明:该法测定的石油污染多孔介质的含水量与实际值的误差约为0.10%~0.50%,低于传统方法的测定结果,可用于室内各项石油污染多孔介质的模拟研究。     

基于孔隙分形维数的土壤大孔隙流水力特征参数研究

根据数字图像制备分析技术得到大孔隙数目、大小和形状等特征数据,用分形理论计算孔隙分形维数,并对两类不同质地土壤的孔隙分形维数进行分析比较,应用基于孔隙分形维数的大孔隙分形模型,建立了土壤水分特征曲线和非饱和导水率的预测模型。结果表明,孔隙分形维数D_v可定量描述不同质地土壤结构,其模型预测精度优于颗粒大小分布估计的分形模型,可用于实际问题的研究。     

TDR技术在公路边坡监测中的应用试验

针对时域反射法（TDR）在边坡工程监测中的应用,在简要阐述TDR技术基本原理的基础上,通过对几种不同型号同轴电缆进行室内剪切试验和在实际工程的施工过程监测系统中进行应用试验,研究了不同型号同轴电缆在相同剪切变形条件下TDR波形的不同反映,对比分析了TDR技术与钻孔测斜技术的监测结果,得出了TDR技术能快速、经济、安全、准确确定边坡滑动面位置的结论,并提出了应根据监测目的选择不同型号同轴电缆的应用准则。研究表明,TDR技术非常适用于边坡勘察。     

耕层土壤含水量消长规律分析

利用濉溪县耕层土壤含水量和同期观测的降水量、蒸发量资料分析表明:耕层土壤含水量的消长与基期土壤含水量、期间降水量和蒸发量呈多元直线相关关系,其中耕层土壤含水量增加量主要取决于基期土壤含水量的高低和降水量的多少;土壤含水量减少量主要取决于蒸发量的多少和基期土壤含水量的高低。耕层土壤相对含水量在50%～65%之间,需降水或补充灌溉15.9～82.3mm的水量。降水效力与基期土壤含水量和降水量呈多元指数曲线关系,蒸发效力与基期土壤含水量呈指数曲线关系。耕层土壤含水量的消退呈“快—缓慢—滞缓”的变化过程。使耕层相对含水量达到80%以上的一次降水(过程)过后,连续9.2～39.6d无降水耕层相对含水量尚可维持在60%以上。     

X射线荧光光谱法测定土壤和沉积物中的锰

X射线荧光光谱法(XRF)是测定土壤和沉积物中锰的重要方法,具有制样简单、非破坏性测定、检测速度快等优点。目前用于建立工作曲线的土壤和沉积物标准物质的锰含量最高为2490mg/kg,采用XRF法测定受污染土壤和沉积物中的锰含量时易超出工作曲线测定范围。本文将锰标准溶液定量加入到土壤标准物质中,制备锰含量更高的校准样品,工作曲线的测定上限范围由2490mg/kg提高至3780mg/kg。该方法测定不同含量标准物质中锰含量的结果均在认定值范围内,实际样品的加标回收率为97.8%～108.3%,高含量锰的实际样品测定值与电感耦合等离子体发射光谱法测定值的相对偏差小于5.7%,相对标准偏差(RSD)小于0.4%(n=7)。实验结果表明该法测定锰含量高的土壤和沉积物的准确度和精密度良好。     

典型岩溶峰丛洼地坡面土壤水分空间变异性

采用网格法测量典型坡面上旱季（12月）和雨季（5月）的表层(0~5 cm)土壤含水量,以地统计学方法分析其空间变异性,结果表明:（1）与单一土地利用坡面相比,人为扰动强、土地利用多样的岩溶峰丛坡地表层土壤含水量表现为坡上未被扰动的自然植被区明显高于坡下人为改造的区域;旱季时坡地林地表层土壤平均含水量（32.8%）明显高于位于坡下的梯田空闲地（24.2%）、梯田橘园（20.0%）、梯田菜园（22.0%）、坡地裸地（23.5%）;雨季时,坡地裸地（30.2%）和梯田橘园（32.1%）有明显增大,梯田空闲地（17.8%）剧烈减小,坡地林地（32.2%）土壤含水量依然最高;（2）旱、雨季整个坡面上空间结构比分别为21.0%、8.7%,表现为雨季的空间相关性更好;旱、雨季表层土壤含水量变异系数分别为20.1%和31.7%,属中等程度变异;雨季表层土壤含水量的变程（77.5 m）显著高于旱季（8.0 m）,雨季的土壤含水量具有较好的空间变异结构;（3）裸岩周围空间的土壤含水量随与裸岩的距离增大而减小,梯田石坎周围空间的土壤含水量随与梯田石坎的距离增大而递减。      

云南滇池流域强烈灌溉条件下西芹大棚土壤水分动态特征

利用TRIME-T3型TDR仪土壤含水量测量系统和WM-1型负压计系统现场监测了强烈灌溉条件下整个作物生长期西芹大棚土壤水分、土壤负压(基质势)的动态变化;研究表明,不同深度土壤含水量受强烈灌溉的影响程度不同,0.3 m深度处受影响最大,1.0,2.0 m深度处受影响最小;受灌溉的影响,0.3,0.6,1.0 m深度处负压有所波动,其中0.3 m深度处负压的波动幅度最大;2.0 m深度处的土壤一直处于"饱和-非饱和"两种状态的转换之中;在地下水埋深为2.0 m左右,且上部土层的渗透性较差(饱和渗透系数仅为0.04 m/d)的情况下,地下水水位受灌溉的影响极小.