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濕地地下水生態觀測蒸滲儀
產品時間:2016-04-12
濕地是地球上Z為重要的生態系統類型,具有巨大的環境功能和效益,在提供水源、補充地下水、抵御洪水、調節徑流、蓄洪防旱、控制污染、調節氣候、控制土壤侵蝕等方面有其它系統不可替代的作用,被譽為“地球之腎"。

 

濕地是地球上zui為重要的生態系統類型,具有巨大的環境功能和效益,在提供水源、補充地下水、抵御洪水、調節徑流、蓄洪防旱、控制污染、調節氣候、控制土壤侵蝕等方面有其它系統不可替代的作用,被譽為地球之腎。
 
濕地地下水生態觀測蒸滲儀通過地下水位模擬控制系統、精準稱重系統、根系觀測單元、氣體通量觀測單元、溶質在線分析單元等,原位(In-situ)觀測或異地(Ex-situ)模擬觀測地下水位變化(02m)與濕地土壤蒸散、滲漏、降雨及溶質運移的即時(高時間分辨率)動態變化關系,研究分析濕地土壤水通量、溶質通量、氣體通量、持水狀況等與地下水位的動態關系,適于三角洲、河灘及洪泛平原、泥炭地、高山濕地及其它地下水位較淺(常年一般維持在02m)的土地類型。
 
圖一原位(In-situ)濕地地下水生態觀測蒸滲儀
 
由德國UFZ環境研究中心Meissner教授與德國UGT公司研制(Patent-No.: 19907462),利用公司特制的原位取土系統采取原位濕地土柱,采用精確的地下水控制系統,可精確重現真實的野外條件。原位濕地地下水生態觀測蒸滲儀直接安裝在濕地現場(如圖一所示),蒸滲儀底部經由平衡水箱通過壓力轉換器和流量表直接與外界環境(河流或湖泊水體、濕地地下水)相通。異地可以安裝在遠離現場濕地的實驗場(比如研究所院內等),原位地下水位經由實時水位監測和數據無線傳輸,及時在線調控蒸滲儀水位(如圖二所示),使蒸滲儀水位一直保持與原位濕地水位*。如果目標水位(原位水位)與蒸滲儀內的水位相差1cm或以上,地下水位模擬控制系統會自動觸發調節機制,使蒸滲儀與原位濕地水位始終保持*。
 

 
安裝在異地試驗場的蒸滲儀
 

 



 

1.   原位土柱
2.   溫度、TDR、水勢等傳感器及溶液取樣器等。
3.   地下水水位
4.   濾層
5.      稱重系統
6.      平衡箱
7.      儲水罐
8.      調節閥
9.      數據采集器


圖二安裝在異地試驗場的
 
地下水位模擬控制系統的調控機理為:當水位出現不*(相差1cm)時,首先關閉蒸滲儀和平衡水箱的閥門,然后向平衡水箱注水(或從中抽水),注水水源來自儲水罐(抽出的水會存放在儲水罐)。此后關閉儲水罐和平衡水箱間的閥門,打開平衡水箱和蒸滲儀間的閥門,使得蒸滲儀和平衡水箱水位進行平衡。此過程反復進行,直到蒸滲儀水位達到目標水位。
 
每分鐘即可稱量記錄一次。不僅是降雨、蓄水,還可記錄括露水、霜、降雪、沙塵等輕微輸入,使得即使是較小的蒸散也可記錄到。將15分鐘數據的平均,以減小風或野外動物的影響。水分平衡公式如下所示:
P Pond = Et ( Rout Rin±Δ S
其中P是降雨量, Pond是表面蓄水,Et是蒸散,Rin是地下水流入,Rout是地下水流出,Δ S是持水量改變。
 
一旦水分平衡公式中各組分精確測量計算出后,溶質平衡情況可由如下公式計算出:
LCs×S
其中L為溶質輸入,Cs為滲漏溶質濃度,S為滲漏液體積
 
的技術指標:
 
1.        蒸滲儀規格:表面積1m2,高2m;濾層25cm;可根據需要定制其它規格的蒸滲儀
2.        裝土類型:特別設計的濕地取土系統取原位濕地土柱
3.        高精度稱重系統,分辨率:0.01mm,采樣頻率1min,15min平均一次
5.        高精度即時地下水位模擬控制系統,精確度1cm
6.        BTC-100微根窗根系生態觀測系統(備選)觀測根系生長狀況
7.        氣體通量觀測單元用于測量分析濕地土壤CO2、O2和甲烷通量(備選):
l        氣體抽樣模塊具Baseline配置,可手動或自動定時切換測量大氣CO2、O2等氣體含量(baseline)和呼吸室內CO2、O2等氣體含量,從而更加精確地測量監測土壤氣體通量
l        內置溫度和大氣壓傳感器,溫度壓力自動補償,高穩定性、高精確度
l        氧氣測量分析:燃料電池O2分析儀,不受水汽、CO2及其它氣體的影響,測量范圍1-100%,分辨率0.001%
l        二氧化碳測量分析:雙波段非色散紅外技術,測量范圍0-5%,分辨率0.0001%
l        CH4分析器(外置備選):雙波段非色散紅外技術,量程0-10%,精度優于1%,分辨率1 ppm/0.0001%
8.        在線原位測量分析總氮、硝態氮和亞硝態氮等
9.            輸:無線傳輸,用戶可在ENVIdata服務器上下載;若用戶有固定IP,可
直接傳輸至用戶服務器
10.    器:土壤水勢、TDR土壤含水量、溫度傳感器,可根據用戶要求選擇不同傳感器。
11.    安裝層數:標準30、60、90、120cm深處,每層均安裝各種傳感器。
 
的國外應用:
 
Doerthe Bethge-Steffense等(2004)利用濕地蒸滲儀控制地下水狀況研究了20032月對德國schönbergg Deich Wörlitz濕地的地下水位、土壤含水量、土壤水量平衡(降雨、蒸散、滲漏等)進行了研究。在研究濕地采用梯度氣象站監測環境因子,包括土壤溫度、水勢、含水量,降雨,空氣溫濕度,地下水位傳送給蒸滲儀的控制中心。研究*直接得到了蒸散和滲漏,結果顯示濕地土壤含水率受濕地的地下水位動態影響,受蒸散影響有限。在水量平衡中,蒸散和滲漏使得土壤水儲量減少,而這是2月降雨無法補償的。
 
參考文獻:
 
1.          Doerthe Bethge-Steffens, Ralph Meissner, and Holger Rupp (2004) Development and practical test of a weighable groundwater lysimeter for floodplain sites. J. Plant Nutr. Soil Sci, 167,516-524
2.      R. Meißner , M. N. V. Prasad, G. Du Laing and J. Rinklebe2010 Lysimeter application for measuring the water and solute fluxes with high precision. CURRENT SCIENCE, VOL. 99 NO. 5 601-607.
3.      R. Meißner and Manfred Seyfarth (2004). Measuring water and solute balance with new lysimeter techniques. SuperSoil 2004: 3rd Australian New Zealand Soils Conference, 5 – 9 December 2004, University of Sydney, Australia. 1-8

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