基于空气湿度的土壤含水量估计模型研究

发布时间：2020-01-18 19:12

【摘要】：针对当前土壤含水量测量装置结构复杂、测量稳定时间长、成本造价高以及传感器间一致性差等问题,对土壤水分蒸发过程与土壤含水量之间的关系进行了理论分析。基于对近土壤区域空气相对湿度的测量,在彭曼蒙特斯公式基础上提出了一种土壤含水率估计模型,并设计制作了集温度、光照强度及土壤含水量测量为一体的测试系统进行实验验证。实验表明,测试结果与称重法得到的实际含水量具有较高的一致性,且该测试具有响应速度快、成本低等优势。
【图文】：

2584仪器仪表学报第37卷通过上述分析，可以使用式(12)作为土壤蒸发的基本数学模型，且该模型中的σ直接表征了土壤的含水量。当通过对土壤内部及其表面的光照强度、温度、水分扩散速率等的测量确定模型中的其他参数时，便可根据σ的大小来间接描述土壤的含水量。2．2模型建立与分析基于上述理论分析，设计如图1所示的土壤含水量测量装置，其中主要包括一个湿敏电阻传感器、两个温度传感器和一个光照传感器。此外，为减少空气湿度对测量结果的影响，U形管一端增加干燥剂和恒速风扇，且中间一部分结构设计成细密网孔，便于土壤水分扩散至管道内。该测量可以同时完成对植物生长过程中土壤温湿度和光照强度的监测。图1土壤湿度测量装置示意图Fig．1Schematicdiagramofsoilmoisturemeasurementdevice对于式(12)所描述的土壤蒸发数学模型，σ是表征土壤水分含量M的参数，因此当其他参数确定时就可以间接测得土壤的含水量。下面将通过对每个参数的分析建立本文所设计传感器的土壤含水量模型。2．2．1湿度计常数γ与饱和比湿-温度斜率s在低速和自然通风条件下，影响湿度计常数的主要因素是通风速度υ，其经验计算公式为γ=(65+6．75/υ)×10－5Pa/℃。因此，考虑通风速度为2．5m/s时，温湿度计常数通过计算为γ=0．677×10－3Pa/℃。比湿-温度曲线斜率s只与温度有关，，分别取土壤表面及其上方2m处的温度所对应的饱和蒸汽压来进行计算，即:s=e*s－e*a=2Ts－Ta=2(14)例如，当土壤表面及其上方2m处的温度分别为20℃和23℃时，所对应水的饱和蒸汽压分别为2339．4Pa和2810．2Pa，通过计算可以得到s=157Pa/℃。2．2．2土壤热通量密度Qs和净辐射通量密度ＲN土壤热通量密度Qs表示单位时间单位面?

对上式进行一元二次方程求解，便可得到式(20)所示的土壤含水量M的估计模型，其中k1、k2、k3均为常系数，且S、T1、T2、G分别是湿敏电阻、两个温度传感器及光照传感器测得的值。M=k2G20－25．9k3()S1k1T1－T2+538．8k3S－1．04k2GT1－T()22－15．17568k1k3SeT1－eTi

本文编号：2570962