Sợi Quang Nhiệt Để Đo Đạc Độ Ẩm Tầng Đất Phân Tán: Một Thí Nghiệm Tại Lysimeter

Vadose Zone Journal - Tập 11 Số 4 - 2012
Francesco Ciocca1, Ivan Lunati1, Nick van de Giesen2, M. B. Parlange1
1School of Architecture, Civil and Environmental Engineering, EPF Lausanne, Switzerland
2Faculty of Civil Engineering and Geosciences, TU Delft, Netherlands

Tóm tắt

Phương pháp Sợi Quang Nhiệt Chủ Động (AHFO) để ước lượng độ ẩm của đất được thử nghiệm và cải tiến kỹ thuật phân tích. Các phép đo được thực hiện trong một lysimeter có lớp đất được đóng gói đồng đều với các hồ sơ về hàm lượng nước thay đổi. Trong mét đầu tiên của hồ sơ đất, 30 m dây sợi quang được lắp đặt với 12 vòng cuộn. Bên ngoài kim loại bảo vệ dây sợi quang được sử dụng như một máy sưởi điện trở để tạo ra một xung nhiệt, và phản ứng của đất được theo dõi bằng hệ thống Cảm Biến Nhiệt Độ Phân Tán (DTS). Chúng tôi nghiên cứu sự làm lạnh theo ba xung nhiệt liên tục kéo dài 120 giây với công suất 36 W m−1 thông qua phép xấp xỉ thời gian dài của quá trình dẫn nhiệt chuyển tiếp. Hàm lượng nước thể tích trong đất sau đó được suy diễn từ các độ dẫn nhiệt ước lượng thông qua một mô hình được hiệu chỉnh đặc biệt liên hệ giữa độ dẫn nhiệt và hàm lượng nước thể tích. Để sử dụng dữ liệu trước diễn tiến, chúng tôi đã sử dụng một phép sửa đổi thời gian cho phép hàm lượng nước thể tích được ước lượng với độ chính xác từ 0.01 đến 0.035 (m3 m−3). Việc so sánh các phép đo AHFO với các phép đo độ ẩm đất thu được từ các đầu dò điện dung hiệu chỉnh cho thấy sự phù hợp tốt đối với các loại đất ẩm hơn [sự chênh lệch giữa hai phương pháp nhỏ hơn 0.04 (m3 m−3)]. Trong các loại đất nông cạn khô hơn, phương pháp AHFO đã đánh giá thấp hàm lượng nước thể tích do thời gian dài hơn yêu cầu để sự gia tăng nhiệt độ trở nên tiến gần đến giá trị ổn định trong các môi trường có độ dẫn nhiệt thấp hơn [sự chênh lệch giữa hai phương pháp lớn hơn 0.1 (m3 m−3)]. Công trình hiện tại gợi ý rằng các ứng dụng trong tương lai của phương pháp AHFO nên bao gồm các xung nhiệt dài hơn, phân tích các sự kiện gia nhiệt và làm lạnh lâu hơn, và việc gia tăng nhiệt độ lý tưởng nên được đo với tần suất cao hơn.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.2136/vzj2009.0109

Auñeger M., 2005, Improving a fiber optics tool for monitoring leakage, Hydro Rev. Worldwide, 13, 18

Bear J., 1979, Hydraulics of groundwater, 467

10.2136/sssaj1993.03615995005700040008x

10.1071/SR9940447

10.2136/sssaj1990.03615995005400020006x

Carslaw H.S., 1959, Conduction of heat in solids

10.1029/WR023i012p02175

10.1139/t04-106

10.1097/00010694-195202000-00001

10.1071/PH580255

10.1029/2008GL034762

Gratton K.T.V., 2000, Optical fiber sensor technology

Hopmans J.W., 1999, Vadose zone hydrology: Cutting across disciplines, 279

Johansen O.1975.Thermal conductivity of soils. Ph.D. diss. Norwegian Univ. of Science and Technol. Trondheim (CRREL draft transl. 637).

10.2136/sssaj2004.1568

10.5194/hess-14-91-2010

10.1029/2008WR007036

Keller C.A., 2011, Fiber optic distributed temperature sensing for the determination of the nocturnal atmospheric boundary layer height Atmos, Meas. Tech., 4, 143, 10.5194/amt-4-143-2011

10.2136/sssaj2006.0041

10.2136/sssaj1997.03615995006100020006x

10.2136/vzj2003.5610

10.1071/SR9960361

Perzlmaier S. Auñeger M. andConrad M.2004.Distributed fiber optic temperature measurements in hydraulic engineering‐ Prospects of the heat‐up method.Proceedings of the 72nd ICOLD Annual Meeting Workshop on Dam Safety Problems and Solutions‐Sharing Experience Korean Natl. Comm. on Large Dams 16–22 May Seoul Korea.

Perzlmaier S., 2006, Proceedings of the 74th Annual Meeting

10.2136/vzj2003.4440

10.2136/vzj2007.0143

10.1029/2009WR007846

10.1029/2009WR008272

10.1029/2006GL027979

10.1029/2006WR005326

10.2136/sssaj2001.65128x

10.2136/sssaj2004.3940

10.1080/02757259009532137

Taylor J.R., 1997, An introduction to error analysis, 40

10.2136/sssaj2000.6441244x

10.1029/WR016i003p00574

10.3189/002214308786570827

10.1029/2008WR007052

10.1016/0031-8914(49)90129-9

10.1029/2011WR010529

10.1080/10473289.2003.10466268

10.5194/hess-11-1469-2007

Thông tin
Thông tin xuất bản

Vadose Zone Journal

Tập 11 Số 4

Thông tin tác giả