Phương pháp xung nhiệt bằng một đầu cảm biến để xác định hàm lượng nước trong đất: So sánh các phương pháp
Tóm tắt
Trình bày và so sánh sáu phương pháp để xác định hàm lượng nước trong đất bằng đầu cảm biến đơn. Lỗi trong việc ước lượng hàm lượng nước trong đất bằng sáu phương pháp tăng lên cùng với hàm lượng nước. Thời gian gia nhiệt ảnh hưởng đến các lỗi ước lượng hàm lượng nước trong đất. Bốn trong sáu phương pháp phụ thuộc vào cảm biến nhưng có thể dễ dàng hiệu chỉnh. Mỗi phương pháp hoạt động hiệu quả với một số loại đất nhất định, và việc kết hợp các phương pháp khác nhau là một giải pháp.
Việc ước lượng độ dẫn nhiệt của đất (λ) bằng phương pháp xung nhiệt đầu cảm biến đơn (SPHP) đã được biết đến rộng rãi, nhưng việc ước lượng hàm lượng nước trong đất (θ) bằng SPHP lại chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát sáu phương pháp—λ, gia nhiệt tích lũy chuẩn hóa (TNcum), gia nhiệt tối đa chuẩn hóa (TNmax), và nghịch đảo của mỗi phương pháp—để ước lượng θ bằng SPHP. Đường phản ứng nhiệt độ của bốn loại đất ở các θ khác nhau đã được đo bằng các xung nhiệt 600 giây với cường độ nhiệt khoảng 6 W m−1, từ đó các giá trị λ, TNcum, và TNmax đã được xác định. Lỗi đo tối đa của ba phương pháp này lần lượt là 0.11 m3 m−3 cho cát thô và 0.01 m3 m−3 cho cát mịn, đất pha cát và đất sét mịn, ngoại trừ giá trị 0.05 m3 m−3 cho cát mịn bằng phương pháp λ(θ). Các giá trị θ được dự đoán từ tất cả các phương pháp λ, TNcum, và TNmax đều khớp tốt với giá trị từ phương pháp sấy khô trong lò cho tất cả các loại đất, ngoại trừ các phương pháp TNcum(θ) và TNmax(θ) cho cát thô khi θ > 0.20 m3 m−3. Lỗi đo và các dự đoán về θ của phương pháp 1/λ(θ) tương tự như phương pháp TNcum(θ) và TNmax(θ), và các phương pháp 1/TNcum(θ) và 1/TNmax(θ) thì tương tự như phương pháp λ(θ). Bởi vì mỗi phương pháp trong số sáu phương pháp chỉ hoạt động hiệu quả với một số loại đất nhất định, các ước lượng chính xác hơn đã được đạt được khi phương pháp λ(θ) được kết hợp với phương pháp 1/TNcum(θ) [hoặc 1/TNmax(θ)] cho các loại đất kết cấu thô và phương pháp 1/λ(θ) được kết hợp với phương pháp TNcum(θ) [hoặc TNmax(θ)] cho các loại đất kết cấu mịn.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Benítez‐Buelga J., 2014, Heated fiber optic distributed temperature sensing: A dual‐probe heat‐pulse approach, Vadose Zone J., 13, 10.2136/vzj2014.02.0014
Ewing R.P., 2007, Thermal conductivity of a cubic lattice of spheres with capillary bridges, J. Phys. D, 40, 4959, 10.1088/0022-3727/40/16/031
Huang P.M., 2012, Handbook of soil sciences
Jones B.W., 1988, Thermal conductivity probe: Development of method and application to a coarse granular medium, J. Phys. Educ., 21, 832
Kasubuchi T., 1992, Development of in‐situ soil water measurement by heat‐probe method, Jpn. Agric. Res. Q., 26, 178
Manohar K., 2000, Measurement of apparent thermal conductivity by the thermal probe method, J. Test. Eval., 28, 345, 10.1520/JTE12123J
Sayde C., 2010, Feasibility of soil moisture monitoring with heated fiber optics, Water Resour. Res., 46, W06201, 10.1029/2009WR007846