Phương pháp xung nhiệt bằng một đầu cảm biến để xác định hàm lượng nước trong đất: So sánh các phương pháp

Vadose Zone Journal - Tập 15 Số 7 - Trang 1-13 - 2016
Min Li1,2,3, Bingcheng Si1,2,3, Wei Hu4, Miles Dyck5
1College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F Univ. Yangling Shaanxi 712100 China
2Dep. of Soil Science Univ. of Saskatchewan Saskatoon SK S7N5A8 Canada
3Key Lab. of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Northwest A&F Univ., Yangling, Shaanxi, 712100 China
4New Zealand Institute for Plant & Food Research Limited Private Bag 4704 Christchurch 8140 New Zealand
5Dep. of Renewable Resources, Univ. of Alberta, Edmonton, AB, T6G2H1 Canada

Tóm tắt

Ý tưởng chính 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

10.2136/sssaj2000.6441285x

10.1139/cgj-2014-0518

10.2136/vzj2003.3890

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

10.1063/1.1721592

10.1016/S0168-1923(97)00065-8

10.2136/sssabookser5.4.c50

10.2136/sssaj1993.03615995005700040008x

10.2136/sssaj1994.03615995005800050002x

10.1071/SR9940447

10.1097/00010694-199411000-00001

10.2136/vzj2011.0199

10.1139/t04-106

10.2136/sssabookser5.4

10.1071/PH580409

10.1016/j.compag.2013.05.003

10.1007/s10706-015-9843-2

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

10.1029/95WR01654

10.1139/t99-037

10.1016/j.agwat.2012.10.012

10.2136/vzj2003.5520

10.1097/00010694-198610000-00001

10.1097/00010694-198408000-00002

Huang P.M., 2012, Handbook of soil sciences

10.2136/vzj2003.4760

Jones B.W., 1988, Thermal conductivity probe: Development of method and application to a coarse granular medium, J. Phys. Educ., 21, 832

10.2136/sssaj1976.03615995004000040040x

Kasubuchi T., 1992, Development of in‐situ soil water measurement by heat‐probe method, Jpn. Agric. Res. Q., 26, 178

10.2136/sssaj1995.03615995005900030013x

10.2136/sssaj2010.0016N

10.2136/sssaj2007.0260

10.2136/sssaj2010.0241

10.2136/sssaj2011.0228n

10.2136/sssaj2012.0434n

10.2136/sssaj2012.0187n

10.2136/sssaj2014.05.0218

Manohar K., 2000, Measurement of apparent thermal conductivity by the thermal probe method, J. Test. Eval., 28, 345, 10.1520/JTE12123J

10.2136/sssaj1970.03615995003400030012x

10.1046/j.1365-2389.2002.00474.x

10.2136/sssaj1999.6351070x

10.1007/s10765-013-1456-5

10.2136/vzj2003.5720

10.2136/sssaj1980.03615995004400060039x

10.2136/vzj2005.0139

10.1002/2013WR014983

Sayde C., 2010, Feasibility of soil moisture monitoring with heated fiber optics, Water Resour. Res., 46, W06201, 10.1029/2009WR007846

10.2136/sssaj1979.03615995004300030003x

10.2136/sssaj1940.036159950004000C0014x

10.1080/02757259009532137

10.1097/00010694-199112000-00004

10.1016/S0894-1777(00)00020-0

10.1029/2009WR008272

10.1111/j.1745-6584.2012.00928.x

10.1007/s10765-012-1282-1

10.1007/s10765-011-0975-1

10.1007/s10765-009-0596-0

10.1002/hyp.1135

10.1016/j.agrformet.2014.09.022

10.2136/sssaj2011.0052n

10.1029/2009JE003420

10.2136/sssaj2014.01.0014

Thông tin
Thông tin xuất bản

Vadose Zone Journal

Tập 15 Số 7

1-13

Thông tin tác giả