Способ дистанционного определения профиля влажности и интегрального влагосодержания почвы Советский патент 1987 года по МПК G01N22/04 

1326968

Изобретение относится к дистан1р-1- онным способам контроля влажности почв и может быть применено для дистанционного определения профиля влажности и интегрального влагосодержа- ния почвы при решении широкого круга задач агрометеорологии, мелиорации, сельского, лесного хозяйства, геологии и др.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 приведена тарировочная -f

тегральное влагосодержание в слое СО; ZJ:

Zi

WH 1 W(Z)dZ.

1 в

Профиль влйжности W(Z) реальных почв с высокой степенью точности

описывается в виде полинома второй

г

10 степени W(Z) - a,/Z; aj Z . Интенсивность радиотеплового излучения поч- вогрунтов характеризуется величиной яркостной температуры Т. Зависимость величины Т от влажности поровочная зависимость (W).15 верхностного слоя почвы хорошо изучеСпособ дистанционного определения на (фиг,1, где - плотность почвы; W - влажность поверхностного слоя почвы). Использование результазависимость Тд (W); на фиг.2 - тари. . . /тчЧ. .

профиля влажности и интегрального влагосодержания почвы заключается в следующем.

тов измерений тД , Т на двух длиПроводят измерения яркостной тем- 20 нах волн дециметрового диапазона пературы Т и Тд одновременно на Л и Л (где ) позволяет опре- двух длинах волн (например, Л, 10 см делить не только влажность W поверх- и /l 30-40 см) участка почвы, на ностного слоя почвы, но и градиент котором требуется определить профиль влажности а в поверхностном слое влажности почвы. По тарировочной зави-25 почвы симости T«/W) (фиг.1) определяют ве- ,, , С, (;, - )/ee/ Va./,

()

где „ и аг - значения диэлектри личину влажности Wj, в поверхностном слое почвы. По тарировочной зависимости (W) (фиг.2) находят значение диэлектрической проницаемости f , соот- 30 проницаемости на поверхности ветствующее значению влажности W. -радиент диэлектрической По результатам измерений TJ , Т на- проницаемости соответственно, ходят значение градиента дизлектри- выражения (1) легко найти а

ческой проницаемости р в поверхностном слое почвы из соотношения

;i | -%: tr--- где С, - известный постоянный коэффициент .

По тарировочной зависимости (W) (фиг.2) находят значение градиента влажности а, соответствующее значение градиента диэлектрической прони- 5 цаемости ag; наземными методами определяют значение влажности W в слое стационарной влажности Z. Расчетным

Наилучшие результаты в определении градиента а достигаются в том случае, если различие длин волн Q и максимально. Однако большая длина волны Aj ограничена влиянием космического фона-, т.е. длинами волн 40-50 см, а меньшая ограничена со стороны коротких волн диапазоном 8 - 10 см, что связано с чувствительностью к влажности и влиянием шероховатостей почвы. По тарировочной зависимости (W) , зная величины (,

и ар, легко определить соответствую-

путем находят коэффициент а,, полинома щие значения влажности У„ и градиен- второй степени W(Z)W ta«Z;a2Z . ко- 50 ..

торым моделируется искомый профиль Влажность почвы наиболее изменчиг

за в верхних слоях. С глубиной вариации влажности и во времени и в пространстве уменьшаются, а на глубинах порядка 80-100 см диапазон изменений влажности не превышает 0,10-0,15 г/см и стабилен в пространстве, что позволяет путем бурения в 1-2 точках

влажности почвы

We - Wo - а - -Ц

Таким образом получают.функцию W(Z) в виде W(Z) . Интегрирование этой функции по любому отрезку 0;Z позволяет получить интегральное влагосодержание в слое СО; ZJ:

Zi

WH 1 W(Z)dZ.

1 в

Профиль влйжности W(Z) реальных почв с высокой степенью точности

описывается в виде полинома второй

г

степени W(Z) - a,/Z; aj Z . Интенси ность радиотеплового излучения поч- вогрунтов характеризуется величиной яркостной температуры Т. Зависимость величины Т от влажности по

(2)

ш i.iLli °J-С, (Дг -яД

Наилучшие результаты в определении градиента а достигаются в том случае, если различие длин волн и максимально. Однако большая длина волны Aj ограничена влиянием космического фона-, т.е. длинами волн 40-50 см, а меньшая ограничена со стороны коротких волн диапазоном 8 - 10 см, что связано с чувствительностью к влажности и влиянием шероховатостей почвы. По тарировочной зависимости (W) , зная величины (,

получить информацию о влажности на этих горизонтах почвы площади 3 - 5 тыс.га. Глубина почвы Z,, ниже которой влажность стабильна в пространстве, определяется, в основном плотностью почвы и легко может быть установлена по агроклиматическим справочникам. Обычно эта глубина составляет 80-100 см,

На основе ранее полученных дистанW

ционным методом параметров WQ и а и буровым методом - параметра W определяют коэффициент а из выражения

г

..

и получают искомый профиль влажности в виде W(Z) Wpta ZfajZ или интегральное влаг осодержание в слое О;

2Л

. 2i 1

)dZ.

(4)

Формула изобретения

Способ дистанционного определения профиля влажности и интегрального влагосодержания почвы, заключающийся в измерении яркостной температуры т в диапазоне 10-50 см с последующим

определением влажности W поверхностного слоя почвы по тарироврчной за- висимости т(W), отличающийр- с я тем, что, с целью повышения точности, измеряют влажность Wj, в слое стационарной влажности наземными методами, измерение яркостной температуры проводят одновременно на двух

10 длинах волн, по результатам измерений и по тарировочной зависимости (W) рассчитывают градиент диэлектрической проницаемости ag, и по тарировочной зависимости (W) и по вели15 чине а определяют градиент влажности , а профиль влажности W(Z) и среднее интегральное влагосодержание

W,, в слое tO;Z, находит из соотношений соответственно

W(Z) Wo

TI - 1 г

w« - -zT S

W(Z)dZ,

где WQ - влажность поверхностного

w a слоя почвы; градиент влажности;

We - Wjo - agZc

Zf

где Wj, - влажность в слое стационарной влажности;j Zp - глубина слоя стационарной влажности.

,(г/т -fic f Ss/Cfi

0,2 0,3 W.r/Cff Фиг. f

,(г/т -fic f Ss/Cfi

0

0,3 IV.r/m-y Фиг. 2

Составитель Е.Адамова Редактор Н.Киштулинец Техред Л.Олийнык

Заказ 3381/39 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор Г.Решетник

Изобретение м.б, использовано при решении широкого круга задач агрометеорологии, мелиорации, сельского, лесного, хоз-ва, геологии и др. Цель изобретения - повышение точности. Измеряют яркостные т-ры Т и Тд одновременно на двух длинах волн участка почвы, на к-ром определяется профиль ее влажности. По тариро- вочной зависимости Тд (W) определяют величину влажности W в поверхностном слое почвы. По тарировочной зависимости (W) находят значение диэл. прон1 аемости , , соответствующее значению влажности W. По результатам измерений Т находят значение градиента диэл. проницаемости асв поверхностном слое почвы. По тарировочной зависимости (W) находят значение градиента влажности а J соответствующее значению с . Наземными методами определяется значение влажности Wg в слое стационарной влажности Zc. Расчетным путем находят козф. а полинома 2-й степени W(Z), кгрым моделируется искомый профиль влажности почвы. Интегрирование функции W(Z) по любому отрезку OZ позволяет получить интегральное вла- госодержание в слое OZ,. 2 ил. с $ СО с ю СП) со 05 00