Дистанционный радиофизический способ определения влажности почвы

 

Изобретение основано на том, что диэлектрические и радиоизлучательные свойства грунтов определяются содержащейся в них влагой, что позволяет, имея радиационно-влажностные зависимости определять объемную влажность почвы методом дистанционного зондирования в диапазоне СВЧ. Сущность изобретения: радиационно-влажностные зависимости получают в лабораторных условиях, для чего используют априорные данные, полученные в результате проведения лабораторных измерений комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунтов, отобранных в местах проведения работ по дистанционному зондированию. Влажность почвы определяют по радиационно-влажностной зависимости или по формуле, приведенной в описании. 1 табл.

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации, агрометеорологии и т. д.

Физической основой радиофизических методов определения влажности почв является различий в диэлектрических свойствах сухой почвы и воды.

Известен способ определения влагосодержания, основанный на непосредственном измерении объемного запаса свободной влаги на эталонных участках, измерении теплового излучения на этих участках с целью построения регрессионных зависимостей, затем по интенсивности теплового излучения на контрольном участке с помощью полученных регрессионных зависимостей определения объемного запаса свободной влаги на контрольном участке [1] .

Недостатком этого способа является трудоемкость и неоперативность в снятии радиационно-влажностных зависимостей (РВЗ), а также смещение вкладов в суммарное тепловое излучение, обусловленных присутствием в почве твердой компоненты, связанной и свободной воды, что ведет к снижению точности определения влагосодержания почвы.

Целью изобретения является снижение трудоемкости, оперативность построения РВЗ, повышение точности определения влажности почв за счет выделения вкладов в тепловое излучение, обусловленных свободной и связанной водой.

Поставленная цель достигается тем, что для построения РВЗ и вычисления количества содержащейся в почве влаги используют данные, полученные в результате лабораторных исследований почвенных образцов, отобранных в местах проведения работ по дистанционному зондированию подстилающей поверхности, характеризующих данную почву: коэффициент излучения сухой почвы, количество связанной воды, коэффициент излучения почвы, содержащей только связанную воду, а также коэффициент излучения водной поверхности, которые получены в результате лабораторных измерений.

В районах проведения работ по определению влажности почв выбираются тестовые участки, расположенные на типичных для данного района почвах (типичные почвы определяются по почвенным картам). На выбранных участках отбираются почвенные образцы для лабораторных исследований, в процессе которых строится радиационно-влажностная зависимость κ (W), определяется коэффициент излучения сухой почвы κ_o, коэффициент излучения почвы, увлажненной до W_t влажности, соответствующей переходу от связанной воды к свободной. Методика лабораторных исследований состоит в следующем: почвенные образцы перед измерениями выдерживаются в термостате при температуре 105^оС в течение трех часов. Затем в образцы добавляется дозированное количество дистиллированной воды и определяют точное значение весовой влажности. Диапазон изменения влажности составляет от 0 до 30% с дискретным шагом 2% .

Далее при построении РВЗ происходит изменение наклона линии в точке W_t, соответствующей влажности перехода от связанной воды к свободной. Отсюда легко определяется значение W_t.

Физико-механические характеристики исследуемых почв определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам, принятым в сельскохозяйственной практике, или по справочным данным.

Измерение коэффициента излучения почвы проводится с помощью СВЧ-радиометрического приемника, работающего в диапазоне сантиметровых и дециметровых длин волн, установленного на борту самолета АН-2 (возможно измерение в наземном варианте, с автомобиля). Значение влажности почвы определяется по формуле -- Коэффициент излучения κ корректируют путем сравнения коэффициента излучения, определенного дистанционным способом на контрольном участке, с коэффициентом излучения, рассчитанным по измеренной в лабораторных условиях комплексной диэлектрической проницаемости при влажности, соответствующей моменту отбора почвенных образцов (влажность определяется контактным способом).

Величина W есть объемное содержание воды в почве. Для нахождения влажности почвы W [г/см³] воспользуемся переводной формулой W [г/см³] = ρ ˙ W, где ρ [г/см³] - плотность почвы.

Предлагаемый способ был апробирован на территории Алтайского края в районах, находящихся в различных почвенно-климатических зонах.

В таблице приведены значения параметров, позволяющих практически использовать данный способ определения влажности почв на территории указанных районов.

Предлагаемый способ позволяет существенно сократить трудоемкость, повысить оперативность построения РВЗ, выделить вклады в суммарное излучение увлаженной почвы, обусловленные содержащейся в почве связанной водой, и тем самым повысить точность определения влажности почв.

(56) Авторское свидетельство СССР N 985741, кл. G 01 N 22/04.

А. М. Шутко. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М. : Наука, 1986, с. 190.

Формула изобретения

ДИСТАНЦИОННЫЙ РАДИОФИЗИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ , заключающийся в измеpении коэффициента излучения κ почвы и опpеделении объемного содеpжания свободной воды в почве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измеpений и упpощения способа, пpедваpительно опpеделяют W_t - объемное содеpжание связанной воды, κ₀ - коэффициент излучения сухой почвы, κ_w - коэффициент излучения водной повеpхности, κ_t- коэффициент излучения почвы, увлажненной до W_t, объемное содеpжание свободной воды в почве по фоpмуле W = ; а влажности почвы W по фоpмуле w = 10˙w˙h˙ρ , где ρ - плотность почвы, г/см³; h - толщина слоя почвы, см.

РИСУНКИ

Рисунок 1