[发明专利]一种滴灌灌溉方式下土壤湿润体的探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤探测技术领域，尤其涉及一种土壤湿润体的探测方法，具体涉及一种滴灌灌溉方式下土壤湿润体的探测方法。

背景技术

土壤湿润体的相关参数获取是节水灌溉管理中的重要研究内容，湿润体是滴灌条件下水分在土壤介质中的湿润区域，土壤湿润体的位置、大小和形状对作物的生长非常重要，是土壤水分运动及分布的核心，湿润体特征值的研究是对滴灌条件下水分运动规律及分布特性的研究和进行正确的滴灌系统设计和高水平的田间作物水分管理的前提和基础。在滴灌系统的优化设计和管理中，排放源下湿润体的形状和尺寸是最具影响力的变量。

目前对于土壤湿润体形态特征方面的研究多采用开挖剖面法、透明装置观测法和数值模型法等方法，开挖剖面存在破坏湿润体原状和空间，连续测量困难等弊端，数值模型计算只适合理想条件，不适合情况复杂多变现实情况，透明装置观测法土壤水分会沿着箱子壁顺势流动，不能很好反映出自然状态下土壤湿润体的形态特征。面对传统方法的诸多不足，急需一种能对土壤湿润体的快速、无损、原位、高效的探测方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种滴灌灌溉方式下土壤湿润体的探测方法，快速，高效、无损的探测土壤湿润体。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明提供一种利用模型箱法构建土壤体积含水量和介电常数的关系模型的方法，具体步骤如下：

将待测土壤加入定量水搅拌均匀后倒入模型箱中，抚平填满，测量土壤厚度，使用探地雷达采集土壤剖面走时数据，采集至少三组数据取平均值，采集土样用烘干法测定土壤体积含水量，根据雷达波在土壤中的双程走时和公式(1)计算出雷达波在土样中的传播速度：

h＝0.5vt(1)；

公式(1)中，h为土壤厚度，v为雷达波传播速度，t为双程走时；

土样的介电常数与雷达波传播速度的关系用公式(2)来表示：

ε_r＝(c/v)²(2)；

公式(2)中，c为电磁波在真空的传播速度，ε_r为相对介电常数；

根据公式(2)求出介电常数，对土样的体积含水量与土样介电常数进行多项式拟合，得到土壤体积含水量与介电常数关系的公式(3)，示例如下：

ε_r＝-777.51θ_v³+480.05θθ_v²-28.658θ_v+7.2389(3)；

公式(3)的ε_r为相对介电常数，θ_v为土样体积含水量。

本发明所提供的土壤体积含水量和介电常数的模型比传统的Ttop模型更加准确。公式(3)只是示例，它是一种土壤的介电常数模型关系式，针对每一种不同的待测土壤，通过该方法得到的最终关系公式系数是不同的。

本发明还提供一种滴灌灌溉方式下土壤湿润体的探测方法，所述方法通过探底雷达按照如下步骤进行：

S01：利用上述模型箱法构建待测土壤体积含水量和介电常数的关系模型。

S02：将探地雷达天线置于滴灌结束后静置2小时以上的土壤表面，启动采集主机，设置采集参数，沿探测路径进行GPR数据采集，对采集到的数据进行处理，得到湿润体剖面影像数据。

灌溉结束静置2小时后，土壤水不再扩散，处于稳定状态。进行探地雷达实际测量时，能否设定合适的探测参数，直接关系到探测效果。设定的参数主要包括：视窗设置、采样频率的选择、天线中心频率的选择、增益参数设置、测点点距等。采集到的数据采用探地雷达自带软件进行处理，包括调零处理、增益处理、滤波处理、F-K偏移处理和裁剪拼接处理，F-K偏移处理最为重要。F-K处理后才使得湿润体剖面观察的更直观。

对于天线的中心频率设置：

空间分辨率、探测深度、干扰波存在这三个参数对中心频率天线的选择至关重要。实际测量中，探测目标的分辨率得到满足且实验所处场所条件十分适宜的情况下，一般会选择中心频率较低的天线。天线中心频率下述公式进行最初的选择：