Способ дистанционного определения влажности почвогрунтов

ОЮЗ СОВЕТСКИОЦИАЛИСТИЧЕСЕСПУБЛИК 808 А 1 5 6 22/00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕАВТОРСКОМУ СВИД ТЕНИЯ ЛЬ ТВУ(71) Институт водных и эколблем СО АН СССР и Алтайсвенный университет(56) Авторское свидетельство ССВ 985741., кл. 6 01 й 22/04, 198,Авторское свидетельство СССРР 1326968, кл. О 01 й 22/04, 1987.(54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГОДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВОГР(57) Изобретение может быть испольв агрометеорологии, мелиорации, сехозяйстве, геологии и экологии. Цебретения - обеспечение определени симальной молекулярной влагоемкости и объемной влажности почвогрунтов, Для этого на контролируемом участке почвогрунта измеряют одновременно яркостные температуры на двух длинах волн сантиметрового диапазона и термодинамическую температуру в ИК-диапаэоне. По отношению яркостных температур к термодинамической температуре находят соответственно коогических про-кий государсти Э.В.КузьСР2 эффициенты радиотеплового излучения через границу раздела земля - воздух, и по регрессионным зависимостям этих коэффициентов от влажности и коэффициенту излучения для сухого почвогрунта расчетным путем определяют максимальную молекулярную влагоемкость и полную обьемную влажность данного участка, 1 ил. ОПРЕУНТОВ зовано льском ь изоя макИэобретениеотносится кспособам конт- симости определенйе запаса свободной роля параметров почвогрунтов и может быть влаги на контролируемом участке.использовано для дистанционного определе- Недостатком указанного способа являетния максимальной молекулярной влагоемко- ся то, что для получения информации о ММВ, сти (ММВ) и объемной поверхностной соответствующей максимальному содеряавлажности участков почвогрунтов при ре- ниюсвязаннойвлагивконкретномтипепочвы, шении задач агрометеорологии, мелиора-. требуется непосредственное лабораторное ции, сельского хозяйства, экологии, измерениеобьемной влажности на эталонныхгеологии и др. участках. Кроме того, при неидентичности тиИзвестен способ определения влажно- пов почв эталонного и контролируемого участсти почв, основанный на непосредственном ков появляются погрешности, обусловленные измерении объемной влажности эталонного различием содержания в них связанной воды. участка, определении таким образом ре- Наиболее близким техническим решегрессионной зависимости между интенсив- нием к предлагаемому изооретению являетностью отраженного радиосигнала и ся способ дистанционного определения измеренной объемной влажностью на эта- профиля влажности и интегрального влагосолонном участке и по интенсивности отра- . держания по вы, заключающийся в измереженного радиосигнала от контролируемого нии яркостнйх температур Т 1 я и Т 2 я участка и указанной регрессионной зави- одновременно надвух длинах волн Ь и й с1756808 Т 1 я,1 Я - ЬК 1 К 2 - ЛК 2 К 1 ЬУ 1 ="оо - У 1: ЬР =Уо - В Ь К 1= К 1-Ксо, Ь К 2=К 2-КСВг Т 2 я,А 2То 40 Известно, что интенсивность радиотеплового излучения характеризуетсч величиной яркостной температуры Тя=То у. Коэффициент излучения почвогрунта Т 1 я,К 1 = -То,Уо=0,92,где К в, К 1, К 2 - значение тангенсов углов 50наклона регрессионных зависимостей коэффициентов излучения от обьемного содержания .в почвогрунте свлзанной воды,свободной воды длл Л 1 и Л 2 соответственно,55Получаемые предлагаемым способомданные о максимальной молекулярйой вла гоемкости Ю и общей объемной влажностиобеспечивают информацию об эрозии (рас я - 127 ея +Г определяетсл его диэлектрической проницаемостью ес, которая задается рефракционной моделью в виде суммы(2) где ц - диэлектрические проницаемоститвердой фазы, воды и воздуха; последующимопределениемвлажностипо- пыленности) почвы и запас продуктивной верхностного слол Яо и по тарировочной влаги из расчета Яи=Ю-Я, представллюэависимости Тя(Я), измерении наземными щую основной интерес для сельскохозяйстметодамивлажностивстационарномслоеивенного производства, а при переходе к по значениЯм Т 1 я и Т 2 я и по таРиРовочным 5 РегРессионным зависимостЯм (Я) исклюзависимостям диэлектрической проницае- чаютсл погрешности, возйикающие от изме- мости от влажности я(Ю) и по Яо расчете нений наклойарегресСионйых зависимостей градиента й, а по г(Я) и величине градиен- Тя(Я) вследствие вариаций То контролируета я определении градиента влажности, и мого участка. Кроме того, при реализации по этим данным расчете профилл влажно предлагаемого способа полностью отсутстсти и интегрального влагосодержания. ву 1 от наземные иэмеренил.При реализации известного способа не На чертежЕ приведены расчетные реучитывается содержание зависимостей лр- грессионные зависимости яркостной темпе- костных температур от влажности длл раэ-, ратуры Тя и коэффициента излучения У(при ньх длин вол, что приводит к появлению 15 термодинамической температуре То=300 К) погрешностей при расчетах влажностных отобъеной влажности Я; зависимости 1 и 2 параметров почвогрунтов. Дополнительно, длл песчаного почвогрунта и длин волн при выполнении известного способа также Л 1=2,5 см и Л 2=1 см соответственно. эависитребуются наземные измерения влажности мости 3 и 4 для монтмориллонитовой глины на глубине слоя стационарйой влажности. 20 и тех же Л 1 и Л 2 соответственно,Цель изобретения - обеспечение опре- Способ осуществляют следующим обделенйя максимальной молекуллрной вла- разом.гоемкости Я и объемной влажности Я Измеряют СВЧ-радиометрами в надир почвогрунтов.лркостные температуры Т 1 я и Т 2 я контролиУкгазаннал цель достигаетсл тем, что из руемого участка почвогрунта на двух длинах меРлют ЯРкостные темпеРатУРы т 1 я и тзя волн сантиметРовогодиапазона Л 1 и Л 2. Ододновременно на двух длинах волн Л 1 и Л 2 и новременнО измеряют термодинамическую дополнительно измеряют терлодинамиче- температуру То этого же участка с помощью скую температура То, например, в ИК-диа- . радиометра ИК-диапазойа.пазоне, а максимальную молекулярную 30 По отношению лркостных температур влагоемкость Я и полную объемную влаж- Т 1 я и Т 2 я к термодинамической температуре ность Я определлют из соотношений То определя 1 от коэффициенты радиотеплоЬд уи - Ьу 1 Кя, лого излуяения нерее границу раздела земЯ=Л К 1 К 2 Л К 2 К 1 лл воздух35=-4 пс ЬК 1 К 2 АК 2 К 1Л Ьк Ь Л по - 1 +1)з55 Ю ЬК 1 К 2-ЬК 2 К 1 1 =Хо. -Х 1" 7 о (по+1)2 Р - их обьемные содержания, . - где псв - коэффициент преломления свяэанПо известной классификации вода в ка- ной воды; пиллярно-пористыхсредах,ккоторымотно-, .п 1, п 2 - коэффициенты преломления сятся почвогрунты, разделяется на. свободной воды на А 1 и Яа соответственно; связанную и свободную, существенно раз- по - коэффициент преломления сухого личающиеся диэлектрическими свойства почвогрунта. ми. Диэлектрическая проницаемость Данные коэффициенты преломления связанной воды ниже проницаемости сво- определены экспериментально и имеют . бодной и в СВЧ-диапазоне практически не следующие значения: зависит от частоты. Ввиду того, что время пс=З, п 1=7,6, п 2=5,8, по=1,75. Релаксации длЯ свободной воды составлЯет 10 Отсюда Кс=0,3. К 1=1;0; К 2-0,7, У -0,92. тр 0,610 1 с, область частотной дисперсии . Наилучшйе результаты в определений находится в сантиметровом диапазоне ра- параметров почвогрунта могут быть получедиоволн, ны в том случае,: если коэффициенты преИсходя из.указанного, регрессионнйе ломления п 1 и п 2 имеют наибольшее зависимостй между коэффициентами излу-. 15 различие, а коэФфициентйпоглощения к 1 и чения"у и обьемным содер 1:анием влаи в к 2 равны. При этом соответственно достигапочвогрунте Ив первом приближении мо етсямаксимальная чувствительность и иск- гУт быть описаны линейными УРавнениЯмилючаетсЯ ьлиЯйие на измеРениЯ Т 1 я и Т 2 я 71-7 р+КсвВ/с+К 10/И 61);градиента влажноСти в поверхностномслое ф=о+КсвЮв+К 2(0-В/): (3) 20 почвогрунта, На участке от Я=О до Ю=Кс зависимо-Укаэанные условия выполняются при сти 3 и 4 (чертеж) совмещены и имеют ма-:. выборе А 1 иА 2 по обе стороны отА .-1,8 см, лую крутизну наклона, таккак в начале соответствуюшей максимальным потерям в увлажнение почвогрунта происходитза Счет области резонансадисперсии свободной связанной воды, имеющей малую диэлект воды, например, прим.А 1-2,5 и Л 2=1 см. рическую проницаемость. При дальнейшем. На экспериментальной зависимости увлажнении ЯИ в почвогрунте появляет- . -у(Ю) для песка отсутствует насыщение его ся свободная вода и крутизна йзменений . связанной водой, а для бентонита, состоя- фЯ)увеличивается, причем вследствиедис-щего из 70 оД монтмориллонитовой глины, персии е (А) наклоны регрессиойных зави- ЗО имеется пологий участок, доходящий до зна-,. симостей для А 1 и Аг различаются, чения ЧЧ=0,16 (максимальное насыщениеРеальные значения Я природйых по- почвогрунта связаннойводой). Далее при чвогрунтов находят в пределах Ю(песок) И 0,16 крутизна зависимости у(9/) возра- . до В 0,2 (монтмориллонитровая глина). стает и становится йримерно равной крутизРешением сисгемы линейных уравне независимости для песчаногопочвогрунта.ний (3) находят неизвестные значения Ме и Эти данные подтверждают расчетные ли-: ЧЧ: .: нейно-ломанные зависимости К(Щ,Формула изобретения ( о - К 1 - о -К 2, .: (4) ": Способ дистанционного определения( К 1 - Кс ) К 2 - ( К 2 - К) К 1 . 40 влажности почвогрунтов, заключающийся визмерении яркостных температур Т 1, Т 2, (к кк,к к",) . ", наднухдлинах волн Йи Ла,отличающ и й с я тем, что; сцелью обеспечеПостоянные коэффициенты в уравнени- определения максимальной молекуляр ях (3) и (4) определяются из следующих вы влагоемкости Ис и полной обьемной влажноражений: : сти Я, дополнительноизмеряют термодина-по -1, . мическую температуру То, а максимальную . ( и л.1)змолекулярную влажность Юс и 1 олную объемную влажность ЧЧ определяют из соотно 50 щений К 1=-4(п 1-1) По 11756808 едактор Н. Рогулич Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4 Ж аказ 3085 ВНИИП роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Лу =Хо -ФЛ К 1=К 1-Ксв,Л К 2=Ку-Ксв;Т 1 в,Х 1 =То2 я,В- Т,уо=0,92,ГдЕ Ков, К 1, К 2 - ЗНаЧЕНИя таНГЕНСОВ УГЛОВ,наклона регрессионных зависимостей козффициентов излучения от объемного со 5 держания в почвогрунте связанной воды,свободной воды для 11 и Й соответственно. Составитель М. КорниенкоТехред М.Моргентал Корректор Н. Слободяник