基于土壤蒸渗仪的地下水水分和盐分运移观测装置

①对地下水污染进行监测

由于地下水大多埋藏于地下，无法用肉眼直接进行观测，那么设计一个装置以来监测其水质以及水分的运移情况则是非常有必要的，运用新装置对地下水进行观测相对于原装置而言，则有了更精确、更丰富的数据。

②土壤蒸渗仪的改进

传统的土壤蒸渗仪用于研究水文循环中的下渗、地表径流和地下径流、蒸散发等过程，但在精细刻画盐分和水分运移方面存在不足。为此，采用重量差法准确观测土层含水率的变化，并设计为串联式组合方式，进而模拟不同深度土层的水分运移变化规律。另外，在模拟土层中安装温度和盐分探头，用于观测盐分在土层中的变化规律，结合水分运移计算盐分的下渗或蒸发通量，以及分析温度对包气带中水分和盐分运移的影响。总之，该项目在传统蒸渗仪的基础上进行优化，精准刻画水分的运移，耦合盐分的变化规律，以期成果能够为揭示地下水的补给和污染物运移规律提供支持。

③为地下水污染防治提供理论研究基础

将该装置运用至实际的生活中，能够更有效地监测地下水的情况，进而为地下水的污染起到一个预警的作用，减少治理地下水污染治理支出的经费，同时能够为地下水污染总结数据，为我国地下水污染治理方向提供数据帮助，为我国经济发展奉献力量。

①项目前期调研：通过中国知网，图书馆等方法查阅检索相关文献，归纳总结国内外研究现状，同时前往桂林周边寻找实验场地，对试验场地的土壤特征，气温数据等信息进行收集。

②装置设计：借鉴原装置设计图，根据调研结果结合实际情况和专业人士意见，进行装置设计。

③装置制作：使用经费购置材料，在指导老师的指导下进行装置的制作。

④实地对比试验：将装置安装在实验场所进行试验。

⑤数据分析：将实验数据收集对比，总结出新装置的优缺点，并进行进一步的改进。

（1)国内发展动态：

土壤蒸渗仪是用于研究土壤水分运移和作物蒸散规律的重要设备。在国、内外研究中，关于土壤蒸渗仪的应用和性能进行了广泛的探讨。通过文献检索，我们可以找到多篇相关研究。 首先，在《大型称重式蒸渗仪测定的冬小麦农田的蒸散规律研究》这篇文献中，研究人员探讨了土壤水分亏缺对作物蒸散量的影响，以及利用Penman-Monteith法和经验模型估算作物蒸散量的方法。这表明土壤蒸渗仪在农田蒸散规律研究中的重要性。 另外，《大型蒸渗仪的设计，建造与安装》一文介绍了一种大型蒸渗仪的设计和建造方法，该设备用于研究营养元素在农田中的运移。这显示了土壤蒸渗仪在土壤水分运移研究中的应用广泛性。此外，《QYZS-T2全自动称重式土壤蒸渗仪原理及维修》这篇文献详细介绍了一种全自动称重式土壤蒸渗仪的原理和维护方法。这表明土壤蒸渗仪在监测站等实际应用中的重要性和可靠性。虽然我国在蒸渗仪的制作与改进起步较晚，但随着我国对于地下水的监测需求以及地下水污染情况日益严重，该方向的成果日益活跃，现如今我国蒸渗仪有着较多的型号，其中不乏较好的蒸渗仪装置如：

南京木流电子科技有限公司设计的一种土壤蒸渗仪，针对原有蒸渗仪功能单一的问题，设计出新的装置。

此装置案能够对土壤坯体层的温度进行精确调节，解决了现有技术中的土壤蒸渗仪无法进行需要精确调控土壤温度的实验的问题，同时解决了现有技术；但是，前的技术主要用于测量蒸发、渗透、降雨量，而蒸发量、渗透量、降雨量的数据曲线不足以验证土壤吸收水分的多少，因此观测数据较为片面，不能完全满足测量需要。

北京剑灵科技有限公司设计的一款蒸渗仪，针对原有蒸渗仪无法链接大数据的问题，设计了一款新的蒸渗仪系统。

将土壤放置在土壤蒸渗测量装置内，并通过检测装置进行土壤参数的检测，能够有效的测量的土壤参数变化，另外，通过数据采集与无线传输系统与土壤蒸渗测量装置的连接，能够实现数据采集自动检测，无需人工值守。检测装置可以根据实际需要进行选择或者组合，能够实现对环境的全面监测。

(2)国外发展动态：

在《Laboratory Studies on Air Permeability》文献中，提到了关于土壤气体渗透性的实验室研究，指出了土壤对气体流动的特性以及土壤蒸汽抽提（soil vapor extraction）策略的演变。这表明土壤蒸渗仪在土壤研究中具有重要作用。 此外，文献《A new technique to measure in situ soil gas permeability》中提到了一种新技术用于测量原位土壤气体渗透性，该技术已成功校准并广泛应用于全球的土壤蒸渗仪。这表明该研究提出了一种新型设备，能够快速响应并提供有效的测量结果。

综合这些信息，可以看出国内外关于土壤蒸渗仪的研究涵盖了实验室研究和原位测量技术，这些研究对于理解土壤气体渗透性以及土壤蒸汽抽提等领域具有重要意义。

项目创新点：

①理论方面：总结前人经验，提出改进措施

本项目深度总结原装置在实际应用过程中遇到的问题。提出对于原装置土壤蒸发情况监测更好的监测设计，便于更好获得数据。

②技术方面：为装置增加新功能

本项目在原有杠杆式土壤蒸渗仪上，改进旧杠杆系统对重量差的测算过程，增加其对重量的精确度和测量范围；并对获取土壤按高度进行三等分分层或五等分分层，确定土壤埋藏深度对各项数据的影响；另外添加对土壤的盐分、温度的观测以及对水分运移进行监测和模拟。

③实践方面：基于实践需求，符合发展理念

本项目不仅查阅大量文献调查报告，而且进行实际调研考察收集大量相关数据与地下水观测的实际需求，并且根据需求来进行项目的总体规划设计。

项目特色：

①创新性：增添新功能，实现效率提高

本项目不仅仅提高了原装置对于土壤蒸发情况监测的精准度，而且基于原装置设计出对于土壤盐分、土壤水分运移情况监测，同时还能监测不同地带，让地下水监测工作效率得到更精确有效。

②实用性：着眼实际问题，解决地下水观测实际需求

  本项目通过实际调研，了解在不同情景下装置的运作情况，并且根据地下水污染与观测为基础进行了该装置的设计与实现，并将该装置运用到实际中，解决地下水污染情况难观测等痛点问题。

  ③前瞻性：构建大数据监测，助力地下水污染防治

   本项目对于大数据的应用如下：首先，传统的土壤蒸渗仪是用于研究水文循环中的下渗、地表径流和地下径流、蒸散发等过程，采样是采取垂直地面不同高度的土壤进行蒸渗实验，而获取一个相对平均的数据，我们将对采取的土样按高度进行三等分分层或五等分分层，并按照土壤原有高度的贴切环境进行蒸渗实验，将大大提高数据的可靠性和准确性。而且传统仪器对盐分方面的观测存在不足。由国内研究调查可知，对比不同混合比例、不同温度下和不同人工补水水质下，积盐量呈现一定的差异性，主要是由初始补给水源带来的盐分和蒸发浓缩双重作用下导致的含盐量的差性。并且盐分的运移通常会发生于水分的运移，传统仪器无法检测运移水分的变化和温度对这个过程产生的影响，于是在设备上安装温度和盐分探头，以及水分运移观测器，用于观测盐分在土层中的变化规律，结合水分运移以及土壤不同分层的各项平均数据计算盐分的下渗或蒸发通量，以及分析温度以及高度对包气带中水分和盐分运移的影响。结合国家对于用水的需求，运用智能化、数字化的蒸渗仪取代传统的人工检测，不仅不费时不费力，还将为大量的地下水数字化监测提供了基础。

技术路线、拟解决的问题及预期成果

（1）技术路线 

①前期调研；通过图书馆、中国知网等方法查阅检索相关文献，归纳总结国内外研究现状。

②实验场地调研：对桂林市周边的地质进行实地调研考察，并且收集当地的土壤图像以及气温数据等相关信息。

③调研资料收集：对所收集的资料进行分析总结。然后和指导老师讨论，得出调研结果，确立试验研究方案以及具体的试验方法以达到预期结果。

④装置设计：根据调研结果结合实际情况和专业人士意见，进行装置设计。

⑤装置制作：根据设计图对装置进行制作。

⑥实地对比试验：将新装置和原装置带到实验场地进行对比实验得到数据。

⑦总结数据：将所得数据进行总结对比，得出新装置在实际检测过程中的优缺点，进行再一步完善。

（2）拟解决的问题

①对桂林市周边的地质进行考察与调研，寻找出适合进行实验的场地，结合原土壤蒸渗仪所观测的数据，将新研制出装置测得的数据进行对比，总结出新装置的优缺点。

②设计出预想的土壤蒸渗仪并将其制作出，新装置在观测盐分在土层中的变化规律、土壤中水分运移以及温度的影响有了显著提升。

③基于本项目设计出来的装置对各个场景的应用和原装置对比具有普遍优越性。

（3）预期成果

完成观测装置的设计与制作

①整理与分析本项目所有试验数据，完善好装置，申请专利1项。

②完成申请项目的结题报告。