申请/专利权人：江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心)

申请日：2023-07-13

公开（公告）日：2023-09-22

公开（公告）号：CN116609375B

主分类号：G01N25/00

分类号：G01N25/00;G01N33/24;G01K11/324

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.22#授权;2023.09.05#实质审查的生效;2023.08.18#公开

摘要：本发明公开了一种利用热脉冲分布式光纤估算设施作物耗水量的方法，该方法利用热脉冲分布式光纤测定设施大棚地下滴灌下不同土层深度的土壤水分，并通过捕捉高时空分辨率的土壤水分动态来计算土壤储水量的变化，从而利用水量平衡法估算设施蔬菜的耗水量。本发明的有益效果是：本发明通过结合分布式光纤温度传感技术和热脉冲探针技术，可以高空间分辨率捕捉多个设施大棚的土壤水分动态，从而提高土壤储水量的估算精度，并显著提高设施蔬菜耗水量的估算精度。本发明对农业精准灌溉的实施以及提高作物水分利用效率具有重要意义。本发明可为设施蔬菜的水分管理和灌溉决策提供科学依据。

主权项：1.一种利用热脉冲分布式光纤估算设施作物耗水量的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：在大棚内布设光缆，光缆埋设在大棚每垄中心的不同深度土壤中，光缆的结构由外向内包括绝缘护套、金属层和光纤；步骤S2：对长度为L的光缆金属层在预设时间内进行通电产生焦耳热，其加热功率通过金属层的电阻R和实时记录的电压U求得；步骤S3：利用光信号解调模块DTS，采集待测土壤中沿光纤不同空间点位的升温值ΔT随时间t的变化；通过公式（1）得到降噪后的升温值ΔT´； （1）；式中，ΔT´为降噪后的升温值，、和分别为t-1时刻、t时刻和t+1时刻的升温值；单位为℃；计算沿光纤不同空间点位的累积升温值，，再通过公式（2）计算得到归一化的累积升温值； （2）；式中，为待测土壤中沿光纤不同空间点位的累积升温值，te为停止加热时间，为待测土壤中的沿光纤不同空间点位的归一化的累积升温值，qt为第t个时刻光纤单位长度的加热功率，单位为W×m-1；步骤S4：在待测土壤中的光纤预设距离内布设时域反射仪TDR，以监测光纤附近的土壤水分θ，建立土壤水分θ与待测土壤中的沿光纤不同空间点位的归一化的累积升温值函数关系；用一个指数方程公式（3）来建立函数关系； （3）；式中，A与B为参数，参数A和参数B直接从下限条件和上限条件导出；步骤S5：通过不同深度的待测土壤中沿光纤不同空间点位的归一化的累积升温值推求光纤不同空间点位的土壤水分θ；步骤S6：通过光纤监测的不同空间点位的土壤水分计算土壤储水量，利用水量平衡法计算设施作物耗水量；建立土壤水分θ与待测土壤中的沿光纤不同空间点位的归一化的累积升温值函数关系，具体为：下限条件： 且；上限条件： 且；其中，为干土的归一化的累积升温值；θsat为土壤饱和含水率；为饱和土的归一化的累积升温值；公式（3）改写为： （4）；式中，干土的归一化的累积升温值通过室内干土试验测得，饱和土的归一化的累积升温值和土壤饱和含水率θsat通过饱和土试验测得；步骤S6中计算土壤储水量；具体为： 5；式中，为土壤储水量，为光纤的第i个位置第j层土壤的含水率，为第j层土壤的厚度，n为每垄地块每个土层光纤测定的土壤水分数量，通过公式（6）表示大棚每垄的平均土壤储水量； 6；步骤S6中利用水量平衡法计算设施作物耗水量；具体为： 7；式中，为时间t内的设施作物耗水量，R为保存在土壤计划湿润层的有效降雨量，大棚内该项为0；I为时间t内的灌水量；F为地表径流，该项为0；为时间t内土壤储水量的变化；S为时间t内耕作层下边界的地下水补给量或深层渗漏量，该项为0；在大棚内公式（7）简化为： 8； 9；式中，为时间t+1的土壤储水量；为时间t的土壤储水量。

全文数据：

权利要求：

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