蒸滲儀系統是在現代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)和微氣候學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎上,為測定農田蒸騰蒸發(fā)和地下水—土壤水轉化而研發(fā)生產(chǎn)的一種更系統更綜合的標準試驗設備。其通過(guò)對被測土壤(原狀土或人工配制實(shí)驗土)水循環(huán)的記錄分析,以研究農作物的耗水規律和SPAC系統中水分運移轉化規律。
蒸滲儀系統包含:蒸滲儀系統附屬地下觀(guān)測室、蒸滲儀系統機電設施、蒸滲儀系統附屬金屬結構設施、蒸滲儀稱(chēng)重系統、蒸滲儀數據采集系統。
1、地下觀(guān)察室及附屬設施:地下觀(guān)測室基礎結構為地下一層現澆鋼筋混凝土框架--剪力墻結構體系。地下觀(guān)測室成矩形布置,建筑面積約150.0㎡,底板距離地面高度為3.1m,底板基礎形式為平板基礎,由下至上為300mm水撼砂,200mm細石混凝土,300mm鋼筋混凝土;外墻厚度為300mm;頂板厚度為150mm,頂板南北向有四條400mm×550mm的承重梁。地下室頂比地面低0.7m,頂板上做聚乙烯高分子防水卷材,回填400mm厚的原狀土,并預留15處蒸滲測筒安裝口。觀(guān)測室頂板設3處通風(fēng)口,通風(fēng)口尺寸為1400mm×800mm,室內安裝除濕設備。底板及側壁采用土工膜全包防水,土工膜規格為400g/m2。地下觀(guān)測室入口采用樓梯踏步,樓梯凈寬1.8m,樓梯兩側墻壁和踏步鋪裝大理石,入口處安裝鋼化玻璃折疊推拉門(mén)。地下觀(guān)測室抗震設防烈度6度。建筑結構安全等級一級?;炷翉姸鹊燃塁30防水混凝土。鋼筋類(lèi)別Ⅰ、Ⅱ級鋼筋。
2、灌排水附屬設施:灌溉管路為PPR管,干管管徑φ50,支管管徑φ32,管道支架60組,配套15組閥門(mén)和15組水表。
3、遮雨棚設施:遮雨棚基礎深1.6m,寬0.6m。自下而上分別為100cm水撼砂,30cm細石混凝土,30cm鋼筋混凝土。在基礎表面埋設預埋件,以便與軌道連接。
4、內部設施裝修:地下觀(guān)測室地面為制作防水砂漿地面找平,上刷防水環(huán)氧地坪漆。側壁和棚頂水泥砂漿找平后粉白。樓梯地面為大理石,兩側為大理石吊裝。
5、地下監測室電器設施:地下室電線(xiàn)規格為2.5mm2,設有防水燈6處,防水插座14處。配電箱1個(gè)。
6、遮雨棚電器設施:遮雨棚電線(xiàn)規格為10 mm2,線(xiàn)路總長(cháng)為60m(不含遮雨棚到供電線(xiàn)路部分)。配控制箱1套。每條軌道上安裝1臺電機和1臺減速器。
7、測桶(2m高):① 蒸滲儀測筒和四周材質(zhì)為國標碳鋼,表面噴砂噴防腐漆,尺寸為D=1130mm,H=2000mm;②測筒四周采用5mm鋼板;筒底采用8mm鋼板;④在測筒一側壁上打55mm和25mm的傳感器安裝孔,地下1m內按20cm一層打孔,1-2m按30cm打孔,并焊接4個(gè)螺絲,安裝高防水膠圈及連接件;⑤焊接一處穿線(xiàn)槽;⑥蒸滲儀測筒焊接要求抗拉、抗剪強度不小于原材料的性能;焊縫表面無(wú)砂眼裂痕。
8、重量稱(chēng)重平臺:重量稱(chēng)重平臺材質(zhì)為槽鋼和鋼板焊接而成,表面噴砂噴漆防腐處理;焊接為全焊接,無(wú)砂眼裂痕,表面噴防銹底漆后噴白色油漆。
9、保護筒:蒸滲儀保護筒是保證內筒不受影響的護沿設計,保護筒護沿采用不銹鋼材質(zhì),護沿折彎后焊接外圈;護沿下沿與頂部凸出外圈相連保護內筒不受影響。
10、遮雨棚鋼結構:遮雨棚采用電動(dòng)伸縮形式,總長(cháng)16m,伸縮二層分別為7m、13m,即遮雨棚關(guān)閉狀態(tài)時(shí)最長(cháng)為8m。高度分別為2.4m、2.2m。二層跨度分別為9.55m、10.15m(實(shí)際根據現場(chǎng)設計而定),可同時(shí)滿(mǎn)足蒸滲儀群遮雨需要;遮雨棚為鋼架結構,鋼托架采用30mm×50mm方管,鋼墻架采用100mm×100mm方管,鋼檁條采用60mm×60mm方管。遮雨棚采用耐力板遮雨,鋁合金壓條將耐力板安裝到鋼架結構上。移動(dòng)軌道采用輕型火車(chē)軌道。根據伸縮長(cháng)度安裝不同長(cháng)度2條雙鋼軌。安裝時(shí)要用水準儀進(jìn)行超平。遮雨棚建造水泥基礎用于鋪設軌道,在基礎表面埋設預埋件,預埋件為10mm厚的鋼板,以便與軌道連接。遮雨棚電線(xiàn)線(xiàn)路總長(cháng)為60m(不含遮雨棚到供電線(xiàn)路部分),配控制箱1套,每條軌道上安裝1臺電機和1臺減速器。
11、蒸滲儀稱(chēng)重系統:采用Y字結構,特型C3級2.5噸量程稱(chēng)重傳感器3個(gè),檢定分度數3000,總稱(chēng)重范圍為7.5噸; 三個(gè)傳感器單獨模數轉換采集,采樣分辨率大于千萬(wàn)分之一,采樣速率大于等于1kSPS;總稱(chēng)重精度100g(折合0.1mm);通行接口為RS485接口,通信速率9600bps;電源兼容交流電源交流220V 50Hz及直流24V、太陽(yáng)能供電。
12、監測軟件及各類(lèi)參數傳感器:
①野外試驗站物聯(lián)網(wǎng)管理平臺采集集成現有設備,實(shí)現實(shí)時(shí)、遠程采集顯示設備數據,如蒸滲儀、渦度相關(guān)、氣象站、氣候觀(guān)測系統、土壤環(huán)境監測系統、物候觀(guān)測系統等;具備數據實(shí)時(shí)顯示、數據下載、數據分析、設備管理、設備信息修改、數據分類(lèi)管理和共享等功能;系統設計應具有可擴展性。包括接入設備擴展,管理區域擴展,接入系統擴展,使用人員擴展。設備擴展至少可支持擴展其他監測模塊,如土壤、植物/作物、氣象、水生態(tài)、水文等,進(jìn)行水量平衡、能量平衡研究。系統必須提供專(zhuān)用的C/S客戶(hù)端,集成所有的應用功能及后臺管理功能。支持元數據管理并與數據交換平臺進(jìn)行數據交換。本系統數據中心和平臺應用建設統一采用Microsoft .Net平臺開(kāi)發(fā),兼容windows7及以上版本的windows操作系統。服務(wù)層和接入層軟件也應能兼容linux設備。
②野外試驗站物聯(lián)網(wǎng)管理平臺建設分為四大類(lèi)內容:數據中心、平臺應用、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端、設備接入系統,其中移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端根據用戶(hù)選擇的應用功能給與手機App或微信小程序實(shí)現;設備接入系統包含:RJ45以太網(wǎng)接口設備、WIFI設備、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )2/3/4/5G設備、藍牙設備、RS232/485接口設備、Modbus協(xié)議設備、Pakbus協(xié)議設備、Lora設備、OPC協(xié)議設備、FTP協(xié)議、用以訪(fǎng)問(wèn)具有FTP服務(wù)器的第三方系統、RTSP/RTMP視頻流。
③土壤水分、溫度和電導率三個(gè)參數用一個(gè)傳感器同時(shí)測量:土壤水分、溫度、電導率三參數傳感器(國產(chǎn)):每套蒸滲儀設置6個(gè)測量點(diǎn)位,土壤水分、溫度和電導率三個(gè)參數用一個(gè)傳感器同時(shí)測量:測量指標:土壤體積含水量、土壤溫度和電導率;量程:0-100%,-40-80℃,0-23 dS/m;分辨率:0.08%,0.1℃,0-7ds/m內0.01 dS/m;精度:±1~3%,±0.5℃,0-7ds/m內±5%;供電電壓:3.6-12 VDC;信號輸出:SDI-12;運行環(huán)境:-40-85℃;線(xiàn)纜長(cháng)度:默認5米,可定制其他長(cháng)度;探針材料:防腐特制電極;密封材料:黑色環(huán)氧樹(shù)脂;防護等級:IP68 ;傳感器尺寸:整體厚度不超過(guò)1.5cm,探針長(cháng)度不超過(guò)5cm。
滲漏量傳感器參數:高精度稱(chēng)重式加自動(dòng)排水系統方式精確測量;使用S型C3級傳感器,量程5千克;稱(chēng)重精度1g(折合0.001mm);通行接口為RS485接口,通信速率9600bps;電源兼容交流電源交流220V 50Hz及直流24V、太陽(yáng)能供電。共15套。
13、數據采集器:
①遠程無(wú)線(xiàn)監測蒸滲儀環(huán)境參數:土壤水分、土壤溫度、電導率、地表水位、滲漏量、地下水位。
②其他采集通道:SDI-12接口48個(gè);RS485接口4個(gè);4-20mA接口4個(gè);0-5V電壓接口4個(gè);其他接口或數量可定制接入;數據存儲:本地32MB及數據云平臺(無(wú)限制)遠程通信接口:2/3/4G全網(wǎng)通;遠傳方式:數據遠程傳輸到大數據管理云平臺和手機APP,可在線(xiàn)查看及修改蒸滲儀數據和參數。本地數據接口:以太網(wǎng);數據下載:U盤(pán);;接入我院試驗站監控平臺,可實(shí)現在線(xiàn)控制與數據收集。數據采集及配套軟件具有即測即存功能,防止測量數據丟失??梢栽诰€(xiàn)顯示蒸滲量過(guò)程、滲漏量變化過(guò)程。全漢字人機交互操作界面,具有在線(xiàn)幫助功能。定時(shí)時(shí)鐘精度1min/月。最短定時(shí)時(shí)間5min。最大連續工作時(shí)段1年。本地存儲(所有數據10min的采樣間隔下,大于1年的存儲量),支持U盤(pán)數據下載(下位機數據可直接下載到U盤(pán),存儲為T(mén)XT格式,上位機可導成excel格式)。
14、無(wú)線(xiàn)分測站:各蒸滲儀分機與主控之間采用國內免費780MHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行通信;各傳感器與主控之間采用國內免費780MHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行通信;被稱(chēng)量土體部分所有電子設備供電采用無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)。
15、中央控制主機:面板尺寸:21.5寸;顯示區域尺寸:476.64(寬)×268.11(高) mm ;顯示模式:16:9 ;分辨率:1920X1080;顯示色彩:16.7M ;硬件參數/System parameters ;工控主板處理器:Intel 集成I3 ;內存:雙通道 DDR II 533/667 4GB ;儲存體:SATA-120G SSD/1TB ;顯卡:集成Inter Graphicst顯示核心;聲卡:Realtek ALC662 HD Audio Codec integrated ;2*5W (8Ω) ;網(wǎng)絡(luò )接入:有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、WIFI可選 ;觸摸系統:紅外式/電容式10點(diǎn)觸摸;支持雙千兆網(wǎng)口,由PCIe X1走線(xiàn);雙顯示 VGA與 LVDS;整合 256兆共享顯存;PCIE X16 VGA 插槽;支持 4個(gè)串口與 GPIO。
16、斷電后自動(dòng)切換供電系統:斷電后自動(dòng)切換供電系統輸出功率容量:54 kW / 60 kVA; 輸入:電壓(165~300)VAC,頻率(40~60)Hz(軟件可調);輸出:電壓220×(1±2%)VAC,頻率與輸入同步〔市電模式〕,當市電頻率超出(46~54)Hz范圍時(shí),輸出頻率為50×(1±0.2%)Hz,50×(1±0.2%)Hz〔電池模式〕;輸出波形:正弦波;轉換時(shí)間:零中斷;超載能力:110%-150%維持30秒鐘后輸出轉為旁路,150%以上維持300ms;通訊界面:RS-232 + Intelligent Slot;滿(mǎn)負載效率91.7%;輸出電壓失真低于 2%;輸出頻率(與主頻率同步)50 Hz – 可編程 +/- 0.5 / 1 / 2 / 4 / 6 / 8%。
17、土壤測試建模:對安裝地點(diǎn)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行檢測,并根據擬采用的原狀土性狀對測桶進(jìn)行回填。
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