1  引言

水量平衡是水文現象和水文過(guò)程分析研究的基礎，也是水資源數量和質(zhì)量計算及評價(jià)的依據。通過(guò)水量平衡的研究，可以定量地揭示水循環(huán)過(guò)程與陸地自然生態(tài)系統之間相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系；揭示水循環(huán)過(guò)程對人類(lèi)社會(huì )的深刻影響，以及人類(lèi)活動(dòng)對水循環(huán)過(guò)程的消極影響和積極控制的效果。水量平衡又是研究水循環(huán)系統內在結構和運行機制，分析系統內蒸發(fā)、降水及徑流等各個(gè)環(huán)節相互之間的內在聯(lián)系，揭示自然界水文過(guò)程基本規律的主要方法。通過(guò)水量平衡分析，能夠對各種生態(tài)系統和植被類(lèi)型的水分循環(huán)規律做出合理評估，由于不同植被對水分的利用狀況不同，因此分析不同植被條件下水分循環(huán)的差異、水量平衡各影響因素之間的不同，對于進(jìn)行生態(tài)植被建設具有十分重要的參考價(jià)值和指導意義。

2  觀(guān)測系統設計

2.1 目標

AZ-W0401水量平衡觀(guān)測系統根據水量平衡方程，按照空間尺度，層次清晰地測量降雨量、植物蒸騰量、地面蒸發(fā)散量、地表徑流量、土壤蓄水量、地下蓄水量。為分析區域水量平衡，揭示各生態(tài)系統類(lèi)型水文要素的時(shí)空規律，為研究不同植被變化及植物生長(cháng)對水分分配的調節提供基礎數據。

2.2 水量平衡場(chǎng)的建立與觀(guān)測

水量平衡場(chǎng)一般在研究區域選擇植被、地形、土壤、地質(zhì)、坡向、坡度有代表性的地區。水量平衡場(chǎng)地上部分的形狀、結構、尺寸與一般的坡面徑流場(chǎng)相類(lèi)似，其差別在于該場(chǎng)的四周筑有隔水墻。一般用混凝土或木質(zhì)構件砌筑。如果土壤層下面的不透水層較淺，則其隔水墻也可以用緊實(shí)的軟粘土構成，墻的厚度為20～25cm，寬度為50cm，長(cháng)400cm，隔水斜墻直插入不透水層30cm，斜墻的地上部分，用土筑起高出地面20cm的土推，以防地表徑流進(jìn)入場(chǎng)內。另外，在隔水墻外邊20cm處與墻平行挖一條截水溝，以降低土壤的滲透壓力。

2.2.1 降雨量觀(guān)測

在空曠地、冠層下方分別雨量傳感器，觀(guān)測降雨量、穿透雨量。

2.2.2 植物蒸騰量觀(guān)測

采用徑階標準株法，調查觀(guān)測樣地內植物的胸徑，按胸徑對其進(jìn)行分級（一般2～4cm為一個(gè)徑級），從各級植物中選取2～3株標準株進(jìn)行植物蒸騰量觀(guān)測。然后每株安裝植物液流測量單元，進(jìn)行人工或自動(dòng)觀(guān)測。

2.2.3蒸發(fā)散量觀(guān)測

    根據水量平衡場(chǎng)觀(guān)測資料，利用水量平衡公式求算得到。

2.2.4 地表徑流量觀(guān)測

在水量平衡場(chǎng)下部設置集水槽，在集水槽出水口，安裝地表徑流測量系統的平緩導流槽進(jìn)行引流，承接全部水量平衡場(chǎng)出水。應用自記翻斗觀(guān)測地表徑流量。

2.2.5 土壤含水量觀(guān)測

土壤含水量觀(guān)測樣地設置應根據典型植被所在地形和土壤物理性質(zhì)空間差異來(lái)確定。對于典型植被來(lái)說(shuō)，分別設置一個(gè)大小為10m×10m的觀(guān)測樣地，在每個(gè)觀(guān)測樣地內設置3個(gè)觀(guān)測點(diǎn)，觀(guān)測點(diǎn)位置宜沿觀(guān)測樣地對角線(xiàn)均勻分布。

觀(guān)測深度根據土壤層最大土層深度確定，一般為1.0m左右。埋設1m長(cháng)TDR土壤水分觀(guān)測管，把時(shí)域反射儀的探頭放入觀(guān)測管內，分別測量0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm土壤含水量。

2.2.6 壤中流量觀(guān)測

有坡面水量平衡場(chǎng)壤中流觀(guān)測設備的，從地表徑流集水槽下端混凝土澆筑的擋墻留有的水孔，用導管將地下徑流引入量水器，進(jìn)行地下蓄水量觀(guān)測。

2.3 觀(guān)測系統組成

   AZ-W0401水量平衡觀(guān)測系統由：數據采集器、降雨監測單元、植物液流測量單元、土壤水分測量單元、地表徑流觀(guān)測單元共同組成。

3 技術(shù)參數：

3.1 ENVILog數據采集器：

  CPU：32位處理器FPU，180MHz

A/D轉換： 24位

模擬通道： 8個(gè)，外接擴展模塊可擴展到100個(gè)以上

報警：條件：高、低范圍內和范圍外；延遲：可選擇報警延遲時(shí)間；動(dòng)作：設置數字輸出，傳輸報警信息，執行設定任務(wù)。

采集頻率：1s到天可自由設置

顯示：2.54’OLED屏，帶按鍵及狀態(tài)指示燈，包括采集狀態(tài)、存儲指示、警告顯示和電源指示，內部電池充電指示和充滿(mǎn)指示等。

數據存儲：內置512MB（約1千萬(wàn)個(gè)數據）；可插拔U盤(pán)，最大支持32G容量

通訊：以太網(wǎng)、USB、RS232、RS485，支持modbus-RTU/TCP協(xié)議

無(wú)線(xiàn)功能：內置4G DTU模塊、WIFI模塊，全網(wǎng)通，支持ENVIData云平臺

3.2降雨監測單元：

  雨強 0-5mm/min

分辨率0.1mm 

3.3植物液流測量單元：

傳感器長(cháng)度：10mm，直徑：1.2mm

溫度傳感器數量：1對

  探針間距：40mm

  探頭功耗：0.08-0.12W

  纜線(xiàn)：15m

3.4土壤水分測量單元：

適應土壤電導率范圍：0 - 20dS/m，>20dS/m可通過(guò)材料特殊標定

土壤水分測量范圍：0-100%體積含水量

土壤水分測量精度：±1%（0-40%），±2%（40-70%）

3.5 地表徑流觀(guān)測單元：

傳感器類(lèi)型：機械計量翻斗

翻斗容積：1000ml

準確度：±3%

3.6 系統附件：

  太陽(yáng)能供電：40w太陽(yáng)能板，60AH 蓄電池

  防護機箱：鋼質(zhì)噴塑，防腐蝕。

 支架：鋁合金材質(zhì)，高度2米。

4 產(chǎn)地：中國