摘要：土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数,对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量,该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源土壤入渗性能测量方法的改进方案,设计并构建了对应的测量系统。采用红外热像仪获取地表湿润面积随时间的推进过程,构建了地表湿润面积提取算法,定义了土壤入渗性能曲线的形状基函数,根据水量平衡原理对曲线配位,并建立了土壤入渗性能模型。室内试验设置了土壤类型(粉壤土和砂壤土)、地表坡度(0°、5°和8°)和覆盖度(20%、40%、50%、60%、65%、70%、75%和80%)3个因素;在自然植被覆盖条件下进行了田间验证试验。结果表明,坡度和土壤类型对地表湿润面积识别影响不显著;当轮廓覆盖度小于60%时,采用本文的算法,地表湿润面积识别误差在5%左右,可满足土壤入渗性能的测量要求。室内及田间入渗性能测量试验的水量平衡误差均在2%以下,表明土壤入渗性能测量模型精度较高。该研究提出的方法操作方便,测量精度高,为实现野外地表有覆盖物的复杂环境下原位测量土壤入渗性能提供了可靠途径。

摘要：基于薄层水流中的热传递过程,提出测量水流流速的示踪方法,并设计对应的测量系统。在室内试验坡面上,设计不同试验工况(坡度为5°,10°,20°,流量为2,5,8 L/min),以盐示踪法为对照,研究热示踪测量薄层水流流速的可行性及其影响因素。结果表明,测量系统能准确地测得热示踪剂的运移过程;热与盐2种示踪剂测得流速范围为0.408~1.522 m/s,线性拟合斜率为1.006,R~2为0.993,表明两者具有显著的线性关系,热示踪法具有较高的可靠性;由于物理属性差异,部分水力工况下示踪剂的释放方式对盐和热的测量结果影响显著,表明此时2种示踪剂测量流速的代表性不同;可采用盐与热联合示踪的方法,取二者测量结果的均值作为薄层水流的平均流速,以提高测量结果的代表性。研究结果可为复杂下垫面、盐渍化和禁用化学成分等特殊坡面上薄层水流流速的准确测量提供新方法和理论参考。薄层水流流速的准确测量对地表水文和土壤侵蚀领域的研究具有重要意义。