1  引言

水量平衡是水文現象和水文過程分析研究的基礎，也是水資源數量和質量計算及評價的依據。通過水量平衡的研究，可以定量地揭示水循環過程與陸地自然生態系統之間相互聯系、相互制約的關系；揭示水循環過程對人類社會的深刻影響，以及人類活動對水循環過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系統內在結構和運行機制，分析系統內蒸發、降水及徑流等各個環節相互之間的內在聯系，揭示自然界水文過程基本規律的主要方法。通過水量平衡分析，能夠對各種生態系統和植被類型的水分循環規律做出合理評估，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的差異、水量平衡各影響因素之間的不同，對于進行生態植被建設具有十分重要的參考價值和指導意義。

2  觀測系統設計

2.1 目標

AZ-W0401水量平衡觀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，揭示各生態系統類型水文要素的時空規律，為研究不同植被變化及植物生長對水分分配的調節提供基礎數據。

2.2 水量平衡場的建立與觀測

水量平衡場一般在研究區域選擇植被、地形、土壤、地質、坡向、坡度有代表性的地區。水量平衡場地上部分的形狀、結構、尺寸與一般的坡面徑流場相類似，其差別在于該場的四周筑有隔水墻。一般用混凝土或木質構件砌筑。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的軟粘土構成，墻的厚度為20～25cm，寬度為50cm，長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，以防地表徑流進入場內。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 降雨量觀測

在空曠地、冠層下方分別雨量傳感器，觀測降雨量、穿透雨量。

2.2.2 植物蒸騰量觀測

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

2.2.3蒸發散量觀測

    根據水量平衡場觀測資料，利用水量平衡公式求算得到。

2.2.4 地表徑流量觀測

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

2.2.5 土壤含水量觀測

土壤含水量觀測樣地設置應根據典型植被所在地形和土壤物理性質空間差異來確定。對于典型植被來說，分別設置一個大小為10m×10m的觀測樣地，在每個觀測樣地內設置3個觀測點，觀測點位置宜沿觀測樣地對角線均勻分布。

觀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TDR土壤水分觀測管，把時域反射儀的探頭放入觀測管內，分別測量0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm土壤含水量。

2.2.6 壤中流量觀測

有坡面水量平衡場壤中流觀測設備的，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，進行地下蓄水量觀測。

2.3 觀測系統組成

   AZ-W0401水量平衡觀測系統由：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、地表徑流觀測單元共同組成。

3 技術參數：

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，外接擴展模塊可擴展到100個以上

報警：條件：高、低范圍內和范圍外；延遲：可選擇報警延遲時間；動作：設置數字輸出，傳輸報警信息，執行設定任務。

采集頻率：1s到天可自由設置

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

數據存儲：內置512MB（約1千萬個數據）；可插拔U盤，最大支持32G容量

通訊：以太網、USB、RS232、RS485，支持modbus-RTU/TCP協議

無線功能：內置4G DTU模塊、WIFI模塊，全網通，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：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 地表徑流觀測單元：

傳感器類型：機械計量翻斗

翻斗容積：1000ml

準確度：±3%

3.6 系統附件：

  太陽能供電：40w太陽能板，60AH 蓄電池

  防護機箱：鋼質噴塑，防腐蝕。

 支架：鋁合金材質，高度2米。

4 產地：中國