土柱边界精准模拟｜SoilScope 高精度称重蒸渗仪

土壤包气带地下水交互观测中，土柱内部与周边田间土壤水势保持一致，是蒸渗仪获取真实田间水文过程的关键前提。本次对 SoilScope 高精度称重蒸渗仪的罐体内外水势联动自动补排水系统开展调试验证，系统实现全自动闭环运行，为土壤水量平衡、地下水包气带交互研究提供硬件支撑。

一、核心控制逻辑

系统依托罐体内外水势监测数据开展闭环自动调控，当内外水势条件偏离合理区间时，设备自动完成补水或排水作业，最终将土柱与周边田间土壤维持在相近水势水平，还原田间原位土壤水势边界条件。

二、调试关键实测表现

1.触发灵敏度高，无漏触发、无延迟

调试初期内外水势差达到—29.7 ~—30.7 hPa，超出控制阈值，系统立即识别并自动启动补水流程，传感器采集精度与判断逻辑可靠。

图2：罐体内外水势差调控过程变化曲线

2.联动执行准确，重量数据反向印证

实测补水前罐体基准重量4080.77 kg，补水后罐体峰值重量达到4101.23 kg，补水阶段罐体增重+20.17 kg，清晰体现自动补水动作。

补水完成后受土壤蒸散耗水影响，罐体重量逐步回落，由 4101.23 kg 降至 4098.93 kg，累计减少2.30 kg；

补排水桶监测起始重量55.05 kg，监测末期重量56.07 kg，全程总增重+1.02 kg。

罐体与补排水桶重量变化反向对应，符合 “罐体减重 = 桶增重" 的水量守恒物理逻辑，泵正反转控制精准，无空转、误动作。

图3：罐体重量变化曲线：补水抬升后随蒸散发逐步下降

3.抗野外环境扰动，适配地下水动态变化

罐外水势会受地下水位起伏、田间土壤基质势变化持续扰动。本次调试过程中，在罐外水势动态波动条件下，系统仍可稳定识别阈值条件，正常执行补水、排水操作，具备良好的野外田间工况适应性。

4.控制精度达标，具备优良动态平衡能力

经过自动补水调控，内外水势差从—30.7 hPa 逐步收窄回落，最终稳定至—10.3 hPa、—7.4 hPa、—4.5 hPa，回落至 ±5 hPa 以内，优于预设设计目标。补水结束后系统无超调、无震荡、不会反复启停，维持长期动态平衡。

图4：罐内与罐外水势动态调控变化曲线

三、设备性能验证效果

本次调试验证充分体现 SoilScope 高精度称重蒸渗仪在土柱边界原位模拟方面的综合硬件与控制性能：

✅ 响应灵敏：大水势偏差下可快速触发补水，无漏触发、延迟；

✅ 野外适应性好：耐受地下水位波动扰动，适合站点长期部署；

✅ 执行可靠：泵组动作准确，称重数据满足水量守恒规律；

✅ 控制精度高：水势差收敛至 ±5 hPa 以内，实现土柱田间水势动态平衡；

✅ 数据可信：水势、称重多源数据互相校验，保障观测质量。

综上，SoilScope 高精度称重蒸渗仪硬件与控制算法成熟，可高质量还原田间原位水势边界，满足包气带地下水交互、土壤水量平衡等科研长期野外观测需求。

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