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中国科学yuan三江平原沼ze湿disheng态试验站水位 增温协tong控制yangdi设ji与建设
lai源:http://www.china-tongbo.com/ | zuozhe:dalian娱le世界用户登陆平台 | 发布时jian: 2018-05-29 | 2962 次浏览 | fenxiang到:
在中国科学yuan三江平原沼ze湿disheng态试验站demaotai草(Carexlasiocarpa)沼ze中,建成liao水位增温协tong控制yangdi。通guo水位zi动控制设备,实现羢u觶e湿di中de原位水位控制,在保chi微气候与天然湿di一致detong时,ke以对水位进行精确de控制。tong时,为liaoyan究全球变化背景下水位与气温对湿disheng态xi统de协tongzuo用,选择liao4种水位(-20cm、-10cm、0cmhe10cm),采用开dingxiang(opentopchamber,OTC)被动增温方法,进行水位增温协tong控制。
  谭wenwen1,2,3,su昱4,songchang春1*,zhang新厚1,2,韩哲1,2,乔田华1,2

  (1.中国科学yuan湿disheng态与环綾hi氐闶笛槭遥泄蒲uan东北di理与农业sheng态yan究suo,吉林chang春130102;

  2.    中国科学yuan三江平原沼ze湿disheng态试验站,黑long江富锦156332;3.中国科学yuanda学,北京100049;

  4.    dalian娱le世界用户登陆平台zi动化成套设备有限gong司,辽宁dalian116000)

  zhai要:在中国科学yuan三江平原沼ze湿disheng态试验站demaotai草(Carexlasiocarpa)沼ze中,建成liao水位增温协tong控制yangdi。通guo水位zi动控制设备,实现羢u觶e湿di中de原位水位控制,在保chi微气候与天然湿di一致detong时,ke以对水位进行精确de控制。tong时,为liaoyan究全球变化背景下水位与气温对湿disheng态xi统de协tongzuo用,选择liao4种水位(-20cm、-10cm、0cmhe10cm),采用开dingxiang(opentopchamber,OTC)被动增温方法,进行水位增温协tong控制。在该控制yangdi中,设置liao包括水位与增温交互控制在内de6种处理,每种处理重复布设5个yang方,共ji30个yang方,每个yang方de水位独立控制。该控制yangdide建成将为湿disheng态xi统guo程与功能de相关yan究提gong强有lide实验zhi撑。

  关键词:水位增温协tong控制;水位zi动控制设备;开dingxiang;沼ze

  中tufenlei号:P941.78;X84    文献标识码:A    文zhang编号:1672-5948(2018)02-114-06

  在水位对湿disheng态xi统yingxiangdeyan究中,一般采用两种实验方法。一是在天然湿di中选择立di条件近似、水位存在ti度deyangdi,开展yan究[1~5];二是将湿di中de植wu移栽至不tong水位de环綾hi校性耘郲6,7]。但是,zhe两种方法秊i嬖谝恍┤毕荨K淙唬瑈angdisuo处de环境背景与天然湿di一致,但是,ke能在土rang性质he原sheng植被等方mian存在差异;植wu移栽实验虽然对植wuhe养fen进行liao控制,但是,气温he相对湿度等背景yin素que很难与天然湿di保chi一致。为liao克fushangshu缺陷,需要在湿disheng态xi蚦hi胁忌柙凰豢刂剖笛椤T谡觶esheng态xi蚦hi胁贾迷凰豢刂剖笛榇嬖谛矶嗄训恪R环絤ian,在沼ze中布置隔水yang方,虽然ke以隔离水fende横向交换,但是,由于土rangde渗蚲ang饔茫瑈ang方内de水ti依然与环境水ti处于lian通zhuang态,水位差将逐渐消失;另一方mian,在sheng态学实验中,要求设置水位ti度,且每种ti度必xu具有设置3个以shangde重复实验,zhe就要求水位zi动控制设备必xu具有多个hui路,er且各hui路必xu独立控制。在中国科学yuan三江平原沼ze湿disheng态试验站(以下jian称三江站)建设科yanyangdiguo程中,设ji、改进liao一套水位zi动控制设备,tong时,结合开dingxiang(opentopchamber,OTC)被动增温方法,建成liao水位增温协tong控制yangdi。在沼ze湿di中实现liao原位水位zi动控制,补gei水源为沼ze积水,zheyangke以保证yang方内水ti中de养fen浓度基本一致,并且ke以实现在无人值守dezhuang态下,zi动调zheng各yang方de水位,使qiwen定在水位控制区jian内。
  1水位增温协tong控制yangdi总ti设ji
       三江站水位增温协tong控制yangdi(以下jian称控制yangdi)属于中国科学yuan野wai站wang络科yanyangdi建设xiang目“湿disheng态xi统科yanyangdi建设”(xiang目编号:KFJ-SW-YW020)de建设内容之一。该xiang目于2016年1月开始执行,2017年7月完成。控制yangdi布设于三江站zi有实验chang南端(47°34′43.72′′N,
133°29′26.49′′E)demaotai草(Carexlasiocarpa)沼ze中,该沼ze为典型de积水沼ze,主要植wu群落为maotai草群落,在maotai草shengchang季中,踩ta水深20~40cm。在积水较深de条件下,该沼ze中demaotai草gen茎交织,逐渐形成liao漂浮de草genceng,通常称为“浮毡ceng”[8]。

水位增温协tong控制yangdi布置tu

tu1 水位增温协tong控制yangdi布置tu
Fig.1 Arrangement of water-level and air temperature co-regulated plot

  gen据三江站dechang期水文监测数据,以maotai草shengchang季de多年平均水位zuo为基准水位,多年平均zui高水位、zui低水位都与基准水位相差约10cm。据预测,在全球变化背景下,三江平原di区de降水量将逐渐减少[9],蒸发加剧,湿di趋于干旱,suo以,该控制yangdide水位设置以水位降低下deyan究为主。在控制yangdi中,共设置0cm(基准水位)、+10cm(高于基准水位10cm)、-10cm(低于基准水位10cm)he-20cm(低于基准水位20cm)4种水位。tong时,为liaoyan究气温升高与位变化de协tong效ying,在0cmhe-10cm水位下,设置liao与开dingxiang交互处理,ji总共设置liao10cm水位、0cm水位、0cm水位×OTC、-10cm水位、-10cm水位×OTChe-20cm水位6种处理,每种处理5个重复,共30个yang方(tu1)。

   2水位zi动控制设备设ji与原理shuoming

   为liao实现多hui路zi动控制与tong时具备补、排水功能de目标,改进设jiliao一套zi动水位控制设备。该设备由控制中枢(1组)、卧式zi吸离心泵(1台补水泵)、水环zhen空泵(1台排水泵)、dian极式液位ji(30个)、补水dian磁阀(30个)、排水dian磁阀(30个)、远传压li表(1个)、空气压缩ji(1台)、zhen空罐(1个)、气动阀(4个)、30路补水fen水器(1个)、30路排水fen水器(1个)、补水管路(30路)he排水管路(30路)等组成(tu2)。为liao穕e构苈范氯谖允絲i吸离心泵前端、30路排水管路前端he排水dian磁阀前端都加zhuangliaoguo滤器。

   2.1控制中枢设ji与shuoming
   控制中枢由浪涌保护器(1台)、补水变pin器(1台)、排水变pin器(1台)、恒压gong水控制器(1台)he液位控制器(30组,包括补水继dian器及排水继dian器)构成(tu3)。qi中,补水变pin器he排水变pin器dezuo用是使gonggei卧式zi吸离心泵(补水泵)与水环zhen空泵(排水泵)dedian压yunsu升压与降压,增加泵ti使用寿命。

   2.2dian极式液位控制器shuoming
       接通dian源hou,dangyang方池de水位低于超低液位(tu4)时,绿色dian源zhi示灯1常亮,zhi示灯2hezhi示灯3都为绿色,两个继dian器秊iτ谑头舲huang态。
       dang水位达到超低液位时,zhi示灯2、zhi示灯3簍u蘢ian器都保chi原zhuang态;dang液位达到低液位时,zhi示灯2变为红色,低液位继dian器吸合。
       dang水位达到高液位时,zhi示灯3he高液位继dian器都保chi原zhuang态;dang液位达到超高液位时,zhi示灯3变为红色,高液位继dian器吸合。
       dang水位低于超高液位时,zhi示灯3红灯亮,高液位继dian器保chi吸合zhuang态;dang水位低于高液位时,zhi示灯3由红色变为绿色,高液位继dian器释放。
       dang水位低于下限时,zhi示灯2保chi红色,低液位继dian器仍处于吸合zhuang态;dang水位低于超低液位时,zhi示灯2由红色变为绿色,低液位继dian器释放。

       2.3zheng套水位zi动控制设备工zuoliu程shuoming本shuoming
       以1号yang方(tu1中左shang角deyang方)
为例,qi余yang方de设备工zuoliu程与1号yang方相tong。
       da开空气压缩ji,接通空气开关QF1、QF2heQF3, da开恒压gong水控制器开关SB1、 管路控制开关(SB2-SB31)、水环zhen空泵开关(SB33),设备suo有部件将秊iτ赿ian源接通zhuang态。
       ruo1号yang方水位低于超低液位(ji1D)时,1号液位控制器两继dian器秊iτ谑头舲huang态,补水dian磁阀DC31处于da开zhuang态,补水变pin器输出dian压,卧式离心zi吸泵开始工zuo,从泵房下方de滤水池抽取沼ze水向1号yang方补水。
       dang水位逐渐shang升到达1D时, 各部件继续按
dang前zhuang态工zuo
       dang水位shang升到低液位(ji1C)时,低液位继dian器KA31吸合,补水dian磁阀DC31关bi,yang方停止补水,卧式zi吸离心泵继续工zuo,dang补水fen水器压li达到预设值0.4MPa时,补水变pin器停止输出dian压,卧式离心zi吸泵停止工zuo。
       dang降yu时,yang方de水位shang升,dang水位shang升到高液位(ji1B)时,两各继dian器保chidang前zhuang态,suo有部件都不动zuo。
       dang水位继续shang升,达到超高液位(ji1A)时,高液位继dian器KA1吸合,排水dian磁阀DC1da开,气动阀DC61、DC62da开,排水变pin器输出dian压,水环zhen空泵开始工zuo,zhen空罐内形成fu压,将yang方中de水抽出吸入zhen空罐内(ru果zhen空罐内水位达到高液位31A时,zhen空罐继dian器K61断开,气动阀DC61、DC62关bi,排水变pin器停止输出dian压,水环zhen空泵停止工zuo,气动阀DC63、DC64da开,空气从DC64进入zhen空罐平衡压li,zhen空罐内储存de水通guoDC63排入沼ze;礲i婵展弈赿e水位下降到低液位31B时,zhen空罐继dian器K61吸合,气动阀DC63、DC64关bi,气动阀DC61、DC62da开,排水变pin器开始输出dian压,水环zhen空泵开始工zuo,继续吸取yang方内de水)。
       dang水位逐渐下降,低于1B时,高液位继dian器KA1释放,水dian磁阀DC1关bi,气动阀DC61、DC62关bi,排水变pin器停止输出dian压,水环zhen空泵停止工zuo,1号yang方停止向wai排水。dang水位低于1D时,本套设备将重复动zuo,进行补水;或dang降yu时,本套设备将重复动zuo,进行排水。yin此,该设备控制水位精度取决于dian极1A与1Dde高度差。


yang方中de水位zi动控制设备示意tu

tu2yang方中de水位zi动控制设备示意tu
Fig.2 Sketch of automatic water-level control equipment in one subplot

控制中枢dian气原理tu
tu3控制中枢dian气原理tu
Fig.3 Electrical schematic diagram of control center

dian极式液位控制器dian路tu
tu4dian极式液位控制器dian路tu
Fig.4 Circuit diagram of electrode level controller


  3水位控制yang方设ji与布置
  控制yangdide单个yang方mian积为3m×3m,将2mm厚de304不锈钢板焊接成不透水kuang架,并在qi内部衬以1cm×1cmde304不锈钢方管,以保证在内、wai水位存在差异de情况下,yang方不hui出现变形。yang方总ti高度为130cm,埋入基准水mian以下约90cm。各yang方之jian相距5m。经实践验证,yang方埋入深度在内、wai水位相差30cmde情况下,yang方内水位变化不超guo1cm/24h,zhe就保证liao水位zi动控制设备不huipin繁qi动,以延changqi寿命。为liao减少yi器维护、观测等萻ong萾a对yangdide破坏,各yang方都通guo栈桥lian接(见tu1)。

  4基于水位增温协tong控制yangdideyan究展望
  目前,在水位增温协tong控制yangdi中已经布设deyi器设备包括土萳ai笃率裙鄄鈞i蚦hangu候zi动观测相ji、微gen窗、植wu固定监测yang方等,ke以为气候变化背景下沼ze水位变化对植wu群落、植wu功能性zhuang、土rang微shengwu群落he土rangshengwu化学guo程等方miandeyan究提gongzhi撑平台。

  参考文献

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  [2]翟sheng强,史chang光,杜le山,等.ruo尔盖泥炭didi下水位he土rang温度对二yang化tan排放deyingxiang[J].湿di科学,2015,13(3):332-337.

  [3]wang铭,曹yi文,wang升忠,等.水位he草丘微di貌对巴音布鲁克高寒沼ze植wu群落wu种多yang性deyingxiang[J].湿di科学,2016,14(5):635-640.

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  [9]DaiAG.Increasingdroughtunderglobalwarminginobserva-tionsandmodels[J].NatureClimateChange,2013,3(1):52-58.

DesignandConstructionofWater-levelandAirTemperatureCo-regulatedPlot

inSanjiangPlainExperimentalStationofWetlandEcology,

ChineseAcademyofSciences

  TANWenwen1,2,3,SUYu4,SONGChangchun1,ZHANGXinhou1,2,HANZhe1,2,QIAOTianhua1,2

  (1.KeyLaboratoryofWetlandEcologyandEnvironment,NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyof

  Sciences,Changchun130102,Jilin,P.R.China;2.SanjiangPlainExperimentalStationofWetlandEcology,ChineseAcademyof

  Sciences,Fujin156332,Heilongjiang,P.R.China;3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,P.R.China;

  4.DalianTongboAutomaticEquipmentLimitedCompany,Dalian116000,Liaoning,P.R.China)

  Abstract:AnewplotwasconstructedinSanjiangPlainExperimentalStationofWetlandEcology,ChineseAcademyofSciences,inwhichwater-levelandairtemperaturewereco-regulatedinsitu.Theadvantageoftheplotisthatthemicroclimateofsubplotswouldbesamewithsurroundingsandwater-levelcouldberegu-latedautomatically.The30subplots,thewater-levels,whichcouldbecontrolledindependently,weresplitinto6kindsoftreatments,includinginteractiondesignsofwater-levelandairtemperature.AmethodofOpenTopCube(OTC)wasusedtothecalefactiontreatments.Theco-regulatedplotwouldbeasupportingplatform,andbesharedforecologistsofwetlands.

  Keywords:water-levelandairtemperatureco-regulation;water-levelautomaticregulatedequipment;opentopcube;marshes

  
  
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