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

    利用直接稱重法，測量林下土壤蒸發量、入滲量。

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

在徑流場坡上、坡中、坡下位置，分別測量：10cm、20cm、40cm、60cm、100cm土壤深度的土壤含水量、溫度、電導率等指標。

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水量平衡觀測系統根據用戶的測量需求，可選擇：降雨測量單元（激光雨滴譜儀）、樹干截流測量單元、穿透雨測量單元、地表徑流量測量單元、土壤剖面水蝕測量單元、土壤儲水量測量單元、樹木液流測量單元、林地蒸發/入滲測量單元等。

3 技術參數：

3.1數據采集器 ENVILog：

  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降雨測量單元（激光雨滴譜儀）AZ-LPM-Thies：

   測定區域：46 cm2 (23 x 2.0 cm) 

測量粒徑范圍：0.16….8 mm

粒子速度范圍：0.2 … 20 m/s

粒子等級：440種（22種直徑x 20種速度）

降雨降雪等級區分度：> 97 %

強度：0.005-250 mm/h  

數據GPRS傳輸。

3.3 樹干截流測量單元        FR201L：

翻斗容積：100ml，10ml可選 

準確度：±3%

數據GPRS傳輸。

3.4穿透雨測量單元 ENVIdata-LR：

測量原理：翻斗式，

雨強 0-5mm/min 

分辨率0.1mm

數據GPRS傳輸

3.5 地表徑流量測量單元 AZ-SF-1：

超聲波傳感器測量范圍：0-400mm

分辨率：0.1mm

精度：1%

堰槽規格尺寸：304不銹鋼

長1米，寬60cm，高40cm，其他尺寸可定制

數據GPRS傳輸。

3.6 土壤剖面水蝕測量單元         ST-W3：

用于徑流場收集徑流樣品、徑流流速/流量/壤中流

樣品取樣時間間隔：10min

徑流測量單位：500ml/次。

數據GPRS傳輸

3.7土壤儲水量測量單元 ENVILog-100：

土壤水分量程： 0-100%，精度：±3%

溫度量程： -20到+60℃，精度：±0.5℃

孔隙水電導率（ECP）量程：0-1800 mS/m，

孔隙水電導率（ECP）精度：典型±5%， 

體積電導率（ECb）量程： 0-2000 mS/m

體積電導率測量精度: ±（6%+10 mS/m）

3.8 樹木液流測量單元 ENVIdata-DD：

傳感器長度：10mm、20mm 30mm可選

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

數據GPRS傳輸

3.9 林地蒸發/入滲測量單元ENVIdata-ET：

測量原理：高精度直接稱重法

底部邊界層控制功能測量結果能夠代表周圍土壤

測量面積:1平米，深度:0.9m

蒸發量測量精度:0.1mm

滲漏量測量精度:0.01mm

數據GPRS傳輸。

3.8 ENVIdata數據傳輸和管理

ENVIdata 服務器軟件運行在用戶的服務器上，為多個用戶提供數據管理服務，同時幫助用戶監控野外測點系統的運行狀態。

我公司ENVIdata系列生態環境監測系統是業內成功獲得 ISO9001國際質量體系認證，于2010年獲得 ISO9001 質量認證書，至今全部通過專家的年度復核，確保系統集成的品質。用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網，就能瀏覽實時和歷史數據。ENVIdata 數據云服務平臺已為國內的客戶服務多年，系統穩定、可靠。

歷史數據瀏覽和下載                 用戶選擇時間段繪制數據變化曲線

3.9 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：北京澳作生態儀器有限公司