欒城關(guān)鍵帶觀測平臺建設(shè)目標(biāo)、難點及解決方案

建設(shè)目標(biāo)

欒城關(guān)鍵帶觀測平臺可為根系層—厚包氣帶—飽水帶的水、熱與溶質(zhì)運移過程提供直接的觀測數(shù)據(jù)。豎井建設(shè)深度為?48?m，直徑?2.8?m，可分層開展土壤物理、化學(xué)和生物過程關(guān)鍵要素和變量的監(jiān)測，可用于研究從作物冠層到地下水這一典型地球關(guān)鍵帶水、熱、溶質(zhì)的運移和循環(huán)過程（包括農(nóng)田水分從包氣帶到地下水的運動和補給過程及規(guī)律），以及氮素從地表到地下水的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律等。

建設(shè)難點與解決方案

欒城關(guān)鍵帶觀測平臺在建設(shè)過程中的難點在于如何減少設(shè)施對監(jiān)測環(huán)境的擾動；如何減少井筒施工過程對周邊原狀土壤的破壞；在施工完成后，如何最大程度降低設(shè)施的地面部分對監(jiān)測環(huán)境的影響；以及如何確保觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

（1）減少井筒施工過程對周邊原狀土壤的破壞。豎井采用沉降法施工，分段壓入土壤。為減少對周圍土壤的干擾，施工全程采用在鋼筒內(nèi)人工挖掘的方法開展。鋼筒分段長度為?2?m，在壓入土體前，先在筒壁上開鑿用于安裝儀器探頭的預(yù)留孔；每沉降一段后，焊接后續(xù)鋼筒。鋼筒內(nèi)外均采用環(huán)氧富鋅漆涂刷，提高防銹能力。在施工過程中，定期檢查豎井的垂直度。施工完成后，豎井鋼筒上端高出地面?1.3?m，下端最深處低于觀測井底平臺?0.5?m，井筒總長?49.8?m，最終形成的厚包氣帶觀測剖面有效深度為?48?m；中心垂直偏差?8?cm，滿足設(shè)計要求。為了減小井筒下壓過程中筒壁與土層的接觸阻力，將最下端鋼筒下口加工成刀口形狀，等間距安裝刀齒；同時，在井筒外壁上安裝導(dǎo)條，以進(jìn)一步減小井筒外壁與土壤間的摩擦力，并可有效防止土壤塌陷。刀齒和導(dǎo)條在圓周上均勻分布；施工完成后，井筒外壁與周邊土壤的縫隙由該層位土壤制備的泥漿填充。

（2）降低設(shè)施對監(jiān)測環(huán)境的影響。施工期間井筒周邊?4?m?范圍內(nèi)的地面用木板鋪墊。在木板上鋪設(shè)厚度約?40?cm?的土層，以減少施工過程中人員踩踏和設(shè)備、材料覆壓等對周邊土壤的夯實效應(yīng)。建設(shè)完成后，井蓋上安裝通風(fēng)設(shè)備，利用雨水導(dǎo)流系統(tǒng)，將雨水收集后導(dǎo)流至觀測范圍以外?20?m?處的道路旁邊。井壁內(nèi)安裝隔熱層（鋼板與鋼筒間隔?5?cm，填充發(fā)泡膠），隔絕土壤與外界的熱量交換，最大程度地減少井筒內(nèi)溫度變化對深層土壤生物地球化學(xué)過程的影響。

（3）確保數(shù)據(jù)監(jiān)測質(zhì)量。為確保后期監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，核心工作是做好傳感器的篩選、一致性對比、標(biāo)定、安裝和維護(hù)等工作。根據(jù)平臺所在區(qū)域的土壤特點和安裝需求，綜合考慮傳感器的量程、精度、堅實耐用程度等方面的因素，確定了傳感器的型號。安裝之前，做好傳感器的一致性對比，在同一水分條件下的土壤里，放置不同的傳感器，分析傳感器之間的數(shù)據(jù)差異，并根據(jù)序列號做好記錄；根據(jù)已知的水分條件，對傳感器進(jìn)行分層標(biāo)定。傳感器的目標(biāo)安裝位置為內(nèi)壁向外?1.5?m，這樣可以最大限度地減少井壁對觀測數(shù)值的干擾。每安裝好一批傳感器，應(yīng)及時連接數(shù)據(jù)采集器查看數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場檢驗；經(jīng)檢驗合格后，再安裝下一批。后期應(yīng)定時檢查監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對異常數(shù)據(jù)及時排除故障，進(jìn)行傳感器的維護(hù)、檢修或更新。