桃園農田水利研究發展基金會

Plan Name

The Study on 2D Soil Finger Flow Water Content with Monitoring Analysis

計畫編號

89-2-03

類別

灌溉營運管理類

摘要

土壤水份的入滲常有非穩定濕潤鋒面的流動現象，此種非穩定入滲多在上層土壤為細質地、下層為粗質地之層狀土壤結構中以類似手指狀的流動型態存在，以往之研究顯示指狀流不僅具備劇烈之非穩定濕鋒，並且在循環之入滲、排水歷程中會發生在同一位置上，其流動時之流徑寬度並不會急速向外擴張，此種水份幾乎無法向外擴散之現象與一般水份由濕潤往乾燥處流動之觀念相背離，以勢能梯度之觀念並無法合理解釋其物理現象。
　　本研究乃根據土壤水份之遲滯效應以詮釋指狀流之流動現象，並運用攝影實驗建立遲滯效應在指狀流發生時之對應關係，實驗中測定土壤之遲滯曲線(利用土壤水份感測計與張力計)與指狀流之含水量變化，據此關係以分析指狀流之流動機制，結果顯示本研究之遲滯理論可適度闡釋指狀流之勢能分佈機制，並可合理解釋指狀流之流徑寬度並不會急速向外擴張之物理現象。我們利用數位式影像處理的輔助來判斷土壤中之含水量的多寡，可應用於含水量變化極快速之情況下(如指狀流之入滲行為)，無法將剛取得的土樣送至實驗室內作傳統的烘乾式秤重法來量測含水量的時候，可運用數位式影像處理的方式作分析，而且省時及簡化工作步驟，減少步驟和步驟間的人為誤差及土樣的擾動。
　　本研究乃利用數位式相機(CCD)及影像擷取卡將相機拍得之數位式影像立刻儲存在電腦內，再利用IMAGE-PRO等影像處理軟體進行土壤體積含水量比與數位式影像之灰階值之關係率定，可測得不同土壤體積含水量比所對應數位式影像之灰階值，利用率定的資料來進行迴歸分析，可得土壤體積含水量比與數位式影像之灰階值的線性關係，如此不同的土壤含水量或土壤種類可得到不同的關係式，利用這些關係式則可以對欲進行含水量變化觀測的土體拍得各時段之數位式影像後，輕易地換算出土壤體積含水量的變化，可應用於砂箱入滲實驗或指狀流實驗之含水量變化的觀測。

Abstract

　　本研究乃利用數位式相機(CCD)及影像擷取卡將相機拍得之數位式影像立刻儲存在電腦內，再利用IMAGE-PRO等影像處理軟體進行土壤體積含水量比與數位式影像之灰階值之關係率定，可測得不同土壤體積含水量比所對應數位式影像之灰階值，利用率定的資料來進行迴歸分析，可得土壤體積含水量比與數位式影像之灰階值的線性關係，如此不同的土壤含水量或土壤種類可得到不同的關係式，利用這些關係式則可以對欲進行含水量變化觀測的土體拍得各時段之數位式影像後，輕易地換算出土壤體積含水量的變化，可應用於砂箱入滲實驗或指狀流實驗之含水量變化的觀測。

計畫主持人

譚義績

Project Director

Yih-Chi Tan

關鍵字

遲滯效應、指狀流、數位式影像、土壤水份含量、數位式相機、土壤水份感測計

Keywords

hysteresis effect、fingering flow、digital image、soil water content、CCD、TDR

成果報告