欒城關鍵帶觀測平臺建設目標、難點及解決方案

建設目標

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

建設難點與解決方案

欒城關鍵帶觀測平臺在建設過程中的難點在于如何減少設施對監測環境的擾動；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施的地面部分對監測環境的影響；以及如何確保觀測數據的質量。

（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留孔；每沉降一段后，焊接后續鋼筒。鋼筒內外均采用環氧富鋅漆涂刷，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條，以進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）降低設施對監測環境的影響。施工期間井筒周邊?4?m?范圍內的地面用木板鋪墊。在木板上鋪設厚度約?40?cm?的土層，以減少施工過程中人員踩踏和設備、材料覆壓等對周邊土壤的夯實效應。建設完成后，井蓋上安裝通風設備，利用雨水導流系統，將雨水收集后導流至觀測范圍以外?20?m?處的道路旁邊。井壁內安裝隔熱層（鋼板與鋼筒間隔?5?cm，填充發泡膠），隔絕土壤與外界的熱量交換，最大程度地減少井筒內溫度變化對深層土壤生物地球化學過程的影響。

（3）確保數據監測質量。為確保后期監測數據的質量，核心工作是做好傳感器的篩選、一致性對比、標定、安裝和維護等工作。根據平臺所在區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據差異，并根據序列號做好記錄；根據已知的水分條件，對傳感器進行分層標定。傳感器的目標安裝位置為內壁向外?1.5?m，這樣可以最大限度地減少井壁對觀測數值的干擾。每安裝好一批傳感器，應及時連接數據采集器查看數據，進行現場檢驗；經檢驗合格后，再安裝下一批。后期應定時檢查監測數據，針對異常數據及時排除故障，進行傳感器的維護、檢修或更新。