第二章 文獻回顧
2.4 時域反射儀之原理與其發展
2.4.6 溫度之影響
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θv為土壤中水所占之全部體積；ϕ −θv為土壤中空氣體積；
εsolides及εair皆為土壤(介於2~5)及空氣(設為1)。
water
ε 為水之介電常數，計算式如下：
78.54
[
1−4.579×10−3(t−25)+1.19×10−5(t−25)2−2.8×10−3(t−25)3]
曹巧紅(1999)針對時域反射儀所測得體積含水量於不同溫度下進行試驗，將固定 容重(1.3g/ cm3)之烘乾砂質土壤置入PVC管，將其放入恆溫箱並設置另一對照組，管 中心設置溫度計以監控溫度變化。溫度控制於5C~ 45C並依次遞增5C，統一將馬 氏瓶由下而上之注入水量且控制範圍於0.06cm3 ~ 0.42cm3 ，並同時密封受測土柱，
以避免因水分蒸發而產生試驗誤差。
時域反射儀所測得最終體積含水量量測值為單點測得20次測定值之平均值與稱 重法對比實際含水量，稱重法於每次增加土柱含水量前後都以時域反射儀測定土柱重 量，取前後平均值為實際土柱重量減去乾土重，將其除以土壤體積即為實際土壤體積 含水量計算值。
陳效民等(2000)以比利時Louvain地區作為土壤樣本，將三根TDR之探頭設置於同 一土柱中，進行於不同溫度下之電阻值，經由圖2.28迴歸分析表明電阻值與溫度兩 者為顯著負相關之關係。
時域反射儀之探頭長度與粗細皆受溫度影響而有所不同，因此於無恆溫狀況下檢 測時，須先進行溫度之校正。
圖2.28 時域反射儀測定之電阻值與溫度相關曲線(陳效民等，2000)
Gang uo et al.(2001)曾對時域反射儀量測非結合物質(Unbound Materials)之影響 進行研究，發現其測量值會因埋設地點之溫度而隨著一季節之上下起伏變化，原因可 能為儀器本身設計與傳播能量之差異，造成測量值差異，其變化週期如圖2.29或介電
t /。c R/Ω
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常數隨著自由水之溫度上升而能量衰弱進而大量吸附水被釋出(劉維，2002)。
圖2.29 時域反射儀測量值、降雨量及溫度週期記錄圖 (Gang uo et al., 2001，引用自劉維，2002)
周凌雲等(2003)經由試驗證明，將溫度設定-20C~50C (表2.7 )砂質土壤進行多 點測定之重現性很好(圖2.30，結果發現其差異值很小-CV<10%)。
表2.7 不同溫度下TDR測定之土壤含水量值(周凌雲等，2003) 含水量
) /cm (cm3 3
溫度( C )
5 10 15 20 25 30 35 40 45 0.060 0.052 0.052 0.053 0.052 0.051 0.051 0.050 0.051 0.050 0.120 0.104 0.102 0.103 0.092 0.094 0.092 0.104 0.104 0.103 0.180 0.171 0.169 0.170 0.171 0.172 0.172 0.172 0.171 0.163 0.240 0.236 0.237 0.237 0.243 0.241 0.237 0.238 0.234 0.232 0.300 0.302 0.301 0.300 0.301 0.298 0.297 0.296 0.295 0.291 0.360 0.367 0.364 0.363 0.350 0.358 0.355 0.354 0.351 0.350 0.420 0.431 0.427 0.426 0.420 0.419 0.415 0.413 0.410 0.404
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圖2.30 砂質土壤於不同溫度下TDR測定之含水量值(周凌雲等，2003)
試驗結果中可觀察到當含水量低於0.30cm3/cm3時，其時域反射儀所測得讀數於 溫度上並無明顯變化，再行將兩者之試驗結果繪製於圖2.31進行比較。觀察以20C為 限制界線，並從中得知TDR所測定結果，其會隨溫度升高且測定值減小。
同時驗證Bridge等(1996)提出土壤黏粒活性表面與水進行兩者相互作用，使得靠 近土壤顆粒表面之吸附水其介電常數小於自由水，進而使得體積含水量量測值偏低；
Pepin等(1995)則提出束縛水與自由水兩者相互轉化之特性，因可平衡水分之介電常數 進而導致降低，由此可知溫度對於不同含水量之影響必須提出相關校正公式。
將土鑽法與時域反射儀野外測定之土壤含水量進行比對，發現對於黃土高原於溫 度低於23C或高於31C時(圖2.31)，所測得之時域反射儀測量值與土鑽法相比明顯 偏低(姜小三等，2004)。
圖2.31 土鑽法與TDR法針對溫度與測定之土壤含水量測定差值 (姜小三等，2004)
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土壤具較高含水量時，電導率所引起之介電損失，明顯引起時域反射儀量測值偏 高(李道西等，2008)，提出透過校正公式進行標定，了解土壤之種類與其適用含水量 之範圍，且確認實際之測量誤差精度，以避免因利用通用標定曲線，進而產生估計之 誤差。