墒情固定监测站数据误差分析

杨 威

(辽宁省水文水资源勘测局，沈阳110003)

随着社会经济的发展，干旱造成的损失越来越严重，抗旱形势日趋严峻。土壤墒情是水循环规律研究、农牧业灌溉、水资源合理利用以及抗旱救灾的基本信息。加强土壤墒情监测工作，提高土壤墒情信息的时效性，对社会提供及时、准确、可靠的土壤墒情信息，可以为抗旱减灾和水资源配置等决策提供科学依据，满足防旱抗旱、水资源管理和建设节水型社会的需要。

建设墒情固定监测站主要是以固定的设备对某一地点的墒情信息进行自动采集和发送，具备自报与远程召测功能，是保障墒情信息时效性的有效方法。

1 墒情固定监测站数据产生误差原因

墒情固定监测站经过几年来的运行，墒情数据传输时效性表现良好，但数据准确性与人工墒情相比普遍存在较大误差，经分析产生误差原因如下:

1.1 站点位置代表性较差

墒情固定监测站应选择在具有地区大田代表性的地块，但在实际选址过程中，容易受其他因素影响，主要是管理和防盗，为便于管理维护及防盗，墒情固定监测站未能全部安装在大田中，部分站点建于水文站或委托观测员家里，墒情传感器所在位置土壤质地会与当地大田存在一定的差异，站点土壤的田间持水率等参数与大田不一致，尤其是会受到周边地块灌溉影响，造成站点墒情遥测数据不准确。

1.2 站点围栏设计不合理

墒情固定遥测站建站之初，设计站点围栏经验不足，一些站点围栏基础建成了封闭的混凝土池子，隔绝了围栏内外的水体。当有较大降水时，站点围栏外的降水可以自由流动，而围栏内降水只能累积不能天然排除，降水结束后很长一段时间，围栏内的土壤湿度将高于围栏外，造成站点墒情遥测数据大于人工墒情数据［1］。

1.3 站点表面植被与大田不同

根据土壤墒情监测规范，墒情固定遥测站传感器第一层都是距离地表10cm，传感器埋设较浅，因此站点传感器埋设地点上一般不种植农作物，站点运行期间站点表面土壤仅是杂草而已。大田作物种植前需要翻地除草，土壤表面直接暴露在阳光下，土壤结构因翻地也变的松散，此时大田土壤受蒸发影响水分流失较快，而站点土壤表面没有任何扰动，水分流失较慢，造成站点墒情遥测数据大于人工数据。当大田作物生长到1 m以上高度时候，会出现互相遮阴作用，大田土壤表面受日照较少，土壤水分蒸发较慢，而站点土壤表面没有作物产生遮阴作用，直接受到日照，土壤水分蒸发较快，造成站点墒情遥测数据小于人工数据。

1.4 站点移植土壤带来偏差

很多墒情固定监测站因不能建在大田中，而建在水文站或委托观测员家里，为保证站点土壤结构尽量与大田土壤一致，进行了土壤移植，即将大田土壤移到站点，再埋设传感器，这就造成了新的问题。从大田移植的土壤土方量一般在1 m3左右，其土壤质地与站点周边土壤质地不同，若移植来的大田土壤属于沙壤土，站点周边土壤属于黏土，站点传感器所在位置就会形成一个集水井，天然降水渗入周边土壤较慢，渗入站点土壤较快，天然降水就会从周边土壤向站点土壤流动，造成站点土壤水分过高，墒情遥测数据大于人工数据。

若移植来的大田土壤属于黏土，站点周边土壤属于沙壤土，站点传感器所在位置就会形成一个黏土柱，天然降水渗入周边土壤较快，渗入站点土壤较慢，天然降水就会从站点土壤向周边土壤流动，造成站点土壤水分过低，甚至深层土壤没有水分下渗，以至于墒情遥测数据小于人工数据［1］。

在土壤深度不同、质地不同的情况下，移植土壤时如果不分层挖取、分层还原填埋，也对墒情遥测数据有较大影响。

1.5 站点环境改变

建设在水文站或委托观测员家里的站点，其周边环境难以保持建站初期状态，随着时间推移，周边环境会有改变，主要表现在周边建设房屋、院墙等对站点土壤表面有遮挡，院落人为垫高造成传感器采集土壤深度改变，周边铺设水泥路面对天然降水下渗和蒸发条件造成破坏。这些环境因素的改变，对墒情遥测数据影响较大，造成其与人工墒情数据相比存在误差。

1.6 维护传感器造成影响

墒情传感器安装方式一般分为垂直插入和水平插入两种，垂直插入的传感器直接钻孔安装，对土壤扰动较少，水平插入的传感器需要开挖剖面才能安装，对站点土壤扰动较大。如果水平插入的传感器出现故障必须维护，尤其是最深一层的传感器出现故障，需要挖出更换时，对传感器附近土壤扰动较大，会改变土壤密实度，将在一定时期内影响墒情遥测数据准确性，只有经过一次较大降水后，站点土壤密实度才能恢复正常，墒情遥测数据才能准确。

1.7 站点的率定公式不准确

墒情遥测数据准确性取决于固定墒情遥测站传感器率定公式是否准确。当前生产墒情遥测设备的厂家很多，设备样式、结构等千差万别，现行的土壤墒情监测规范对率定公式没有明确要求，各厂家率定公式的方式也不统一，有的在实验室进行率定，有的在野外进行率定。率定公式的测点数量、点群分布等没有统一标准，造成站点率定公式存在较大偏差，影响站点遥测数据的准确性。

在实验室完成率定公式的墒情遥测设备，在使用过程中必须与人工墒情数据进行对比分析，用人工墒情数据修正原有率定公式才能提高率定公式的准确性。率定公式修正前，站点遥测数据与人工墒情数据相比存在误差。

1.8 站点仪器设备稳定性

墒情遥测设备生产厂家较多，既有国外产品也有国内产品，设备制造工艺各不相同，一些墒情遥测设备传感器运行过程中，会受到土壤酸碱性腐蚀影响，在我国北方地区冬季低温环境中，传感器会受到土壤冻胀影响等。墒情遥测设备的性能参数、率定公式等会随着时间和温度的改变而改变，难以保持持续稳定工作状态，造成站点墒情遥测数据不准确。

1.9 人工墒情数据有偏差

评价固定墒情遥测站数据准确与否，需要与站点人工墒情数据进行对比分析。人工墒情数据在取样、称重、烘干、计算过程中，受人为因素影响较大，会使人工墒情数据本身精度不够，将直接影响站点墒情遥测数据的评价结果。

2 提高站点遥测数据的准确性的方法

1)固定墒情监测站要建在大田中，不宜建在水文站或委托观测员家里，保证站点土壤质地能代表大田。

2)围栏基础应建成开放式，保证站点内外水分自由流通。

3)由经过培训的专人负责采集人工墒情数据和率定公式工作，用人工墒情数据定期修正站点率定公式，努力提高人工墒情数据和率定公式的准确性。

4)加强站点管理，避免出现人为浇灌、建筑物遮挡等改变站点环境的情况发生，保持站点环境与大田一致。

［1］中华人民共和国水利部.SL364—2006 土壤墒情检测规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2007.