开封市土壤墒情监测系统建设研究

2015-08-19王志华河南省开封水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2015年12期

□王志华（河南省开封水文水资源勘测局）

1 土壤墒情监测的目的、意义

土壤墒情是指土壤中水分的含量及被作物利用的程度。可用土壤含水率、土壤相对湿度、土壤总水分贮存量及土壤有效水分等一系列指标来描述。长期以来，土壤墒情信息最重要的要素土壤含水量监测站很少，导致土壤含水量信息紧缺，而墒情和旱情及其发展趋势是同气象条件、土壤的物理特性、土壤的水分状态，作物种类及其生长发育状况密切相关的。因此可以认为，气象条件、土壤的物理特性、土壤水分状态、作物种类及生长发育状况是墒情和旱情监测的五大要素。墒情与旱情的监测有十分重要的意义，主要表现在以下三个方面：（1）为抗旱对策的制定提供依据；（2）为农业技术的实施提供依据；（3）为农业技术的水资源利用成效评价提供依据。

2 土壤墒情监测系统建设的必要性

开封市属暖温带半干旱大陆性季风型气候，四季分明，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽宜人，冬季寒冷少雪。多年平均降水量为662.80mm，变率为21%，属全省变率高值区，降水多集中在夏季的7、8月份，约占年降水量的65%以上，冬季降水量最少，约占年降水量的10%左右。年平均蒸发量则由东南往西北递增，即由1600mm~2000mm。5月、6月两个月蒸发量最大，占全年蒸发量的25%～30%，12月、1月两个月蒸发量占全年蒸发量的5%～10%。

旱灾是开封市最主要的自然灾害之一，不仅经常发生全区性的严重干旱，而且几乎年年都有程度不同的地区性、季节性的干旱发生。每一次重大旱灾的发生都给当地的农业生产带来极大的影响，旱灾的防治工作显得十分重要。

通过土壤墒情监测系统的完善建设，对开封市各县区土壤墒情情况进行长期持续的监测，并在得到大量详实数据的基础上，进行科学的分析，建立可靠的数学分析预测模型，就可使抗旱向防旱转变，在旱情未来临之前，根据系统做出的预测，进行有目的性的灌溉。如此，不仅能确保“三农”工作平稳可持续发展、推动开封经济建设的腾飞，而且是践行科学发展观和落实国策的得力举措。因此，完善土壤墒情监测系统是十分必要的。

3 开封市土壤墒情监测系统现状

开封市原有人工墒情监测站5处，每月逢“1”监测，如遇旱情再逢“6”加测、如遇大的旱情则每天监测。2011年3月，5处人工墒情监测站全部改造成了自动墒情监测站，另新设自动墒情监测站6处，计11处自动墒情监测站；另配备有移动墒情监测设备一套（每天可监测2~3个县区），所有监测数据未进行系统处理，无预报功能。

4 土壤墒情监测系统完善建设实施方案

4.1 墒情信息采集

合理布设土壤墒情监测点。根据《土壤墒情监测规范》（SL364-2006）对墒情站网密度的规定，开封市辖区内应设立20处墒情监测站，就目前开封市墒情站网密度而言，远不能掌握和反映整个开封市辖区内土壤墒情状况。在原有墒情站网的基础上（自动墒情监测站11处），按行政区域和单站控制耕地面积相结合的方式进行监测点的选取，同时应适当考虑站点布设区域的地貌、土壤、气象和作物分布情况，监测点位置应具有区域土壤岩性、农作物类型的代表性，再勘察增设9处移动监测点，并购置监测车1辆，移动墒情监测设备2套，以满足墒情监测所必需的时效性。

若出现持续无雨日，在墒情常规监测的基础上（逢“1”监测），在每个监测时间区间内加测1-3次。如重要的农时季节春播和秋种前后，或作物灌浆等生长关键时期和连续出现旱情等，要增加监测点数和加密监测次数。

4.2 墒情数据传输入库

实现已采集到墒情数据传输入库，需要三部分软件系统：

4.2.1 墒情数据接收转储程序

数据接收转储系统用来接收处理墒情自动监测站所采集到的信息并将其处理存入系统原始数据库的程序。该系统能通过通信网络，完成对区域的遥测墒情数据的实时接收，能读取监测站遥测设备的状态信息数值。20处墒情自动监测站的实时监测数据通过该程序即可存入服务器原始数据库。此外，本系统具备对漏报数据的召测功能，一旦出现数据遗失现象，即可马上通过召测实现数据的即时传输。

4.2.2 墒情数据输入程序

使用该程序，可将移动监测站监测到的数据，通过数据输入窗口输入到服务器原始数据库中，供下一步数据处理使用。

4.2.3 土壤墒情监测点基本信息录入程序

土壤墒情监测点建立后，应对监测点基本情况进行调查，并填写土壤墒情监测点基本情况表。将降水量、灌溉水量记载、土壤水分测定结果、土壤性状、土壤最大持水量、凋萎含水量和作物生长发育阶段的需水特征全部输入服务器分析数据库，以备土壤墒情评价使用。

4.3 墒情数据处理入库

墒情监测中心的原始数据库通过各种渠道接收的各监测站的墒情信息是实时信息，要对这些信息进行分析，还必须通过墒情数据处理入库程序，将其导入到分析数据库中。墒情数据处理入库程序具备功能如下：

（1）对所有原始数据库中的数据进行合理性分析、排错和分类整理。

（2）按实时墒情数据库的规范和标准，把墒情信息写入墒情监测中心实时墒情数据库各实时表中；当写入墒情监测中心实时墒情数据库失败时，系统具备缓存能力。

（3）具有信息处理、错误分析处理、数据管理维护等功能。

（4）该程序必须保证数据信息的时效性，有新的墒情信息到来，必须在短时间内自动、及时处理，该程序24 h不间断运行。

4.4 墒情数据分析

通过墒情数据分析程序，实现如下功能：

（1）根据《土壤墒情监测规范》（SL364-2006）对土壤干旱程度的判定，确定每处墒情监测点旱情及相应范围。

（2）根据已有分析数据库中的数据，给出土壤墒情评价，绘制土壤墒情变化曲线。分类建立以雨量、蒸发、温度、湿度、气压、风力等为参数的墒情~时间关系曲线，如图1所示；建立在持续无雨天气形势下的土壤墒情渐变数学模型。

5 土壤墒情监测成果的预报与发布

图1 墒情评价曲线示意图

土壤墒情监测成果的预报是指在某一地区，开展实时墒情预报，预测未来旱情发展的情况，为抗旱指挥提供可靠的决策信息，是实现作物适时适量灌溉的基础。土壤墒情预报主要包括增墒预报和退墒预报。增墒即土壤水的增长过程，退墒即土壤水的消退过程。开封市土壤墒情监测系统建设完成后，可依据实时采集的土壤墒情监测数据信息，判断作物用水情况，建立高准确度土壤墒情与灌溉预报的模型，以实现作物用水信息实时管理。

监测成果的预报与发布：（1）根据天气形势，适时加密墒情测次，并及时将监测结果整理汇总，然后依据土壤墒情变化曲线、以雨量、蒸发、温度、湿度、气压、风力等为参数的墒情~时间关系曲线，在持续无雨天气形势下的土壤墒情渐变数学模型等进行墒情分析及旱情预报。（2）监测及预报成果将以短信、图表和简报等方式迅速发送到相关部门。

土壤墒情监测系统流程详见图2。