泉州市旱情监测系统试点工程建设的应用分析

吴宝金

（福建省泉州市洪水预警报中心，福建 泉州 362000）



泉州市旱情监测系统试点工程建设的应用分析

吴宝金

（福建省泉州市洪水预警报中心，福建 泉州 362000）

摘 要：泉州市旱情监测系统试点工程是泉州市抗旱减灾决策支持系统的重要组成部分，它能将各个旱情监测站采集的旱情信息，通过 GPRS/GSM 实时传输到旱情分析系统，快速准确地判断旱情状况，提出相应的抗旱预案，为实施全面抗旱提供科学依据。介绍泉州市旱情监测系统试点工程建设的利弊得失，并深入分析该系统在水利领域的应用价值性，以供类似工程参考。

关键词：旱情；监测；应用分析

泉州市旱情监测系统试点工程是按照福建省水利厅的要求，以泉州市为全省试点，率先开展旱情监测试点工程建设，由泉州市洪水预警中心作为泉州市抗旱减灾决策支持系统业主单位，承担建设及维护管理任务。

1　系统建设背景

泉州市位于福建省东南海、厦漳泉金三角地带，与台湾隔海相望，地形地貌比较复杂，主要分布的土壤以红壤、水稻土、赤红壤、黄壤为主，还有少量滨海盐土、粗骨土、紫色土、风沙土等土壤类型，且沿海部分地区土壤盐碱化程度较重，旱涝灾害频繁发生，局部生态环境脆弱，是福建省水资源贫乏地区之一。据 2012 年泉州市水资源公报统计，全市水资源总量为 100.18×108m3，农田灌溉水资源占有量 0.81 m3/m2，人均占有量 1 208.00 m3，低于全国平均水平（2 100.00 m3）和福建省平均水平（4 013.00 m3），相当于全省平均水平的 30%；而且水资源时空分布极为不均衡，70% 的水资源量分布在人口较少、经济水平较低的山区，其人均水资源占有量最高为 8 823.00 m3/人；而人口较密集、经济较发达的沿海地区仅占 30%，尤其是沿海突出部和岛屿更是严重缺水，所辖区内的石狮市、晋江市、惠安县的人均水资源量仅为 75.00，156.00 和332.00 m3/人，远低于国际公认的 1 000.00 m3/人水资源安全下限，属严重缺水地区。

泉州市旱情监测系统运行 6 年来，运行稳定，效果显著。该系统能够实时监测旱情及其变化趋势，准确评估干旱发生面积和程度，综合监测区域抗旱资源的程度，优化利用有限的水资源，不仅为干旱季节农业生产提供旱情信息，也为解决土地干旱与水资源短缺双重矛盾提供了必不可少的决策信息。由此可见，建立泉州市旱情监测系统试点工程是十分必要的。

2　旱情监测系统构架

旱情监测系统试点工程包括福建省防汛办（福建省水利厅）、福建省水文局旱情信息中心、泉州市防汛办、泉州市水文分局旱情信息分析分中心、14 个固定旱情采集站和 2 个移动旱情监测站。

2.1系统构成及功能

该系统由信息采集系统终端和旱情监测应用软件 2 个部分组成。各部分所处位置及相互关系详如图 1 所示。

信息采集系统终端包括福建省和泉州市的旱情信息分析中心的旱情接收系统、14 个固定旱情采集站和 2 个移动旱情监测等设备，构成了包括土壤墒情、蒸发量、气温、风速、风向、地下水等项目功能在内的系统网络框架。野外的固定遥测站点为无人值守站。具体监测项目如下：

图1　旱情监测系统示意图

1）墒情监测。土壤墒情传感器是通过特殊设计的传输线产生高频信号来测量土壤参数[1]，其测量土壤容积含水量 θν，量程：0～50%。一般草本农作物土壤墒情采集深度为 10，20 和 40 cm，茶果园为45～60 cm。

2）蒸发监测。遥测蒸发传感器可实时输出代表一定水面蒸发量的开关信号，供有线或无线遥测记录。其蒸发量量测范围：0～100 mm，分辨率：0.1 mm，输出码：格雷码 10 bit。

3）风速/风向监测。采用三杯式风速风向仪测量风速，用风向标测量风向。风速测量范围：0～75 m/s，分辨率：0.1 m/s，精度：±（0.3 + 0.03ν）m/s，ν为风速；风向测量范围：0～360o，分辨率：2.812 5o，精度：±3o。

4）气温监测。气温传感器采用 HBW-1 铂电阻温度传感器，按“地面气象观测规范”的要求，其使用时放置在百叶箱内。

5）雨量监测。雨量计采用承雨口直径：Ф 200 mm，分辨率 1 mm，测量范围：0.01～4.00 mm/min，允许通过最大雨量 8 mm/min。

6）地下水监测。现有地下水位测定采用浮子水位计法。水位变化时传感部分的浮子能灵敏地做相应涨、落运动，把采集的水位直线运动信息转换为数字量输出到终端接口。其测量范围：0～40.96 m，水位变率：0～40 cm/min。

7）遥测数据采集终端。能实现多信息源的数据采集、多信道传输与存储，水位变化值△H：1～99 cm，数据传输速率为 100～9 600 bit/s 可选。

旱情监测应用软件是以水利部新版雨水情数据库标准为依据[2]，实现旱情监测数据库的建设，并与泉州市现有的雨水情数据库结构相兼容，采用 C/S 的体系结构开发，基于 GIS 平台和日常业务平台上实现GIS 基本操作、旱情监测、旱情分析、信息查询、抗旱专题、GIS 发布、报表统计、系统管理等功能模块的应用。

2.2系统数据流程

泉州市分中心设立旱情信息接收、会商查询的旱情监测应用软件和 2 个移动墒情站。分中心在接收到各传感器采集到的实时数据后，利用手机、接收中心软件实现对各站点终端实时测报和远程控制，实现数据处理、存储、发送、应用等功能，实时监控各观测点墒情、蒸发、地下水位动态及相关参数值。管理员点击电子地图上任何监测点，可实现相关数据、曲线图、横向和纵向对比图等实时查询功能。福建省中心站接收多个站点所发送的实时数据，同样可实现数据处理、存储、应用等功能[3]。系统数据流程如图 2 所示。

2.3旱情监测系统组网结构

14 个固定旱情采集站点均布设墒情监测系统，并在其中 3 个站点同时布设蒸发、气温、风情自动监测系统，2 个站点同时布设地下水自动监测系统。旱情监测站自动采集 3 个深度土壤含水率等相关数据，每 3 个旱情监测站设 1 个降雨自动采集站。信息采集设备在观测站点采集数据后，通过 GPRS/ GSM 将数据传与市分中心传送交换，泉州市分中心再通过网络（目前暂用 X.25）与福建省中心传送交换。

图2　旱情监测系统数据流程图

3　旱情监测系统功能分析

泉州市旱情监测系统试点工程在利用现有成熟技术、成果资源和应用软件的基础上，通过新增墒情、蒸发、气温、地下水监测站点，整合系统中的墒情、降雨、蒸发、地下水等数据及防汛指挥系统中的工情、水情、风情，建成高效、可靠、先进实用的泉州市旱情监测系统，实现了抗旱、地下水等信息数据的实时查询、直观显示和综合管理，为领导决策和指导抗旱减灾提供科学依据。其主要功能如下：

1）福建省中心、泉州市分中心可以随时接收数个遥测数据，并进行数据分析检错和预处理、存储，具有良好的人机互动界面。

2）把遥测信息形成原始数据文件，进行存储、报文分解、检错、分类处理，并向本地定时装载数据库（或数据文件）。

3）可以随意增减测站的数量，修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据库管理功能。

4）通过计算机处理，显示打印各类实时/历史的墒情、蒸发、地下水位过程线，以及图形和报表。

5）遥测终端有本地存储功能和预留扩展接口。

4　旱情监测系统应用分析

该系统投入运行以来，运行稳定，取得了明显的经济和社会效益。

1）实现了旱情监测站数据实时采集、接收、解码、纠错及入库，有关领导和相关部门可及时了解旱情信息，使抗旱救灾工作更具有指导性，进一步提高抗旱减灾决策能力，最大限度降低因旱造成的损失。

2）实现了旱情信息统计和初步分析，为泉州市研究旱情变化规律提供了科学的数据来源，以便建成信息源布局合理、信息流向科学的泉州区域旱情信息采集系统，形成统一的制度和通用的行业标准规范。

3）旱情监测为土壤水资源计算评价提供了基础数据，为充分利用土壤水奠定了基础。

4）社会各部门也可通过旱情监测系统了解旱情信息，组织适时、科学灌溉及根据旱情等级分布进行定量灌溉，减少了水资源浪费，改善了地下水环境，为更好地使用、管理、监督、协调、节约水资源提供科学依据，使有限的水资源发挥最大的效益。

5）农业部门可通过旱情监测系统指导农业适时播种，避免了耽误农时，保障了广大农民的利益，为促进泉州市农业的可持续发展提供基础信息。

5　旱情监测系统存在不足与局限性分析

泉州市旱情监测系统试点工程技术先进，标准高，软件界面简洁，操作方便，但还存在一定的局限性：

1）相应的管理与监督制度还不够完善。加强建设管理与监督是保障规划实施效果的关键，试点工程有待加强管理与监督，以便对系统的运行过程、效益、作用和影响进行全面、系统、客观的跟踪调查和分析评价。

2）监测站点设置不足。泉州市 1.08×104km2土地面积仅有 14 个固定测站，平均每个站点覆盖面积为 771.00 km2。监测站点少，旱情代表性不够强，特别是中长期的旱情监测、预警、预报精确度不高，给旱情分析与预测造成很大的困难。

3）旱情监测站点范围内生态环境很差。旱情监测试点工程站点大多设在农村或偏远地区，均为无人值守站，周边生态环境很差。因此，需要制定相应维护管理方案，用以提高站点周围的生态环境等级，进而确保站点稳定、可靠运行。

4）没有较明确的旱情评估标准。由于是福建省内率先开展的试点工程，所以现在还没有符合泉州市实际情况建设的评估标准，所测数据还不能充分和旱情相对应。

6　系统应用前景分析

为进一步提高该系统的反应能力与科技水平，更好地为水利部门和社会各界服务，系统应用对策建议如下[4]：

1）建立地方各级政府多级投入的管理体制，形成多层次、多渠道、相对稳定的投入机制，以便保证旱情监测设施建设、仪器设备配置及工程运行维护费用。

2）加强基础研究工作，制定年度研究计划，编制、修订相关技术标准，制定旱情监测有关技术细则及工作手册，完善系统的日常维护管理制度，加大对运行管理人员的培训力度，提高管理维护水平和操作技能，确保系统的正常运行。

3）增加监测站点的建设，提高站网密度，加大监测的覆盖面，形成具有一定规模、一定代表性、能基本代表全市旱情变化规律的旱情监测站网，满足抗旱工作的实际需要。

4）把雨情、水情、旱情结合起来分析研究，加强后台分析系统建设，在实时旱情监测的基础上，加强旱情发展趋势的分析预测和抗旱指挥的决策支持。同时与农业、气象、国土资源等相关部门加强沟通联系，并积极与科研单位合作，加大旱情基础研究，形成较完善且符合泉州市实际情况的旱情评估标准。

5）加强对监测数据和实际旱情之间关联分析和应用的研究，解决作为试点工程可供参考资料太少的问题，从而全面提高系统分析预测、预报能力。

总之，系统投入运行以来，经过多次考验，不仅为探索福建省土壤墒情变化规律打下了坚实的基础，也为泉州市的旱情预测预报、防旱抗旱决策、水资源合理利用等提供科学依据，该系统具有一定的应用价值和推广前景。

参考文献：

[1] 中华人民共和国水利部. SL 424—2008 水利行业标准旱情等级标准[S]. 北京：中国水利水电出版社，2008: 4-10.

[2] 中华人民共和国水利部. SL 323—2005 实时雨水情数据库表结构与标识符标准[S]. 北京：中国水利水电出版社，2005: 3-48.

[3] 王玲玲，张友静，余远见，等. 遥感旱情监测方法的比较研究与分析[J]. 遥感应用，2010 (5):49-53.

[4] 陆桂华，张建云，扬扬，等. 大范围旱情监测技术[J]. 水利水电技术，2003 (4): 45-47.

Application and Analysis of Pilot Project Construction about Quanzhou Drought Monitoring System

WU Baojin
(Quanzhou Flood Warning Center in Fujian Province, Quanzhou 362000, China)

Abstract:Pilot project of Quanzhou drought monitoring system is an important part of Quanzhou Drought Mitigation Decision Support System. Drought information of various drought monitoring stations can be collected, transmit to drought analysis system by GPRS /GSM in real time to determine drought conditions quickly and accurately. And the corresponding drought plans are provided as a scientific basis for the implementation of comprehensive drought. The article introduces pros and cons of pilot project construction about Quanzhou drought monitoring system, and analyzes its application value of the system in the field of water conservation in-depth for providing reserence for other similar projects.

Key words:the drought; monitoring; application analysis

作者简介：吴宝金（1978-），女，福建南安人，工程师，主要从事防汛抗旱、水雨情测报研究。

收稿日期：2015-12-18

中图分类号：S157

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)01-0069-04