宁夏自动墒情监测仪器标定的过程分析

2018-01-09马尚贤冯瑞高鹤

科技资讯 2017年32期

关键词：宁夏

马尚贤++冯瑞++高鹤

摘要：采集宁夏墒情站代表性土样，采用“人工造墒”的方式对自动墒情监测仪器公式进行标定。标定之后，使用人工取土烘干法监测数据与监测仪器监测数据进行比测。结果表明，30组比测数据绝对误差均小于±4%，达到规范规定要求，由此说明标定的公式准确可靠，可进行业务化应用。

关键词：宁夏自动墒情监测公式标定烘干法比测

中图分类号：X85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（b）-0092-03

土壤墒情，也即土壤中的水分状况，是最重要和最常用的土壤信息。它是科学地调节土壤水分状况进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化的基础[1]。宁夏受自然环境和大气环流影响，使降水量在时间、空间上的分配极不均匀，而且多集中在夏季，干旱频发，给自治区农业生产和水资源开发利用带来了诸多不利影响[2]。自动墒情监测仪是利用频率反射法（FDR）原理来测定土壤含水量的自动化仪器，安装后需进行标定才能投入业务化运行。仪器标定的原理是将人工取土烘干法获得的土壤含水量与实测的传感器频率值进行分析比较，建立土壤含水量与测定频率之间的关系[3]。建设自动墒情监测系统，合理布设监测站点，及时、准确、系统地监测旱情变化，科学合理地进行分析和预测，对指导抗旱有着重大的现实意义[4]。

2016年《国家防汛抗旱指挥系统二期工程宁夏建设项目》开始建设，宁夏回族自治区作为全国试点省份之一，在全区建设了39个自动墒情监测站，2017年开始对监测仪器公式进行分类标定。标定过程中选取宁夏11种代表性土样，分别是石嘴山市壤土、固原市壤土（层状）、固原市黑土、固原市壤土、吴忠市砂壤土、吴忠市鸦儿沟砂土（砂度大）、吴忠市狼布掌砂土（砂度大）、吴忠市砂土（砂度小）、吴忠市白浆土、中卫市红胶泥、中卫市白浆土。本文将宁夏自动墒情监测仪器标定的过程进行分析，对今后自动墒情监测站的建设及标定工作有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 所需工具

2kg电子天平、环刀、采集终端（RTU）、恒温烘干箱、导管式传感器、孔径2mm的土壤筛等。

1.2 土样取样

取土位置在墑情观测场传感器埋设位置0.5～1.0m以内，切出深50cm的剖面，分别在10、20、40cm处取土样。

1.3 土样预处理

取回的土样平铺在阴凉通风处风干。风干后，先将土碾碎，再用孔径2mm的土壤筛过筛，获得土样备用。

1.4 制备特定体积含水量土样

对10cm、20cm、40cm三层处的土样分别配置不同湿度的样本，每层制作样本的土壤体积含水量区间共有7个，分别为小于10%、10%～15%、15%～20%、20%～25%、25%～30%、30%～35%和大于35%七个等级，最后得到21个样本。配置完成的土样搅拌均匀后，放入密封塑料袋内静置平衡24h。

1.5 填装土柱制备标准土样

预制含水量土样静置24h后，取出搅拌均匀，分多层装填。依据设计土柱高度分层，每层高度2cm。每层装入的土样量依据分层数平均分配。装填中为使导管式传感器外管壁与土样紧密接触，先放入导管式传感器再装填土样。

1.6 仪器测量土样含水量

使用导管式传感器对制备好的21个土样含水量进行测量，获取测量值，每个土样定点测量6次，取平均值。

1.7 烘干法测量土样含水量

通过专用环刀在各个土柱样本中取样、烘干、称重，每个土柱取3个样本，取平均值后获得对应样本的实际土壤重量含水量，再换算为土壤体积含水量。体积含水量由实测的重量含水量乘以相应的干容重换算得出[5]。其中，干容重由实验确定。

1.8 公式标定

对烘干法实测的土壤体积含水量值与采集终端显示的传感器监测值进行分析比较，使用Excel软件拟合出土壤体积含水量与仪器监测值之间的关系曲线，得出标定公式。

2 实验结果与讨论

本文以吴忠市狼布掌砂土为例进行分析。表1为不同深度土壤样本在不同检测区间的传感器监测值与烘干法实测的土壤体积含水量之间的对比，以传感器监测值作为x轴，通过烘干法实测的土壤体积含水量作为y轴，拟合出曲线，结果如图1所示。

3 人工取土烘干法与监测仪器数据比测

将标定公式输入墒情遥测站监控软件，记录遥测数据，与同时间该站点人工取土烘干法实测的墒情数据进行比测，比测数据为30组，比测时间为4个月，达到规范要求[6]。人工取土位置在距离监测仪器埋设点0.5～1.0m范围内，取土时避开降雨日及大雨后地表积水日。比测结果见表2。