開封市土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)研究

□王志華（河南省開封水文水資源勘測局）

1 土壤墑情監(jiān)測的目的、意義

土壤墑情是指土壤中水分的含量及被作物利用的程度?？捎猛寥篮?、土壤相對濕度、土壤總水分貯存量及土壤有效水分等一系列指標來描述。長期以來，土壤墑情信息最重要的要素土壤含水量監(jiān)測站很少，導致土壤含水量信息緊缺，而墑情和旱情及其發(fā)展趨勢是同氣象條件、土壤的物理特性、土壤的水分狀態(tài)，作物種類及其生長發(fā)育狀況密切相關(guān)的。因此可以認為，氣象條件、土壤的物理特性、土壤水分狀態(tài)、作物種類及生長發(fā)育狀況是墑情和旱情監(jiān)測的五大要素。墑情與旱情的監(jiān)測有十分重要的意義，主要表現(xiàn)在以下三個方面：（1）為抗旱對策的制定提供依據(jù)；（2）為農(nóng)業(yè)技術(shù)的實施提供依據(jù)；（3）為農(nóng)業(yè)技術(shù)的水資源利用成效評價提供依據(jù)。

2 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的必要性

開封市屬暖溫帶半干旱大陸性季風型氣候，四季分明，春季干旱多風沙，夏季炎熱多雨，秋季涼爽宜人，冬季寒冷少雪。多年平均降水量為662.80mm，變率為21%，屬全省變率高值區(qū)，降水多集中在夏季的7、8月份，約占年降水量的65%以上，冬季降水量最少，約占年降水量的10%左右。年平均蒸發(fā)量則由東南往西北遞增，即由1600mm~2000mm。5月、6月兩個月蒸發(fā)量最大，占全年蒸發(fā)量的25%～30%，12月、1月兩個月蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的5%～10%。

旱災(zāi)是開封市最主要的自然災(zāi)害之一，不僅經(jīng)常發(fā)生全區(qū)性的嚴重干旱，而且?guī)缀跄昴甓加谐潭炔煌牡貐^(qū)性、季節(jié)性的干旱發(fā)生。每一次重大旱災(zāi)的發(fā)生都給當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大的影響，旱災(zāi)的防治工作顯得十分重要。

通過土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的完善建設(shè)，對開封市各縣區(qū)土壤墑情情況進行長期持續(xù)的監(jiān)測，并在得到大量詳實數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進行科學的分析，建立可靠的數(shù)學分析預測模型，就可使抗旱向防旱轉(zhuǎn)變，在旱情未來臨之前，根據(jù)系統(tǒng)做出的預測，進行有目的性的灌溉。如此，不僅能確?！叭r(nóng)”工作平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展、推動開封經(jīng)濟建設(shè)的騰飛，而且是踐行科學發(fā)展觀和落實國策的得力舉措。因此，完善土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。

3 開封市土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

開封市原有人工墑情監(jiān)測站5處，每月逢“1”監(jiān)測，如遇旱情再逢“6”加測、如遇大的旱情則每天監(jiān)測。2011年3月，5處人工墑情監(jiān)測站全部改造成了自動墑情監(jiān)測站，另新設(shè)自動墑情監(jiān)測站6處，計11處自動墑情監(jiān)測站；另配備有移動墑情監(jiān)測設(shè)備一套（每天可監(jiān)測2~3個縣區(qū)），所有監(jiān)測數(shù)據(jù)未進行系統(tǒng)處理，無預報功能。

4 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)完善建設(shè)實施方案

4.1 墑情信息采集

合理布設(shè)土壤墑情監(jiān)測點。根據(jù)《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364-2006）對墑情站網(wǎng)密度的規(guī)定，開封市轄區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)立20處墑情監(jiān)測站，就目前開封市墑情站網(wǎng)密度而言，遠不能掌握和反映整個開封市轄區(qū)內(nèi)土壤墑情狀況。在原有墑情站網(wǎng)的基礎(chǔ)上（自動墑情監(jiān)測站11處），按行政區(qū)域和單站控制耕地面積相結(jié)合的方式進行監(jiān)測點的選取，同時應(yīng)適當考慮站點布設(shè)區(qū)域的地貌、土壤、氣象和作物分布情況，監(jiān)測點位置應(yīng)具有區(qū)域土壤巖性、農(nóng)作物類型的代表性，再勘察增設(shè)9處移動監(jiān)測點，并購置監(jiān)測車1輛，移動墑情監(jiān)測設(shè)備2套，以滿足墑情監(jiān)測所必需的時效性。

若出現(xiàn)持續(xù)無雨日，在墑情常規(guī)監(jiān)測的基礎(chǔ)上（逢“1”監(jiān)測），在每個監(jiān)測時間區(qū)間內(nèi)加測1-3次。如重要的農(nóng)時季節(jié)春播和秋種前后，或作物灌漿等生長關(guān)鍵時期和連續(xù)出現(xiàn)旱情等，要增加監(jiān)測點數(shù)和加密監(jiān)測次數(shù)。

4.2 墑情數(shù)據(jù)傳輸入庫

實現(xiàn)已采集到墑情數(shù)據(jù)傳輸入庫，需要三部分軟件系統(tǒng)：

4.2.1 墑情數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)儲程序

數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)用來接收處理墑情自動監(jiān)測站所采集到的信息并將其處理存入系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)庫的程序。該系統(tǒng)能通過通信網(wǎng)絡(luò)，完成對區(qū)域的遙測墑情數(shù)據(jù)的實時接收，能讀取監(jiān)測站遙測設(shè)備的狀態(tài)信息數(shù)值。20處墑情自動監(jiān)測站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過該程序即可存入服務(wù)器原始數(shù)據(jù)庫。此外，本系統(tǒng)具備對漏報數(shù)據(jù)的召測功能，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失現(xiàn)象，即可馬上通過召測實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時傳輸。

4.2.2 墑情數(shù)據(jù)輸入程序

使用該程序，可將移動監(jiān)測站監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)輸入窗口輸入到服務(wù)器原始數(shù)據(jù)庫中，供下一步數(shù)據(jù)處理使用。

4.2.3 土壤墑情監(jiān)測點基本信息錄入程序

土壤墑情監(jiān)測點建立后，應(yīng)對監(jiān)測點基本情況進行調(diào)查，并填寫土壤墑情監(jiān)測點基本情況表。將降水量、灌溉水量記載、土壤水分測定結(jié)果、土壤性狀、土壤最大持水量、凋萎含水量和作物生長發(fā)育階段的需水特征全部輸入服務(wù)器分析數(shù)據(jù)庫，以備土壤墑情評價使用。

4.3 墑情數(shù)據(jù)處理入庫

墑情監(jiān)測中心的原始數(shù)據(jù)庫通過各種渠道接收的各監(jiān)測站的墑情信息是實時信息，要對這些信息進行分析，還必須通過墑情數(shù)據(jù)處理入庫程序，將其導入到分析數(shù)據(jù)庫中。墑情數(shù)據(jù)處理入庫程序具備功能如下：

（1）對所有原始數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行合理性分析、排錯和分類整理。

（2）按實時墑情數(shù)據(jù)庫的規(guī)范和標準，把墑情信息寫入墑情監(jiān)測中心實時墑情數(shù)據(jù)庫各實時表中；當寫入墑情監(jiān)測中心實時墑情數(shù)據(jù)庫失敗時，系統(tǒng)具備緩存能力。

（3）具有信息處理、錯誤分析處理、數(shù)據(jù)管理維護等功能。

（4）該程序必須保證數(shù)據(jù)信息的時效性，有新的墑情信息到來，必須在短時間內(nèi)自動、及時處理，該程序24 h不間斷運行。

4.4 墑情數(shù)據(jù)分析

通過墑情數(shù)據(jù)分析程序，實現(xiàn)如下功能：

（1）根據(jù)《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364-2006）對土壤干旱程度的判定，確定每處墑情監(jiān)測點旱情及相應(yīng)范圍。

（2）根據(jù)已有分析數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，給出土壤墑情評價，繪制土壤墑情變化曲線。分類建立以雨量、蒸發(fā)、溫度、濕度、氣壓、風力等為參數(shù)的墑情~時間關(guān)系曲線，如圖1所示；建立在持續(xù)無雨天氣形勢下的土壤墑情漸變數(shù)學模型。

5 土壤墑情監(jiān)測成果的預報與發(fā)布

圖1 墑情評價曲線示意圖

土壤墑情監(jiān)測成果的預報是指在某一地區(qū)，開展實時墑情預報，預測未來旱情發(fā)展的情況，為抗旱指揮提供可靠的決策信息，是實現(xiàn)作物適時適量灌溉的基礎(chǔ)。土壤墑情預報主要包括增墑預報和退墑預報。增墑即土壤水的增長過程，退墑即土壤水的消退過程。開封市土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)完成后，可依據(jù)實時采集的土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，判斷作物用水情況，建立高準確度土壤墑情與灌溉預報的模型，以實現(xiàn)作物用水信息實時管理。

監(jiān)測成果的預報與發(fā)布：（1）根據(jù)天氣形勢，適時加密墑情測次，并及時將監(jiān)測結(jié)果整理匯總，然后依據(jù)土壤墑情變化曲線、以雨量、蒸發(fā)、溫度、濕度、氣壓、風力等為參數(shù)的墑情~時間關(guān)系曲線，在持續(xù)無雨天氣形勢下的土壤墑情漸變數(shù)學模型等進行墑情分析及旱情預報。（2）監(jiān)測及預報成果將以短信、圖表和簡報等方式迅速發(fā)送到相關(guān)部門。

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)流程詳見圖2。

圖2 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)運行流程圖

6 結(jié)語

綜上所述，通過開封市土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的建立完善，對于防止該市農(nóng)業(yè)旱情的發(fā)生、指導農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)和進行適時適量灌溉具有重要的作用。

[1]開封市水利局.開封市水資源公報（2013年）[R].開封：開封市水利局，2014.

[2]土壤墑情監(jiān)測規(guī)范（SL364-2006）[S].中華人民共和國水利部,2007.