自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀在氣象部門的建設(shè)與使用

吳勇

摘要 分析了自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀在廣西地區(qū)的建設(shè)要求以及使用情況，以期為以后自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的建設(shè)、使用以及維修提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀；建設(shè)；儀器布設(shè)

中圖分類號(hào) S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）05-0269-01

1 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀簡介

1.1 工作原理

自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀是通過頻域反射法原理（FDR）對(duì)土壤體積含水量進(jìn)行測(cè)量，該儀器通過傳感器發(fā)出100 MHz的高頻信號(hào)，被觀測(cè)土壤與傳感器電容量之間存在有函數(shù)關(guān)系。由于水的介電常數(shù)通常要比其他的介電常數(shù)要大，因此隨著土壤中水分的變化，介電常數(shù)也會(huì)發(fā)生一定程度的變化。另外，水分變化還會(huì)對(duì)測(cè)量時(shí)傳感器給出的電容值產(chǎn)生一定的影響，數(shù)據(jù)采集器采集這一變化量后，還要對(duì)其進(jìn)行線性化與定量化處理，以獲取土壤水分的觀測(cè)值，并以相應(yīng)的格式為依據(jù)在采集器中進(jìn)行儲(chǔ)存。

1.2 基本特點(diǎn)

就自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀而言，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①能夠?yàn)楦鞣N類型的通訊提供支持，以滿足有線、短信與通信等各種需求；②使用無線通信時(shí)，能夠通過中心站對(duì)多個(gè)地區(qū)土壤水分含量狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；③為直流、交流與太陽能等供電方式提供一定的支持；④具備專業(yè)化的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、分析及圖形顯示等多種功能；⑤可以安裝多個(gè)傳感器，并靈活地對(duì)其進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)層次土壤水分的觀測(cè)；⑥能適應(yīng)各種土壤類型，并且具備安裝方便、可靠性高等特點(diǎn)。

2 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的建設(shè)

2.1 選址

自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀在選址時(shí)需要滿足以下幾點(diǎn)要求：①所選擇的觀測(cè)地段的土壤必須具備代表性，能夠作為該地區(qū)主要土壤類型的代表；另外，盡可能地選擇地勢(shì)較為平坦以及能代表該地區(qū)土壤水分變化特征的地塊，禁止選擇在山丘地區(qū)溝底、斜坡等位置處。②保證其安裝環(huán)境。觀測(cè)儀的安裝地段要盡可能遠(yuǎn)離河流、水庫等大型水體，與道路、建筑物之間的距離要多于20 m。③就農(nóng)作物的觀測(cè)地段而言，其種植的總面積要高于0.1 hm2。④固定觀測(cè)地段的面積要高于100 m2。儀器在自然下墊面位置處安裝，必須有較厚的天然土壤為支撐，但是不能夠采取填土的方式。在確定好觀測(cè)地段之后，便不能隨意對(duì)其進(jìn)行調(diào)換，必須保證土壤水分觀測(cè)資料的一致性與連續(xù)性[1-2]。

2.2 場(chǎng)地建設(shè)

自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀場(chǎng)地建設(shè)過程中需要注意以下幾點(diǎn)：①將觀測(cè)場(chǎng)建立在觀測(cè)儀器擺放位置的周圍，并將觀測(cè)儀器置于觀測(cè)場(chǎng)地的中間，以確保儀器與溝槽及供水渠道之間的直接距離高于10 m，以防止由于溝渠側(cè)滲對(duì)土壤含水量的觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。②應(yīng)該在觀測(cè)場(chǎng)地的周圍設(shè)置一個(gè)高度在12 m之上的圍欄。圍欄的大小約3 m（東西向）×4 m（南北向），圍欄的材質(zhì)的反光性不宜太強(qiáng)烈。③在場(chǎng)地內(nèi)安裝線纜的情況下，要在遠(yuǎn)離傳感器安裝地點(diǎn)的位置修建電纜溝（管），使其能夠起到防鼠和防水的作用，另外也便于日常的維修。④觀測(cè)場(chǎng)地要有嚴(yán)格的防雷設(shè)施，防雷設(shè)施的建設(shè)要完全依照氣象行業(yè)規(guī)定的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的儀器布設(shè)

自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的儀器布設(shè)要求主要有3點(diǎn)，一是數(shù)據(jù)采集箱必須要安裝在靠北的位置，南邊應(yīng)安放土壤水分傳感器，土壤水分傳感器埋設(shè)的位置和數(shù)據(jù)采集箱之間的距離要大于1 m。二是自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀與觀測(cè)場(chǎng)邊緣護(hù)欄之間的距離要大于1 m。三是傳感器的安裝的深度和層次要根據(jù)需要來設(shè)定。通常情況下，在農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中為0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、70～80、90～100 cm。可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行調(diào)整。在地下水位深度較小的地區(qū)，測(cè)定要持續(xù)到土壤達(dá)到飽和狀態(tài)之后。在土層比較薄，測(cè)定的深度無法達(dá)到相關(guān)要求的地帶，要測(cè)定到土壤母質(zhì)層。

3 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的使用

3.1 傳感器的安裝

傳感器分為探針式傳感器和插管式傳感器2種類型。其安裝方式也存有差異。

3.1.1 探針式傳感器的安裝方式。探針式傳感器是由接收器、微處理電路、高頻發(fā)射器和探針共同組成。處理電路應(yīng)安置在防水密封的環(huán)境中，感應(yīng)探針的其中一段要連接防水室，另一端與土壤連接。依據(jù)電磁波的變化測(cè)定土壤中的水分含量[3-4]。

3.1.2 插管式傳感器的安裝方式。插管式傳感器由電容式傳感器、處理電路和護(hù)管組成，護(hù)管應(yīng)垂直放入到土壤中，傳感器要并聯(lián)安裝在護(hù)管中，與土壤保持距離，不能直接接觸。依據(jù)探測(cè)器中電磁波的頻率變化計(jì)算被測(cè)物含水量。

3.2 系統(tǒng)電源的使用

通常情況下，系統(tǒng)所使用的電源為交流220 V（-15%～ +10%），直流12 V。要配備蓄電池并對(duì)其充電，為停電時(shí)工作的正常運(yùn)行做準(zhǔn)備。另外，也可以利用風(fēng)能或者太陽能給蓄電池充電，以保證蓄電池在停電的狀況下能夠維持傳感器等傳輸模塊在短時(shí)間內(nèi)的工作。另外，在系統(tǒng)中要安裝低電壓告警裝置，當(dāng)電池的電壓過低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 黃文海，謝仁忠，黃汝紅，等.DZN3型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀及維護(hù)維修[J].氣象研究與應(yīng)用，2014.

[2] 李玉春，姜楠，徐淑華.DZN3自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的誤差分析[J].黑龍江氣象，2015（2）：46-47.

[3] 梁海河，孟昭林，張春暉，等.綜合氣象觀測(cè)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)[J].氣象，2011（10）：110-118.

[4] 王良宇，張艷紅，程路.自動(dòng)土壤水分觀測(cè)資料應(yīng)用誤差分析[J].氣象科技，2014（5）：3-8.