開封市土壤墑情監測系統建設研究

□王志華（河南省開封水文水資源勘測局）

1 土壤墑情監測的目的、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省⑼寥老鄬穸取⑼寥揽偹仲A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測站很少，導致土壤含水量信息緊缺，而墑情和旱情及其發展趨勢是同氣象條件、土壤的物理特性、土壤的水分狀態，作物種類及其生長發育狀況密切相關的。因此可以認為，氣象條件、土壤的物理特性、土壤水分狀態、作物種類及生長發育狀況是墑情和旱情監測的五大要素。墑情與旱情的監測有十分重要的意義，主要表現在以下三個方面：（1）為抗旱對策的制定提供依據；（2）為農業技術的實施提供依據；（3）為農業技術的水資源利用成效評價提供依據。

2 土壤墑情監測系統建設的必要性

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，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。年平均蒸發量則由東南往西北遞增，即由1600mm~2000mm。5月、6月兩個月蒸發量最大，占全年蒸發量的25%～30%，12月、1月兩個月蒸發量占全年蒸發量的5%～10%。

旱災是開封市最主要的自然災害之一，不僅經常發生全區性的嚴重干旱，而且幾乎年年都有程度不同的地區性、季節性的干旱發生。每一次重大旱災的發生都給當地的農業生產帶來極大的影響，旱災的防治工作顯得十分重要。

通過土壤墑情監測系統的完善建設，對開封市各縣區土壤墑情情況進行長期持續的監測，并在得到大量詳實數據的基礎上，進行科學的分析，建立可靠的數學分析預測模型，就可使抗旱向防旱轉變，在旱情未來臨之前，根據系統做出的預測，進行有目的性的灌溉。如此，不僅能確保“三農”工作平穩可持續發展、推動開封經濟建設的騰飛，而且是踐行科學發展觀和落實國策的得力舉措。因此，完善土壤墑情監測系統是十分必要的。

3 開封市土壤墑情監測系統現狀

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

4 土壤墑情監測系統完善建設實施方案

4.1 墑情信息采集

合理布設土壤墑情監測點。根據《土壤墑情監測規范》（SL364-2006）對墑情站網密度的規定，開封市轄區內應設立20處墑情監測站，就目前開封市墑情站網密度而言，遠不能掌握和反映整個開封市轄區內土壤墑情狀況。在原有墑情站網的基礎上（自動墑情監測站11處），按行政區域和單站控制耕地面積相結合的方式進行監測點的選取，同時應適當考慮站點布設區域的地貌、土壤、氣象和作物分布情況，監測點位置應具有區域土壤巖性、農作物類型的代表性，再勘察增設9處移動監測點，并購置監測車1輛，移動墑情監測設備2套，以滿足墑情監測所必需的時效性。

若出現持續無雨日，在墑情常規監測的基礎上（逢“1”監測），在每個監測時間區間內加測1-3次。如重要的農時季節春播和秋種前后，或作物灌漿等生長關鍵時期和連續出現旱情等，要增加監測點數和加密監測次數。

4.2 墑情數據傳輸入庫

實現已采集到墑情數據傳輸入庫，需要三部分軟件系統：

4.2.1 墑情數據接收轉儲程序

數據接收轉儲系統用來接收處理墑情自動監測站所采集到的信息并將其處理存入系統原始數據庫的程序。該系統能通過通信網絡，完成對區域的遙測墑情數據的實時接收，能讀取監測站遙測設備的狀態信息數值。20處墑情自動監測站的實時監測數據通過該程序即可存入服務器原始數據庫。此外，本系統具備對漏報數據的召測功能，一旦出現數據遺失現象，即可馬上通過召測實現數據的即時傳輸。

4.2.2 墑情數據輸入程序

使用該程序，可將移動監測站監測到的數據，通過數據輸入窗口輸入到服務器原始數據庫中，供下一步數據處理使用。

4.2.3 土壤墑情監測點基本信息錄入程序

土壤墑情監測點建立后，應對監測點基本情況進行調查，并填寫土壤墑情監測點基本情況表。將降水量、灌溉水量記載、土壤水分測定結果、土壤性狀、土壤最大持水量、凋萎含水量和作物生長發育階段的需水特征全部輸入服務器分析數據庫，以備土壤墑情評價使用。

4.3 墑情數據處理入庫

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

（1）對所有原始數據庫中的數據進行合理性分析、排錯和分類整理。

（2）按實時墑情數據庫的規范和標準，把墑情信息寫入墑情監測中心實時墑情數據庫各實時表中；當寫入墑情監測中心實時墑情數據庫失敗時，系統具備緩存能力。

（3）具有信息處理、錯誤分析處理、數據管理維護等功能。

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

4.4 墑情數據分析

通過墑情數據分析程序，實現如下功能：

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

（2）根據已有分析數據庫中的數據，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、溫度、濕度、氣壓、風力等為參數的墑情~時間關系曲線，如圖1所示；建立在持續無雨天氣形勢下的土壤墑情漸變數學模型。

5 土壤墑情監測成果的預報與發布

圖1 墑情評價曲線示意圖

土壤墑情監測成果的預報是指在某一地區，開展實時墑情預報，預測未來旱情發展的情況，為抗旱指揮提供可靠的決策信息，是實現作物適時適量灌溉的基礎。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。開封市土壤墑情監測系統建設完成后，可依據實時采集的土壤墑情監測數據信息，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，以實現作物用水信息實時管理。

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

土壤墑情監測系統流程詳見圖2。

圖2 土壤墑情監測系統運行流程圖

6 結語

綜上所述，通過開封市土壤墑情監測系統的建立完善，對于防止該市農業旱情的發生、指導農業抗旱減災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]土壤墑情監測規范（SL364-2006）[S].中華人民共和國水利部,2007.