豫西地區(qū)土壤墑情監(jiān)測站的現(xiàn)狀與思考

陳琳

(河南省平頂山水文水資源勘測局，河南 平頂山 467000)

1 概述

旱災(zāi)是河南省豫西發(fā)生頻率較高的氣象災(zāi)害之一，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對抗旱工作提出了新的要求，建設(shè)一個高效可靠的旱情信息采集系統(tǒng)，隨時采集和掌握旱情信息，為指揮抗旱救災(zāi)提供有力保障。河南省國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)2期工程旱情信息采集系統(tǒng)中，豫西三門峽市共建設(shè)6個固定墑情監(jiān)測點(diǎn)和30個移動墑情監(jiān)測點(diǎn)。

2 墑情站網(wǎng)布設(shè)

2.1 監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)原則

站點(diǎn)布設(shè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥李愋汀⒎N植結(jié)構(gòu)和地形地貌條件，綜合確定墑情監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)，應(yīng)選擇能代表區(qū)域主要作物類型和土壤質(zhì)地的地塊。具體原則如下：①所選站點(diǎn)有足夠的代表性，包括地貌的代表性、土壤的代表性、氣象和水文地質(zhì)的代表性、種植作物的代表性；②山丘區(qū)：選坡面比降較小且面積較大的地塊，避免選在溝底；③平原區(qū)：選代表性地塊中平整的地方，避開低洼易積水點(diǎn)，且與河渠保持一定的距離；④監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離樹木、高大建筑物、道路、河流、水庫和大型渠道；⑤在氣象局已建墑情站15 km范圍內(nèi)不設(shè)站。

2.2 站網(wǎng)分布

固定墑情監(jiān)測點(diǎn)6個，分別是：窄口、盧氏、澗里、澠池、義馬、三門峽；移動墑情監(jiān)測點(diǎn)30個，包括盧氏縣、靈寶市、陜州區(qū)、澠池縣、義馬市、湖濱區(qū)境內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)。

3 信息采集時段與頻次

固定墑情站，每天早上8時采集自報或土壤含水率達(dá)到一定閾值后自動上報的土壤含水率；移動墑情站在農(nóng)作物關(guān)鍵生長期和旱情發(fā)展期，應(yīng)間隔每5 d報送一次土壤墑情信息，報送時間為每月1日、6日、11日、16日、21日、26日8時，旱情嚴(yán)重時，可根據(jù)需要適當(dāng)增加土壤墑情信息的報送頻次。

4 信息傳輸

固定墑情站內(nèi)置GSM/GPRS模塊，通過內(nèi)置的GSM/GPRS通信模塊，利用公共通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給指定的接收用戶；移動墑情站是利用便攜式土壤水分分析儀內(nèi)置GSM/GPRS模塊，通過內(nèi)置的GSM/GPRS通信模塊，利用GSM通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給指定的接收用戶。根據(jù)河南省目前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，固定墑情站和移動墑情站的數(shù)據(jù)均通過移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到河南省水情中心，接收到的監(jiān)測站信息自動保存到墑情數(shù)據(jù)庫中，相關(guān)單位可通過網(wǎng)絡(luò)下載或查詢共享旱情信息，掌握本地的墑情監(jiān)測信息。

5 墑情信息的監(jiān)測

針對不同土壤類型的墑情站點(diǎn)，分別利用土壤水分傳感器進(jìn)行率定，得到相應(yīng)的土壤類型率定公式，并將率定的不同公式設(shè)置到固定或手持式智能終端上，把傳感器安插在測墑垂線指定的深度上，采集不同深度的土壤含水率(如表1所示)，最后完成向省水情中心的發(fā)送。

表1 移動墑情站監(jiān)測信息統(tǒng)計(jì)表

6 向市防汛抗旱指揮部辦公室報送墑情信息

在墑情站點(diǎn)監(jiān)測上傳的數(shù)據(jù)只是測墑垂線上相對地面10、20、40 cm 3個不同深度上的土壤含水率，在平時向防汛部門提供服務(wù)時，僅上報土壤含水率數(shù)據(jù)不能直接反映出不同站點(diǎn)的實(shí)際干旱程度，水文部門必須通過計(jì)算轉(zhuǎn)化，將每個站點(diǎn)的土壤相對含水率計(jì)算出來，依據(jù)旱情判斷標(biāo)準(zhǔn)，把站點(diǎn)干旱情況給出直觀定性判斷。判斷標(biāo)準(zhǔn)為：土壤相對含水率>60%為正常，51%～60%為輕度干旱，41%～50%為中度干旱，31%～40%為嚴(yán)重干旱，30%以下為特大干旱。p為土壤含水率10、20、40 cm的算數(shù)平均值，相對含水率=土壤含水率p/田間持水量(多為經(jīng)驗(yàn)值或?qū)嶒?yàn)值)。①沙土計(jì)算方法：如果p>13，田間持水量取21.70(即p=13.10，則w=13.10/21.70=60.30，正常)；如果p<5，對應(yīng)田間持水量取16.20(即p=4.90，則w=4.90/16.20=30，特大干旱)；如果13≥p≥5，直接在土壤相對濕度表上查找結(jié)果。②壤土計(jì)算方法：如果p>14，對應(yīng)田間持水量取23.40(即p=14.10，則w=14.10/23.40=60.30正常)；如果p<7，對應(yīng)田間持水量取22.90(即p=6.90，則w=6.90/22.90=30，特大干旱)；如果14≥p≥7，直接在土壤相對濕度表上查找結(jié)果。③粘土計(jì)算方法：如果p>17，對應(yīng)田間持水量取28.40(即p=17.10，則w=17.10/28.40=60.20正常)；如果p<9，對應(yīng)田間持水量取29.50(即p=8.90，則w=8.90/29.50=30，特大干旱)；如果17≥p≥9，直接在土壤相對濕度表上查找結(jié)果。

根據(jù)每次墑情站的土壤含水率實(shí)測信息，結(jié)合旱情判斷標(biāo)準(zhǔn)，以及站點(diǎn)作物種類、生長期、前期灌溉和前期降雨天數(shù)等，向防汛抗旱指揮部門報送較為直觀的信息報表(將表1數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為如表2所示的報表)。

表2 墑情信息報表

7 墑情站運(yùn)行情況

自2015年8月墑情站建成以來，至2018年期間，6個固定站運(yùn)行正常，之后三門峽站和窄口站設(shè)備出現(xiàn)故障，經(jīng)運(yùn)維公司技術(shù)人員維護(hù)后，三門峽站恢復(fù)正常，窄口站依然沒有從根本上解決問題。在30個移動站點(diǎn)中，河南省水文水資源勘測局從中選出12個站作為相對固定的站點(diǎn)，按照要求時間點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測上報，在具體工作中，有1臺移動測墑儀所配套的手機(jī)與藍(lán)牙鏈接出現(xiàn)故障，使用備用設(shè)備替代觀測。

8 墑情監(jiān)測工作中存在的問題及解決方案

①固定墑情站場地設(shè)施管護(hù)力度不足，固定站設(shè)施、設(shè)備大都在野外大田，場地圍欄標(biāo)準(zhǔn)偏低，個別設(shè)備存在人為毀壞現(xiàn)象。必須提高看管人員看管費(fèi)用，增加巡視檢查次數(shù)，以提高場地維護(hù)質(zhì)量；②維護(hù)經(jīng)費(fèi)不足，運(yùn)維公司在個別站點(diǎn)故障的情況下，很難立即趕赴現(xiàn)場解決問題。上級主管部門應(yīng)該加大墑情站運(yùn)維費(fèi)用的投資預(yù)算，只有經(jīng)費(fèi)充足才能保證維護(hù)合同的簽訂；③移動站點(diǎn)多線長，監(jiān)測人員長距離開車巡回監(jiān)測，存在行車安全和監(jiān)測時間點(diǎn)不能同步的問題。如果將移動站改造為固定站，這些問題即可迎刃而解；④固定站目前利用移動傳輸，方式單一，一旦移動卡出現(xiàn)問題，很難及時發(fā)送信息到水情中心。根據(jù)需要，做好長遠(yuǎn)規(guī)劃，將固定站升級改造為帶衛(wèi)星的視頻站，會提高傳輸手段的高質(zhì)量發(fā)展，有利于主管部門實(shí)時監(jiān)控監(jiān)測點(diǎn)作物情況及周邊環(huán)境情況，經(jīng)費(fèi)投入及高科技手段的運(yùn)用，將有利于墑情監(jiān)測和服務(wù)工作的長足發(fā)展。

9 結(jié)語

現(xiàn)今，墑情監(jiān)測站在旱情信息預(yù)報及農(nóng)田水利技術(shù)推廣方面發(fā)揮著重要作用，為各級政府做出正確決策，提供科學(xué)理論支撐。通過總結(jié)土壤移動墑情監(jiān)測站具體運(yùn)行情況，分析發(fā)現(xiàn)墑情監(jiān)測實(shí)際工作中存在的問題和不足，并提出了具體解決方案，為今后河南省墑情監(jiān)測提供了借鑒指導(dǎo)意義。