李　楊（安徽省滁州水文水資源局，安徽　滁州　239000）

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土壤墑情人工監(jiān)測與自動監(jiān)測的對比分析

李楊（安徽省滁州水文水資源局，安徽滁州239000）

土壤含水率是抗旱決策的重要依據(jù)，由于人才，財力，物力有限，很難做到每個墑情站點都采用人工監(jiān)測的方式。部分站點需采用自動采集與無線傳輸實現(xiàn)實時監(jiān)測土壤墑情，改變傳統(tǒng)的測量方法，實現(xiàn)土壤墑情監(jiān)測的自動化。通過實測資料對比分析，說明該裝置不論在測量精度上，還是遙測傳輸上，都有令人滿意的結(jié)果。

土壤墑情；含水率；烘干法；自動墑情監(jiān)測系統(tǒng)

1　前言

土壤墑情，指土壤含水率。一般用土壤含水量與土壤重量相比，用百分比來表示。土壤墑情是反映土壤干旱程度的主要指標(biāo)之一。土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、科學(xué)、真實的反映監(jiān)測區(qū)的土壤含水量的變化，可及時準(zhǔn)確的提供各監(jiān)測點的墑情狀況，為減災(zāi)抗旱提供了基礎(chǔ)信息。土壤墑情監(jiān)測可以提高農(nóng)牧業(yè)抗旱管理水平，快速掌握土地旱情動態(tài)，避免或減少旱災(zāi)造成的損失，逐步建立起廣泛覆蓋的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為相應(yīng)管理部門的重要任務(wù)之一。

2　人工監(jiān)測的方法及原理

土壤含水量垂直測點分布應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、地質(zhì)條件、土層的厚度而確定。安徽省滁州市土壤墑情監(jiān)測站點統(tǒng)一采用三點（地表表層下10cm、20cm、40cm），采取旬測的方式監(jiān)測。監(jiān)測點人工取樣采用環(huán)刀對地表表層下10cm、20cm、40cm三個土層進行垂直取樣，每個土層取3個土樣，以烘干稱重法計算其含水量。

烘干法是土樣從現(xiàn)場采取后放入鋁盒中，對其進行編號，天平稱重（感量0.01g）記錄數(shù)據(jù)。烘箱或微波爐進行烘干，烘箱溫度設(shè)制在105℃±2℃，持續(xù)恒溫8h，烘干結(jié)束，冷卻后天平稱重記錄數(shù)據(jù)。土壤含水量可采用以下公式計算：

式中：ω——土壤重量含水量；

ω1——濕土+盒重；

ω2——干土+盒重；

ω0——鋁盒的重量。

人工采集樣本烘干法是屬于直接測量土壤含水量，是公認的標(biāo)準(zhǔn)方法，也是使用最廣泛的監(jiān)測方法。

3　自動墑情監(jiān)測的方法及原理

實驗區(qū)采用的是YY-RTU-2000型遙測終端機，配制YY-C0906人工置數(shù)器。其特點是體積小，操作簡單。

根據(jù)監(jiān)測要求，可采用1路土壤水份傳感器實現(xiàn)單點墑情檢測；也可采用多路土壤水份傳感器，并將傳感器分布在不同的深度，實現(xiàn)監(jiān)測點的剖面墑情監(jiān)測。因自動墑情監(jiān)測點分散分布，不易布線的特點，建議選用太陽能用作供電自動監(jiān)測設(shè)備。自動采集到的實時數(shù)據(jù)利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行遠程無線傳輸，監(jiān)測中心自動接收，并存儲到土壤墑情數(shù)據(jù)庫中。其監(jiān)測方法符合土壤墑情的規(guī)范SL364-2006（見圖1）。

圖1　

4　實測資料誤差分析

4.1比測資料的回歸分析

土壤墑情自動監(jiān)測裝置于2013年花山墑情站點進行安裝試用，并與人工監(jiān)測比較對照，繪制比測資料的點據(jù)，根據(jù)對比分析圖的分布情況（如圖2），采用直線相關(guān)的回歸方程進行分析。10cm、20cm、40cm土壤的相關(guān)系數(shù) r依次為0.8306、0.7612、0.7415，從理論上講，樣本相關(guān)系數(shù)r的絕對值越大，剩余平方和就越小，回歸線與點據(jù)配合得越密切，相關(guān)關(guān)系也就越好。每層土樣的r值表明其比測的資料相關(guān)關(guān)系是較密切的、較顯著的。

4.2誤差結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)人工實測資料與自動測量資料進行誤差分析。分析發(fā)現(xiàn)：10cm土壤含水量年平均絕對誤差0.12，20cm土壤含水量年平均絕對誤差3.59，40cm土壤含水量年平均絕對誤差0.29；10cm土壤含水量年平均相對誤差1.31%，20cm土壤含水量年平均相對誤差17.49%，40cm土壤含水量年平均相對誤差0.93%（見表1）。

表1　對比觀測資料誤差年平均統(tǒng)計

對比測資料進行10cm、20cm、40cm土壤含水量的絕對誤差統(tǒng)計，進行頻率計算。求得：P=50%、P=75%、P=100%含水量的絕對誤差，具體誤差頻率數(shù)值見表2。

表2　對比觀測資料誤差統(tǒng)計

從誤差統(tǒng)計結(jié)果可見：10cm土壤含水量（P=50%）平均誤差1.9；最大（P=100%）誤差0.1；20cm土壤含水量（P=50%）平均誤差 3.2；最大（P=100%）誤差0.0；40cm土壤含水量（P= 50%）平均誤差2.1；最大（P=100%）誤差0.0，即該系統(tǒng)觀測的10cm、40cm含水量接近人工觀測值，20cm含水量較差點。

5　產(chǎn)生誤差原因分析

從實測資料中可以看到觀測資料中誤差比較大的是20cm土壤含水量。從人工與自動監(jiān)測資料對比中發(fā)現(xiàn)，誤差較大的都是自動監(jiān)測數(shù)據(jù)偏小的問題。從自動監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)分析：①電信號測量的誤差，即由儀器的電磁波在介質(zhì)中傳播得到的介電常數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓/電流產(chǎn)生的誤差；②由電信號轉(zhuǎn)換為土壤含水量的誤差，即由儀器廠家野外采集土樣，在實驗室里率定出來的系數(shù)，該過程人為因素影響較大，地區(qū)差異大；③儀器本身的故障誤差，人工置數(shù)器在實際工作中比較常見，已被應(yīng)用多年技術(shù)較成熟。人工置數(shù)器容易產(chǎn)生斷電和死機的情況。如果不正常就存在通信問題，查看各設(shè)備的連線是否松動，設(shè)備采集時間是否達到要求。經(jīng)過實驗分析，自動墑情監(jiān)測設(shè)備應(yīng)定期保養(yǎng)、維護，發(fā)現(xiàn)有故障及時維修、更換，確保自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的正確性，收發(fā)正常。

6　結(jié)束語

人工烘干法雖然是公認的標(biāo)準(zhǔn)方法，也是使用最廣泛的監(jiān)測方法。烘干法雖能得到較精確觀測結(jié)果，但是比較費工耗時，信息的時效性較差。近些年來，隨著科技的進步，時代的發(fā)展，在部分地區(qū)建設(shè)土壤墑情自動監(jiān)測站，提高了土壤墑情監(jiān)測信息的實時性。土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器對土壤進行間接測定，可以使墑情資料連續(xù)性、時效性，減少人力資源，儀器安裝操作簡單，為了提高數(shù)據(jù)采集和存儲的一體化，降低成本，減少人力并可以同其它水文設(shè)備共同建設(shè)，實現(xiàn)水文自動化，為防汛抗旱做好工作。

［1］《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364-2006）.

［2］金光炎.水文統(tǒng)計原理與方法［M］.北京：中國工業(yè)出版社，1964.

［3］關(guān)于土壤墑情自動監(jiān)測精度的探討［J］.水文，2013，33（5）：7～9.

李 楊（1985-），女，安徽淮南人，助理工程師，主要從事水文測驗工作。

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2095-2066（2016）11-0019-02

2016-3-8