土壤墒情人工监测与自动监测的对比分析

李　杨（安徽省滁州水文水资源局，安徽　滁州　239000）



土壤墒情人工监测与自动监测的对比分析

李杨（安徽省滁州水文水资源局，安徽滁州239000）

土壤含水率是抗旱决策的重要依据，由于人才，财力，物力有限，很难做到每个墒情站点都采用人工监测的方式。部分站点需采用自动采集与无线传输实现实时监测土壤墒情，改变传统的测量方法，实现土壤墒情监测的自动化。通过实测资料对比分析，说明该装置不论在测量精度上，还是遥测传输上，都有令人满意的结果。

土壤墒情；含水率；烘干法；自动墒情监测系统

1　前言

土壤墒情，指土壤含水率。一般用土壤含水量与土壤重量相比，用百分比来表示。土壤墒情是反映土壤干旱程度的主要指标之一。土壤墒情监测系统能够全面、科学、真实的反映监测区的土壤含水量的变化，可及时准确的提供各监测点的墒情状况，为减灾抗旱提供了基础信息。土壤墒情监测可以提高农牧业抗旱管理水平，快速掌握土地旱情动态，避免或减少旱灾造成的损失，逐步建立起广泛覆盖的土壤墒情监测系统已经成为相应管理部门的重要任务之一。

2　人工监测的方法及原理

土壤含水量垂直测点分布应根据监测目的、地质条件、土层的厚度而确定。安徽省滁州市土壤墒情监测站点统一采用三点（地表表层下10cm、20cm、40cm），采取旬测的方式监测。监测点人工取样采用环刀对地表表层下10cm、20cm、40cm三个土层进行垂直取样，每个土层取3个土样，以烘干称重法计算其含水量。

烘干法是土样从现场采取后放入铝盒中，对其进行编号，天平称重（感量0.01g）记录数据。烘箱或微波炉进行烘干，烘箱温度设制在105℃±2℃，持续恒温8h，烘干结束，冷却后天平称重记录数据。土壤含水量可采用以下公式计算：

式中：ω——土壤重量含水量；

ω1——湿土+盒重；

ω2——干土+盒重；

ω0——铝盒的重量。

人工采集样本烘干法是属于直接测量土壤含水量，是公认的标准方法，也是使用最广泛的监测方法。

3　自动墒情监测的方法及原理

实验区采用的是YY-RTU-2000型遥测终端机，配制YY-C0906人工置数器。其特点是体积小，操作简单。

根据监测要求，可采用1路土壤水份传感器实现单点墒情检测；也可采用多路土壤水份传感器，并将传感器分布在不同的深度，实现监测点的剖面墒情监测。因自动墒情监测点分散分布，不易布线的特点，建议选用太阳能用作供电自动监测设备。自动采集到的实时数据利用GPRS无线网络进行远程无线传输，监测中心自动接收，并存储到土壤墒情数据库中。其监测方法符合土壤墒情的规范SL364-2006（见图1）。

图1　

4　实测资料误差分析

4.1比测资料的回归分析

土壤墒情自动监测装置于2013年花山墒情站点进行安装试用，并与人工监测比较对照，绘制比测资料的点据，根据对比分析图的分布情况（如图2），采用直线相关的回归方程进行分析。10cm、20cm、40cm土壤的相关系数 r依次为0.8306、0.7612、0.7415，从理论上讲，样本相关系数r的绝对值越大，剩余平方和就越小，回归线与点据配合得越密切，相关关系也就越好。每层土样的r值表明其比测的资料相关关系是较密切的、较显著的。

4.2误差结果统计

根据人工实测资料与自动测量资料进行误差分析。分析发现：10cm土壤含水量年平均绝对误差0.12，20cm土壤含水量年平均绝对误差3.59，40cm土壤含水量年平均绝对误差0.29；10cm土壤含水量年平均相对误差1.31%，20cm土壤含水量年平均相对误差17.49%，40cm土壤含水量年平均相对误差0.93%（见表1）。

表1　对比观测资料误差年平均统计

对比测资料进行10cm、20cm、40cm土壤含水量的绝对误差统计，进行频率计算。求得：P=50%、P=75%、P=100%含水量的绝对误差，具体误差频率数值见表2。

表2　对比观测资料误差统计

从误差统计结果可见：10cm土壤含水量（P=50%）平均误差1.9；最大（P=100%）误差0.1；20cm土壤含水量（P=50%）平均误差 3.2；最大（P=100%）误差0.0；40cm土壤含水量（P= 50%）平均误差2.1；最大（P=100%）误差0.0，即该系统观测的10cm、40cm含水量接近人工观测值，20cm含水量较差点。

5　产生误差原因分析

从实测资料中可以看到观测资料中误差比较大的是20cm土壤含水量。从人工与自动监测资料对比中发现，误差较大的都是自动监测数据偏小的问题。从自动监测装置的结构分析：①电信号测量的误差，即由仪器的电磁波在介质中传播得到的介电常数转化为电压/电流产生的误差；②由电信号转换为土壤含水量的误差，即由仪器厂家野外采集土样，在实验室里率定出来的系数，该过程人为因素影响较大，地区差异大；③仪器本身的故障误差，人工置数器在实际工作中比较常见，已被应用多年技术较成熟。人工置数器容易产生断电和死机的情况。如果不正常就存在通信问题，查看各设备的连线是否松动，设备采集时间是否达到要求。经过实验分析，自动墒情监测设备应定期保养、维护，发现有故障及时维修、更换，确保自动监测数据采集的正确性，收发正常。

6　结束语

人工烘干法虽然是公认的标准方法，也是使用最广泛的监测方法。烘干法虽能得到较精确观测结果，但是比较费工耗时，信息的时效性较差。近些年来，随着科技的进步，时代的发展，在部分地区建设土壤墒情自动监测站，提高了土壤墒情监测信息的实时性。土壤墒情自动监测系统通过传感器对土壤进行间接测定，可以使墒情资料连续性、时效性，减少人力资源，仪器安装操作简单，为了提高数据采集和存储的一体化，降低成本，减少人力并可以同其它水文设备共同建设，实现水文自动化，为防汛抗旱做好工作。

［1］《土壤墒情监测规范》（SL364-2006）.

［2］金光炎.水文统计原理与方法［M］.北京：中国工业出版社，1964.

［3］关于土壤墒情自动监测精度的探讨［J］.水文，2013，33（5）：7～9.

李 杨（1985-），女，安徽淮南人，助理工程师，主要从事水文测验工作。

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2095-2066（2016）11-0019-02

2016-3-8