墑情固定監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)誤差分析

楊 威

(遼寧省水文水資源勘測(cè)局，沈陽(yáng)110003)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，干旱造成的損失越來(lái)越嚴(yán)重，抗旱形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。土壤墑情是水循環(huán)規(guī)律研究、農(nóng)牧業(yè)灌溉、水資源合理利用以及抗旱救災(zāi)的基本信息。加強(qiáng)土壤墑情監(jiān)測(cè)工作，提高土壤墑情信息的時(shí)效性，對(duì)社會(huì)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的土壤墑情信息，可以為抗旱減災(zāi)和水資源配置等決策提供科學(xué)依據(jù)，滿(mǎn)足防旱抗旱、水資源管理和建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的需要。

建設(shè)墑情固定監(jiān)測(cè)站主要是以固定的設(shè)備對(duì)某一地點(diǎn)的墑情信息進(jìn)行自動(dòng)采集和發(fā)送，具備自報(bào)與遠(yuǎn)程召測(cè)功能，是保障墑情信息時(shí)效性的有效方法。

1 墑情固定監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差原因

墑情固定監(jiān)測(cè)站經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)行，墑情數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性表現(xiàn)良好，但數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與人工墑情相比普遍存在較大誤差，經(jīng)分析產(chǎn)生誤差原因如下:

1.1 站點(diǎn)位置代表性較差

墑情固定監(jiān)測(cè)站應(yīng)選擇在具有地區(qū)大田代表性的地塊，但在實(shí)際選址過(guò)程中，容易受其他因素影響，主要是管理和防盜，為便于管理維護(hù)及防盜，墑情固定監(jiān)測(cè)站未能全部安裝在大田中，部分站點(diǎn)建于水文站或委托觀測(cè)員家里，墑情傳感器所在位置土壤質(zhì)地會(huì)與當(dāng)?shù)卮筇锎嬖谝欢ǖ牟町悾军c(diǎn)土壤的田間持水率等參數(shù)與大田不一致，尤其是會(huì)受到周邊地塊灌溉影響，造成站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

1.2 站點(diǎn)圍欄設(shè)計(jì)不合理

墑情固定遙測(cè)站建站之初，設(shè)計(jì)站點(diǎn)圍欄經(jīng)驗(yàn)不足，一些站點(diǎn)圍欄基礎(chǔ)建成了封閉的混凝土池子，隔絕了圍欄內(nèi)外的水體。當(dāng)有較大降水時(shí)，站點(diǎn)圍欄外的降水可以自由流動(dòng)，而圍欄內(nèi)降水只能累積不能天然排除，降水結(jié)束后很長(zhǎng)一段時(shí)間，圍欄內(nèi)的土壤濕度將高于圍欄外，造成站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工墑情數(shù)據(jù)［1］。

1.3 站點(diǎn)表面植被與大田不同

根據(jù)土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范，墑情固定遙測(cè)站傳感器第一層都是距離地表10cm，傳感器埋設(shè)較淺，因此站點(diǎn)傳感器埋設(shè)地點(diǎn)上一般不種植農(nóng)作物，站點(diǎn)運(yùn)行期間站點(diǎn)表面土壤僅是雜草而已。大田作物種植前需要翻地除草，土壤表面直接暴露在陽(yáng)光下，土壤結(jié)構(gòu)因翻地也變的松散，此時(shí)大田土壤受蒸發(fā)影響水分流失較快，而站點(diǎn)土壤表面沒(méi)有任何擾動(dòng)，水分流失較慢，造成站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工數(shù)據(jù)。當(dāng)大田作物生長(zhǎng)到1 m以上高度時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)互相遮陰作用，大田土壤表面受日照較少，土壤水分蒸發(fā)較慢，而站點(diǎn)土壤表面沒(méi)有作物產(chǎn)生遮陰作用，直接受到日照，土壤水分蒸發(fā)較快，造成站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)小于人工數(shù)據(jù)。

1.4 站點(diǎn)移植土壤帶來(lái)偏差

很多墑情固定監(jiān)測(cè)站因不能建在大田中，而建在水文站或委托觀測(cè)員家里，為保證站點(diǎn)土壤結(jié)構(gòu)盡量與大田土壤一致，進(jìn)行了土壤移植，即將大田土壤移到站點(diǎn)，再埋設(shè)傳感器，這就造成了新的問(wèn)題。從大田移植的土壤土方量一般在1 m3左右，其土壤質(zhì)地與站點(diǎn)周邊土壤質(zhì)地不同，若移植來(lái)的大田土壤屬于沙壤土，站點(diǎn)周邊土壤屬于黏土，站點(diǎn)傳感器所在位置就會(huì)形成一個(gè)集水井，天然降水滲入周邊土壤較慢，滲入站點(diǎn)土壤較快，天然降水就會(huì)從周邊土壤向站點(diǎn)土壤流動(dòng)，造成站點(diǎn)土壤水分過(guò)高，墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工數(shù)據(jù)。

若移植來(lái)的大田土壤屬于黏土，站點(diǎn)周邊土壤屬于沙壤土，站點(diǎn)傳感器所在位置就會(huì)形成一個(gè)黏土柱，天然降水滲入周邊土壤較快，滲入站點(diǎn)土壤較慢，天然降水就會(huì)從站點(diǎn)土壤向周邊土壤流動(dòng)，造成站點(diǎn)土壤水分過(guò)低，甚至深層土壤沒(méi)有水分下滲，以至于墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)小于人工數(shù)據(jù)［1］。

在土壤深度不同、質(zhì)地不同的情況下，移植土壤時(shí)如果不分層挖取、分層還原填埋，也對(duì)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)有較大影響。

1.5 站點(diǎn)環(huán)境改變

建設(shè)在水文站或委托觀測(cè)員家里的站點(diǎn)，其周邊環(huán)境難以保持建站初期狀態(tài)，隨著時(shí)間推移，周邊環(huán)境會(huì)有改變，主要表現(xiàn)在周邊建設(shè)房屋、院墻等對(duì)站點(diǎn)土壤表面有遮擋，院落人為墊高造成傳感器采集土壤深度改變，周邊鋪設(shè)水泥路面對(duì)天然降水下滲和蒸發(fā)條件造成破壞。這些環(huán)境因素的改變，對(duì)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)影響較大，造成其與人工墑情數(shù)據(jù)相比存在誤差。

1.6 維護(hù)傳感器造成影響

墑情傳感器安裝方式一般分為垂直插入和水平插入兩種，垂直插入的傳感器直接鉆孔安裝，對(duì)土壤擾動(dòng)較少，水平插入的傳感器需要開(kāi)挖剖面才能安裝，對(duì)站點(diǎn)土壤擾動(dòng)較大。如果水平插入的傳感器出現(xiàn)故障必須維護(hù)，尤其是最深一層的傳感器出現(xiàn)故障，需要挖出更換時(shí)，對(duì)傳感器附近土壤擾動(dòng)較大，會(huì)改變土壤密實(shí)度，將在一定時(shí)期內(nèi)影響墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，只有經(jīng)過(guò)一次較大降水后，站點(diǎn)土壤密實(shí)度才能恢復(fù)正常，墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確。

1.7 站點(diǎn)的率定公式不準(zhǔn)確

墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性取決于固定墑情遙測(cè)站傳感器率定公式是否準(zhǔn)確。當(dāng)前生產(chǎn)墑情遙測(cè)設(shè)備的廠家很多，設(shè)備樣式、結(jié)構(gòu)等千差萬(wàn)別，現(xiàn)行的土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范對(duì)率定公式?jīng)]有明確要求，各廠家率定公式的方式也不統(tǒng)一，有的在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行率定，有的在野外進(jìn)行率定。率定公式的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、點(diǎn)群分布等沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成站點(diǎn)率定公式存在較大偏差，影響站點(diǎn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在實(shí)驗(yàn)室完成率定公式的墑情遙測(cè)設(shè)備，在使用過(guò)程中必須與人工墑情數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，用人工墑情數(shù)據(jù)修正原有率定公式才能提高率定公式的準(zhǔn)確性。率定公式修正前，站點(diǎn)遙測(cè)數(shù)據(jù)與人工墑情數(shù)據(jù)相比存在誤差。

1.8 站點(diǎn)儀器設(shè)備穩(wěn)定性

墑情遙測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家較多，既有國(guó)外產(chǎn)品也有國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，設(shè)備制造工藝各不相同，一些墑情遙測(cè)設(shè)備傳感器運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到土壤酸堿性腐蝕影響，在我國(guó)北方地區(qū)冬季低溫環(huán)境中，傳感器會(huì)受到土壤凍脹影響等。墑情遙測(cè)設(shè)備的性能參數(shù)、率定公式等會(huì)隨著時(shí)間和溫度的改變而改變，難以保持持續(xù)穩(wěn)定工作狀態(tài)，造成站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

1.9 人工墑情數(shù)據(jù)有偏差

評(píng)價(jià)固定墑情遙測(cè)站數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否，需要與站點(diǎn)人工墑情數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。人工墑情數(shù)據(jù)在取樣、稱(chēng)重、烘干、計(jì)算過(guò)程中，受人為因素影響較大，會(huì)使人工墑情數(shù)據(jù)本身精度不夠，將直接影響站點(diǎn)墑情遙測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 提高站點(diǎn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的方法

1)固定墑情監(jiān)測(cè)站要建在大田中，不宜建在水文站或委托觀測(cè)員家里，保證站點(diǎn)土壤質(zhì)地能代表大田。

2)圍欄基礎(chǔ)應(yīng)建成開(kāi)放式，保證站點(diǎn)內(nèi)外水分自由流通。

3)由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專(zhuān)人負(fù)責(zé)采集人工墑情數(shù)據(jù)和率定公式工作，用人工墑情數(shù)據(jù)定期修正站點(diǎn)率定公式，努力提高人工墑情數(shù)據(jù)和率定公式的準(zhǔn)確性。

4)加強(qiáng)站點(diǎn)管理，避免出現(xiàn)人為澆灌、建筑物遮擋等改變站點(diǎn)環(huán)境的情況發(fā)生，保持站點(diǎn)環(huán)境與大田一致。

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL364—2006 土壤墑情檢測(cè)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.