自動土壤水分觀測儀在氣象部門的建設與使用

吳勇

摘要 分析了自動土壤水分觀測儀在廣西地區的建設要求以及使用情況，以期為以后自動土壤水分觀測儀的建設、使用以及維修提供參考依據。

關鍵詞 自動土壤水分觀測儀；建設；儀器布設

中圖分類號 S152.7 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）05-0269-01

1 自動土壤水分觀測儀簡介

1.1 工作原理

自動土壤水分觀測儀是通過頻域反射法原理（FDR）對土壤體積含水量進行測量，該儀器通過傳感器發出100 MHz的高頻信號，被觀測土壤與傳感器電容量之間存在有函數關系。由于水的介電常數通常要比其他的介電常數要大，因此隨著土壤中水分的變化，介電常數也會發生一定程度的變化。另外，水分變化還會對測量時傳感器給出的電容值產生一定的影響，數據采集器采集這一變化量后，還要對其進行線性化與定量化處理，以獲取土壤水分的觀測值，并以相應的格式為依據在采集器中進行儲存。

1.2 基本特點

就自動土壤水分觀測儀而言，其特點主要表現為以下幾個方面：①能夠為各種類型的通訊提供支持，以滿足有線、短信與通信等各種需求；②使用無線通信時，能夠通過中心站對多個地區土壤水分含量狀況進行實時監測；③為直流、交流與太陽能等供電方式提供一定的支持；④具備專業化的數據儲存、分析及圖形顯示等多種功能；⑤可以安裝多個傳感器，并靈活地對其進行配置，以實現對各個層次土壤水分的觀測；⑥能適應各種土壤類型，并且具備安裝方便、可靠性高等特點。

2 自動土壤水分觀測儀的建設

2.1 選址

自動土壤水分觀測儀在選址時需要滿足以下幾點要求：①所選擇的觀測地段的土壤必須具備代表性，能夠作為該地區主要土壤類型的代表；另外，盡可能地選擇地勢較為平坦以及能代表該地區土壤水分變化特征的地塊，禁止選擇在山丘地區溝底、斜坡等位置處。②保證其安裝環境。觀測儀的安裝地段要盡可能遠離河流、水庫等大型水體，與道路、建筑物之間的距離要多于20 m。③就農作物的觀測地段而言，其種植的總面積要高于0.1 hm2。④固定觀測地段的面積要高于100 m2。儀器在自然下墊面位置處安裝，必須有較厚的天然土壤為支撐，但是不能夠采取填土的方式。在確定好觀測地段之后，便不能隨意對其進行調換，必須保證土壤水分觀測資料的一致性與連續性[1-2]。

2.2 場地建設

自動土壤水分觀測儀場地建設過程中需要注意以下幾點：①將觀測場建立在觀測儀器擺放位置的周圍，并將觀測儀器置于觀測場地的中間，以確保儀器與溝槽及供水渠道之間的直接距離高于10 m，以防止由于溝渠側滲對土壤含水量的觀測結果產生一定的影響。②應該在觀測場地的周圍設置一個高度在12 m之上的圍欄。圍欄的大小約3 m（東西向）×4 m（南北向），圍欄的材質的反光性不宜太強烈。③在場地內安裝線纜的情況下，要在遠離傳感器安裝地點的位置修建電纜溝（管），使其能夠起到防鼠和防水的作用，另外也便于日常的維修。④觀測場地要有嚴格的防雷設施，防雷設施的建設要完全依照氣象行業規定的防雷技術標準的要求。

2.3 自動土壤水分觀測儀的儀器布設

自動土壤水分觀測儀的儀器布設要求主要有3點，一是數據采集箱必須要安裝在靠北的位置，南邊應安放土壤水分傳感器，土壤水分傳感器埋設的位置和數據采集箱之間的距離要大于1 m。二是自動土壤水分觀測儀與觀測場邊緣護欄之間的距離要大于1 m。三是傳感器的安裝的深度和層次要根據需要來設定。通常情況下，在農業氣象觀測中為0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、70～80、90～100 cm。可以根據不同的需要進行調整。在地下水位深度較小的地區，測定要持續到土壤達到飽和狀態之后。在土層比較薄，測定的深度無法達到相關要求的地帶，要測定到土壤母質層。

3 自動土壤水分觀測儀的使用

3.1 傳感器的安裝

傳感器分為探針式傳感器和插管式傳感器2種類型。其安裝方式也存有差異。

3.1.1 探針式傳感器的安裝方式。探針式傳感器是由接收器、微處理電路、高頻發射器和探針共同組成。處理電路應安置在防水密封的環境中，感應探針的其中一段要連接防水室，另一端與土壤連接。依據電磁波的變化測定土壤中的水分含量[3-4]。

3.1.2 插管式傳感器的安裝方式。插管式傳感器由電容式傳感器、處理電路和護管組成，護管應垂直放入到土壤中，傳感器要并聯安裝在護管中，與土壤保持距離，不能直接接觸。依據探測器中電磁波的頻率變化計算被測物含水量。

3.2 系統電源的使用

通常情況下，系統所使用的電源為交流220 V（-15%～ +10%），直流12 V。要配備蓄電池并對其充電，為停電時工作的正常運行做準備。另外，也可以利用風能或者太陽能給蓄電池充電，以保證蓄電池在停電的狀況下能夠維持傳感器等傳輸模塊在短時間內的工作。另外，在系統中要安裝低電壓告警裝置，當電池的電壓過低時，系統自動報警。

4 參考文獻

[1] 黃文海，謝仁忠，黃汝紅，等.DZN3型自動土壤水分觀測儀及維護維修[J].氣象研究與應用，2014.

[2] 李玉春，姜楠，徐淑華.DZN3自動土壤水分觀測儀的誤差分析[J].黑龍江氣象，2015（2）：46-47.

[3] 梁海河，孟昭林，張春暉，等.綜合氣象觀測運行監控系統[J].氣象，2011（10）：110-118.

[4] 王良宇，張艷紅，程路.自動土壤水分觀測資料應用誤差分析[J].氣象科技，2014（5）：3-8.