墑情固定監(jiān)測站數(shù)據(jù)誤差分析

楊 威

(遼寧省水文水資源勘測局，沈陽110003)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，干旱造成的損失越來越嚴重，抗旱形勢日趨嚴峻。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的基本信息。加強土壤墑情監(jiān)測工作，提高土壤墑情信息的時效性，對社會提供及時、準確、可靠的土壤墑情信息，可以為抗旱減災和水資源配置等決策提供科學依據(jù)，滿足防旱抗旱、水資源管理和建設節(jié)水型社會的需要。

建設墑情固定監(jiān)測站主要是以固定的設備對某一地點的墑情信息進行自動采集和發(fā)送，具備自報與遠程召測功能，是保障墑情信息時效性的有效方法。

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

墑情固定監(jiān)測站經(jīng)過幾年來的運行，墑情數(shù)據(jù)傳輸時效性表現(xiàn)良好，但數(shù)據(jù)準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 站點位置代表性較差

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

1.2 站點圍欄設計不合理

墑情固定遙測站建站之初，設計站點圍欄經(jīng)驗不足，一些站點圍欄基礎建成了封閉的混凝土池子，隔絕了圍欄內(nèi)外的水體。當有較大降水時，站點圍欄外的降水可以自由流動，而圍欄內(nèi)降水只能累積不能天然排除，降水結(jié)束后很長一段時間，圍欄內(nèi)的土壤濕度將高于圍欄外，造成站點墑情遙測數(shù)據(jù)大于人工墑情數(shù)據(jù)［1］。

1.3 站點表面植被與大田不同

根據(jù)土壤墑情監(jiān)測規(guī)范，墑情固定遙測站傳感器第一層都是距離地表10cm，傳感器埋設較淺，因此站點傳感器埋設地點上一般不種植農(nóng)作物，站點運行期間站點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光下，土壤結(jié)構(gòu)因翻地也變的松散，此時大田土壤受蒸發(fā)影響水分流失較快，而站點土壤表面沒有任何擾動，水分流失較慢，造成站點墑情遙測數(shù)據(jù)大于人工數(shù)據(jù)。當大田作物生長到1 m以上高度時候，會出現(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，而站點土壤表面沒有作物產(chǎn)生遮陰作用，直接受到日照，土壤水分蒸發(fā)較快，造成站點墑情遙測數(shù)據(jù)小于人工數(shù)據(jù)。

1.4 站點移植土壤帶來偏差

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

若移植來的大田土壤屬于黏土，站點周邊土壤屬于沙壤土，站點傳感器所在位置就會形成一個黏土柱，天然降水滲入周邊土壤較快，滲入站點土壤較慢，天然降水就會從站點土壤向周邊土壤流動，造成站點土壤水分過低，甚至深層土壤沒有水分下滲，以至于墑情遙測數(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，移植土壤時如果不分層挖取、分層還原填埋，也對墑情遙測數(shù)據(jù)有較大影響。

1.5 站點環(huán)境改變

建設在水文站或委托觀測員家里的站點，其周邊環(huán)境難以保持建站初期狀態(tài)，隨著時間推移，周邊環(huán)境會有改變，主要表現(xiàn)在周邊建設房屋、院墻等對站點土壤表面有遮擋，院落人為墊高造成傳感器采集土壤深度改變，周邊鋪設水泥路面對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，對墑情遙測數(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，對土壤擾動較少，水平插入的傳感器需要開挖剖面才能安裝，對站點土壤擾動較大。如果水平插入的傳感器出現(xiàn)故障必須維護，尤其是最深一層的傳感器出現(xiàn)故障，需要挖出更換時，對傳感器附近土壤擾動較大，會改變土壤密實度，將在一定時期內(nèi)影響墑情遙測數(shù)據(jù)準確性，只有經(jīng)過一次較大降水后，站點土壤密實度才能恢復正常，墑情遙測數(shù)據(jù)才能準確。

1.7 站點的率定公式不準確

墑情遙測數(shù)據(jù)準確性取決于固定墑情遙測站傳感器率定公式是否準確。當前生產(chǎn)墑情遙測設備的廠家很多，設備樣式、結(jié)構(gòu)等千差萬別，現(xiàn)行的土壤墑情監(jiān)測規(guī)范對率定公式?jīng)]有明確要求，各廠家率定公式的方式也不統(tǒng)一，有的在實驗室進行率定，有的在野外進行率定。率定公式的測點數(shù)量、點群分布等沒有統(tǒng)一標準，造成站點率定公式存在較大偏差，影響站點遙測數(shù)據(jù)的準確性。

在實驗室完成率定公式的墑情遙測設備，在使用過程中必須與人工墑情數(shù)據(jù)進行對比分析，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確性。率定公式修正前，站點遙測數(shù)據(jù)與人工墑情數(shù)據(jù)相比存在誤差。

1.8 站點儀器設備穩(wěn)定性

墑情遙測設備生產(chǎn)廠家較多，既有國外產(chǎn)品也有國內(nèi)產(chǎn)品，設備制造工藝各不相同，一些墑情遙測設備傳感器運行過程中，會受到土壤酸堿性腐蝕影響，在我國北方地區(qū)冬季低溫環(huán)境中，傳感器會受到土壤凍脹影響等。墑情遙測設備的性能參數(shù)、率定公式等會隨著時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)，造成站點墑情遙測數(shù)據(jù)不準確。

1.9 人工墑情數(shù)據(jù)有偏差

評價固定墑情遙測站數(shù)據(jù)準確與否，需要與站點人工墑情數(shù)據(jù)進行對比分析。人工墑情數(shù)據(jù)在取樣、稱重、烘干、計算過程中，受人為因素影響較大，會使人工墑情數(shù)據(jù)本身精度不夠，將直接影響站點墑情遙測數(shù)據(jù)的評價結(jié)果。

2 提高站點遙測數(shù)據(jù)的準確性的方法

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

2)圍欄基礎應建成開放式，保證站點內(nèi)外水分自由流通。

3)由經(jīng)過培訓的專人負責采集人工墑情數(shù)據(jù)和率定公式工作，用人工墑情數(shù)據(jù)定期修正站點率定公式，努力提高人工墑情數(shù)據(jù)和率定公式的準確性。

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

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