河套灌區(qū)土壤墑情、旱情監(jiān)測網(wǎng)站的布設(shè)與研發(fā)

1　項目的目的及意義

土壤墑情監(jiān)測是水循環(huán)規(guī)律研究、農(nóng)牧業(yè)灌溉、水資源合理利用、抗旱救災(zāi)基本信息收集的基礎(chǔ)工作。土壤墑情、旱情監(jiān)測對農(nóng)作物播種、產(chǎn)量預(yù)測和節(jié)水灌溉等都有重要的指導(dǎo)意義,是灌區(qū)生產(chǎn)決策不可缺少的依據(jù)。實踐證明,在作物增產(chǎn)灌溉和適時適量節(jié)水技術(shù)應(yīng)用與研究中,都離不開田間墑情的監(jiān)測和預(yù)報。監(jiān)測墑情并與當(dāng)?shù)刈魑锏男杷�量相結(jié)合,是精確管理田間用水量最直接的方法�？蓪崿F(xiàn)科學(xué)地制定灌溉計劃和較準(zhǔn)確地調(diào)控土壤水分的目的,使灌區(qū)作物得到適時、適量的灌溉,提高灌水效率,既節(jié)水又增產(chǎn)。

通過建設(shè)土壤墑情與旱情監(jiān)測網(wǎng),分析所采集的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),可掌握全灌區(qū)土壤墑情變化規(guī)律,發(fā)布土壤墑情和旱情信息,為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、組織防旱抗旱行動、開展節(jié)水社會化服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。土壤墑情與旱情監(jiān)測是一項長期的工作,通過多年的數(shù)據(jù)采集和相關(guān)信息積累,將簡單的信息轉(zhuǎn)化為重要的信息資源,為建設(shè)灌區(qū)土壤墑情與旱情的預(yù)警系統(tǒng)奠定堅實基礎(chǔ)。同時對農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)利用也具有重要的意義。土壤墑情與旱情監(jiān)測項目需要用到的儀器有：土壤墑情與旱情管理系統(tǒng)或者土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤墑情監(jiān)測規(guī)范，來測定實時的土壤水分、同時也可以監(jiān)測土壤水勢、溫度和電導(dǎo)率等參數(shù)。

2　項目研究的必要性

2. 1　灌區(qū)地域差異

河套灌區(qū)北依陰山,南臨黃河,是全國最大的一首制灌區(qū),目前的灌溉面積接近66. 7萬hm2 ,東西長約300 km,南北寬約60 km。灌區(qū)面積大,導(dǎo)致灌區(qū)東西部自然氣象條件的差異(主要表現(xiàn)在年平均氣溫、降雨量、蒸發(fā)量、風(fēng)速等氣象要素的差異) ;灌區(qū)地勢東南高,西北低,存在局部高地和低洼地,造成灌區(qū)內(nèi)地下水埋深不同;灌區(qū)土壤母質(zhì)為黃河沖積物,由于在成土過程中土壤母質(zhì)的沉積環(huán)境不同,形成沙、粘互層的土體構(gòu)型,西部偏沙,東部偏粘,使灌區(qū)出現(xiàn)了“一步三換土”的土體特征;灌區(qū)內(nèi)的總干渠以各大灌域分組進行輪灌,各灌域又以分干渠為輪灌組進行輪灌,灌區(qū)內(nèi)同一輪次的灌水時間相差較長,因此,河套灌區(qū)土壤墑情在時空分布較為復(fù)雜。在灌區(qū)內(nèi)布設(shè)土壤墑情與旱情監(jiān)測網(wǎng)是準(zhǔn)確掌握灌區(qū)土壤墑情信息的重要手段,也是為灌區(qū)長期積累基礎(chǔ)資料的必要舉措�！皼]有引黃灌溉就沒有河套農(nóng)業(yè)”,只有科學(xué)的制定灌溉計劃和較準(zhǔn)確的調(diào)控田間土壤水份,根據(jù)各作物不同生育期適宜含水量的要求,制定合理灌溉定額,才能在水資源緊缺的形勢下使河套農(nóng)業(yè)得到可持續(xù)發(fā)展。

2. 2　引黃水量減水

到2010年自治區(qū)分配給河套灌區(qū)的引黃水量由目前的52億m3 左右減少到40億m3 ,在灌區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉、擴大井渠雙灌的面積,提高水的利用率是灌區(qū)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,對灌區(qū)內(nèi)土壤墑情、旱情進行監(jiān)測可為制定全灌區(qū)的綜合節(jié)水模式提供決策依據(jù)。

2. 3　提高灌區(qū)管理水平

在灌區(qū)布設(shè)土壤墑情、旱情監(jiān)測網(wǎng)站是現(xiàn)代化大水利信息化建設(shè)的重要內(nèi)容之一,也是衡量灌區(qū)灌溉管理水平的重要指標(biāo)。根據(jù)土壤墑情、旱情數(shù)據(jù)的分析,可及時反應(yīng)灌區(qū)氣溫、地溫、土壤含水率等農(nóng)業(yè)要素的變化規(guī)律,定期發(fā)布灌區(qū)墑情公報,對各部門確定作物播種時間、預(yù)測引水時間、引水量等方面有重要的指導(dǎo)價值,同時也必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2. 4　評價灌區(qū)節(jié)水效果

對土壤墑情要素的分析,是科學(xué)評價灌區(qū)節(jié)水效果的前提。通過灌區(qū)土壤墑情、旱情長系列的監(jiān)測,可積累大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為灌區(qū)有關(guān)的生產(chǎn)、科研及管理等方面提供寶貴的基礎(chǔ)資料。

3　項目研究的可行性

(1)灌區(qū)內(nèi)各級決策層領(lǐng)導(dǎo)對土壤墑情數(shù)據(jù)非常重視,對土壤墑情監(jiān)測的重要性和必要性有了充分的認(rèn)識,各灌域的試驗站、管理所、管理段遍布全灌區(qū),為土壤墑情監(jiān)測點的選擇及今后的日常管理提供了方便條件。

(2)河套灌區(qū)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)構(gòu)建成型,無線傳輸系統(tǒng)在灌區(qū)各級灌溉管理機構(gòu)已形成網(wǎng)絡(luò),為土壤墑情、旱情監(jiān)測系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)條件。

(3)土壤墑情、旱情監(jiān)測系統(tǒng)中采用的自動化設(shè)備(氣象站、TDR水分儀)技術(shù)已經(jīng)成熟,并已在國內(nèi)外普遍采用。

(4)自主開發(fā)的地下水自記水位計測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸方便、性能穩(wěn)定,已在灌區(qū)應(yīng)用。

(5)氣象要素與TDR水分儀的數(shù)據(jù)自動采集與傳輸是監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵,自主研發(fā)的類似的數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)已在供水工程中得到成功的應(yīng)用,因此,通過自主研發(fā)完全可對自動氣象站與TDR水分儀采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸,并且與國內(nèi)、外同類定型產(chǎn)品相比有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢。

4　項目的具體安排

此項目擬3年完成, 2008年完成項目的前期調(diào)研工作,并完成灌區(qū)中部兩個監(jiān)測點的布設(shè)。2009年完成灌區(qū)東部的兩個監(jiān)測點及山旱牧區(qū)后旗的一個監(jiān)測點(共3個監(jiān)測點)的布設(shè)。2010年完成其余監(jiān)測點的布設(shè),土壤墑情監(jiān)測點覆蓋整個灌區(qū)及山旱牧區(qū)。

5　項目的技術(shù)指標(biāo)及監(jiān)測內(nèi)容

5. 1　技術(shù)指標(biāo)

主要的技術(shù)指標(biāo)有氣象條件、土壤的物理特性、土壤水分狀態(tài)、作物種類及生長發(fā)育狀況、地下水位等。

氣象觀測要素主要有降水量、氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、水面蒸發(fā)量、地溫、日照等。

土壤的物理特性由土壤的質(zhì)地、土壤的結(jié)構(gòu)、土壤的比重、土壤干容重、土壤孔隙度來表達(dá)。

土壤水分常數(shù)是土壤水分特性的重要指標(biāo),主要有飽和含水量、田間持水量、凋萎含水量及作物不同生長期適宜的含水量。

觀測土壤含水量的同時記錄作物的播種日期,作物生長發(fā)育期,觀察作物的生長發(fā)育狀況。作物的水分狀態(tài),以澇、漬、正常、缺水、受旱等分級來表示。

淺層地下水水位的變化及地下水埋深是影響土壤墑情變化的重要要素之一。地下水觀測要素為地下水位、地下水埋深、地下水溫度、地下水質(zhì)等要素。

5. 2　主要監(jiān)測內(nèi)容

(1)需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是自動化與遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)。①墑情監(jiān)測系統(tǒng)建立:在河套灌區(qū)分西部、中部、東部來布設(shè),每個地區(qū)設(shè)2個監(jiān)測點,一輪灌和二輪灌區(qū)各設(shè)1個點,共設(shè)6個監(jiān)測點。在山旱牧區(qū)的烏拉特中旗和烏拉特后旗放各設(shè)1 個點,共2 個點。各點安裝墑情監(jiān)測儀。②土壤墑情監(jiān)測: (根據(jù)不同植物不同時段來進行分析) 。

山旱牧區(qū)的2個監(jiān)測點和灌區(qū)的東、西部的4個監(jiān)測點(共6個點)監(jiān)測深度為50 cm,采用三點法測試,分3層,分別為0～10、10～30、30～50。

灌區(qū)中部的2個監(jiān)測點監(jiān)測深度為110 cm,采用6點法測試,可分0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm、70～90 cm、90～110 cm。定點定時采用土壤墑情數(shù)據(jù)。各點墑情應(yīng)連續(xù)取多次,求取同一層次多天平均值作為最終結(jié)果。③在河套灌區(qū)設(shè)一小型氣象站,采集每天降水、氣溫、蒸發(fā)、日照時間、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)。④在各監(jiān)測點設(shè)地下水位觀測井,檢測其地下水位變化。

(2)技術(shù)來源:根據(jù)個監(jiān)測點的土壤含水量變化,來分析(氣溫、氣象、風(fēng)速)種植結(jié)構(gòu),灌水情況等對作物的影響。

6　經(jīng)濟效益和社會效益

通過研究,可以根據(jù)各種作物不同生育期適宜的土壤含水量制定科學(xué)的灌溉制度,指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn),根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀蟆⒌叵滤�、來水情況等資料來農(nóng)民調(diào)整種植結(jié)構(gòu),合理種植,合理灌溉,達(dá)到節(jié)水增效的目的。其經(jīng)濟效益和社會效益是明顯的。