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

1　項(xiàng)目的目的及意義

土壤墑情監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)農(nóng)作物播種、產(chǎn)量預(yù)測(cè)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(shí)踐證明,在作物增產(chǎn)灌溉和適時(shí)適量節(jié)水技術(shù)應(yīng)用與研究中,都離不開(kāi)田間墑情的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。監(jiān)測(cè)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。可實(shí)現(xiàn)科學(xué)地制定灌溉計(jì)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(shí)、適量的灌溉,提高灌水效率,既節(jié)水又增產(chǎn)。

通過(guò)建設(shè)土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)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(dòng)、開(kāi)展節(jié)水社會(huì)化服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,通過(guò)多年的數(shù)據(jù)采集和相關(guān)信息積累,將簡(jiǎn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)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(cè)項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范，來(lái)測(cè)定實(shí)時(shí)的土壤水分、同時(shí)也可以監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)、溫度和電導(dǎo)率等參數(shù)。

2　項(xiàng)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(guó)最大的一首制灌區(qū),目前的灌溉面積接近66. 7萬(wàn)hm2 ,東西長(zhǎng)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(shì)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(guò)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(jìn)行輪灌,各灌域又以分干渠為輪灌組進(jìn)行輪灌,灌區(qū)內(nèi)同一輪次的灌水時(shí)間相差較長(zhǎng),因此,河套灌區(qū)土壤墑情在時(shí)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(cè)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(zhǎng)期積累基礎(chǔ)資料的必要舉措�！皼](méi)有引黃灌溉就沒(méi)有河套農(nóng)業(yè)”,只有科學(xué)的制定灌溉計(jì)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(shì)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(kuò)大井渠雙灌的面積,提高水的利用率是灌區(qū)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,對(duì)灌區(qū)內(nèi)土壤墑情、旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)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(bào),對(duì)各部門確定作物播種時(shí)間、預(yù)測(cè)引水時(shí)間、引水量等方面有重要的指導(dǎo)價(jià)值,同時(shí)也必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2. 4　評(píng)價(jià)灌區(qū)節(jié)水效果

對(duì)土壤墑情要素的分析,是科學(xué)評(píng)價(jià)灌區(qū)節(jié)水效果的前提。通過(guò)灌區(qū)土壤墑情、旱情長(zhǎng)系列的監(jiān)測(cè),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(xiàng)目研究的可行性

(1)灌區(qū)內(nèi)各級(jí)決策層領(lǐng)導(dǎo)對(duì)土壤墑情數(shù)據(jù)非常重視,對(duì)土壤墑情監(jiān)測(cè)的重要性和必要性有了充分的認(rèn)識(shí),各灌域的試驗(yàn)站、管理所、管理段遍布全灌區(qū),為土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(wú)線傳輸系統(tǒng)在灌區(qū)各級(jí)灌溉管理機(jī)構(gòu)已形成網(wǎng)絡(luò),為土壤墑情、旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)條件。

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

(4)自主開(kāi)發(fā)的地下水自記水位計(jì)測(cè)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(dòng)采集與傳輸是監(jiān)測(cè)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(guò)自主研發(fā)完全可對(duì)自動(dòng)氣象站與TDR水分儀采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸,并且與國(guó)內(nèi)、外同類定型產(chǎn)品相比有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4　項(xiàng)目的具體安排

此項(xiàng)目擬3年完成, 2008年完成項(xiàng)目的前期調(diào)研工作,并完成灌區(qū)中部?jī)蓚�(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。2009年完成灌區(qū)東部的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及山旱牧區(qū)后旗的一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(共3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))的布設(shè)。2010年完成其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè),土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋整個(gè)灌區(qū)及山旱牧區(qū)。

5　項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)及監(jiān)測(cè)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(zhǎng)發(fā)育狀況、地下水位等。

氣象觀測(cè)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(lái)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(zhǎng)期適宜的含水量。

觀測(cè)土壤含水量的同時(shí)記錄作物的播種日期,作物生長(zhǎng)發(fā)育期,觀察作物的生長(zhǎng)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(jí)來(lái)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(cè)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(cè)內(nèi)容

(1)需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是自動(dòng)化與遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)。①墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立:在河套灌區(qū)分西部、中部、東部來(lái)布設(shè),每個(gè)地區(qū)設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),一輪灌和二輪灌區(qū)各設(shè)1個(gè)點(diǎn),共設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在山旱牧區(qū)的烏拉特中旗和烏拉特后旗放各設(shè)1 個(gè)點(diǎn),共2 個(gè)點(diǎn)。各點(diǎn)安裝墑情監(jiān)測(cè)儀。②土壤墑情監(jiān)測(cè): (根據(jù)不同植物不同時(shí)段來(lái)進(jìn)行分析) 。

山旱牧區(qū)的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和灌區(qū)的東、西部的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(共6個(gè)點(diǎn))監(jiān)測(cè)深度為50 cm,采用三點(diǎn)法測(cè)試,分3層,分別為0～10、10～30、30～50。

灌區(qū)中部的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)深度為110 cm,采用6點(diǎn)法測(cè)試,可分0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm、70～90 cm、90～110 cm。定點(diǎn)定時(shí)采用土壤墑情數(shù)據(jù)。各點(diǎn)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(shí)間、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)。④在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)地下水位觀測(cè)井,檢測(cè)其地下水位變化。

(2)技術(shù)來(lái)源:根據(jù)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤含水量變化,來(lái)分析(氣溫、氣象、風(fēng)速)種植結(jié)構(gòu),灌水情況等對(duì)作物的影響。

6　經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

通過(guò)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�、�?lái)水情況等資料來(lái)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(jì)效益和社會(huì)效益是明顯的。