土壤墒情自动监测精度探讨

土壤墒情自动监测精度探讨

张在伟,卢向飞

湖北省十堰市水文水资源勘测局

摘要：我国属于水旱灾害十分严重的国家，在洪涝灾害十分严重时将会导致积水大量堆积在土层与路面上面，不能更好地渗透到土壤之中；2022年十堰地区是有记载以来1961年以后最严重的气象水文干旱年，7月7日出梅以后，十堰地区晴热高温少雨，中小河流水位较历史同期偏低，旱情迅速发展，抗旱形式复杂严峻，十堰地区从启动了多次水旱灾害防御抗旱四级、三级响应，干旱时期，土壤之中的水分就会迅速蒸发，致使土壤之中的水含量不断减少，这样的现象也被称为土壤墒情。土壤墒情不但能够呈现当地的旱情信息，而且还直接影响着土壤上面种植的农作物，实现土壤墒情的严格监测，便于更好地获取土壤墒情的精准信息与各种数据信息，实现农业结构的科学调整，提供相应的给水策略，推动农业水资源实现科学运用与推动农业经济的持续发展，所以提高土壤墒情自动监测精度迫在眉睫。

关键词：土壤墒情；自动监测；精度

前言：我国的地质条件属于易旱区域，而我国对于土壤墒情开展的监测工作时间较长，自动监测技术的应用是传统人工观测方式发展而来。人工观测工作的开展可获得更为精准度的观测结果，但所消耗的人力、物力、时间也是有目共睹，且具备更强的时效性；自动监测方式的运用有效增强土壤墒情的监测效率，为土壤墒情监测信息的时效性提供保障，可因为自动监测工具存有电信号测量误差的问题，将会直接影响土壤墒情的监测结果。为了提升自动监测的精度，土壤监测人员可利用自动监测仪和人工观测数据进行比较，通过数据信息的对比优化转换公式的参数，进而减少监测误差。

1影响土壤墒情自动监测精度的原因

1.1监测仪器的质量和性能的影响

在测量工作的开展中，各类仪器的运用可实现任意物理量的运用，测量仪器自身的准确性和测量性能直接影响作用监测结果。现如今，防汛抗旱部门针对土壤之中水含量的监测无法获得更为精准的测量数据，只有对其他数据开展测量工作便于实现土壤之中水含量的有效转换。当前阶段，时域反射仪和频域反射法在土壤墒情自动监测方面属于较为常见的仪器，这两类监测仪器都是运用发射电信号的方式采集到大量的电场内外介质信息，还可以将采集的介质电场值和原外加电场进行互相对比，从而获取土壤的介电常数。一般条件下，涉及到的介电常数更高，则表示土壤之中含有更高的水量，在充分运用转换公式将介电常数转换成土壤之中的水含量。当前十堰水文部门土壤墒情设备使用的是频域反射法，频域反射仪土壤之中水含量的测定通常是运用仪器振荡频率的优化改善获取土壤介电常数变化的各项数据信息，将传感器当做电容，土壤当做介质，使振荡器与土壤互相融合实现调谐电路，精准细算振荡频率和电容中的介电常数，而水分传感器的利用对各种土壤之中的水含量的归一化频率改变状况进行详细测量，获取土壤之中完整的水含量。自动监测仪的准确性与否离不开仪器设备的灵敏性和稳定性，在生产制造工作的实际开展中，许多厂家若想谋取更多的经济效益或是因为缺少先进的生产技术，致使生产的监测仪器无法满足监测标准。

1.2土样标准不同，转换公式存有误差

土壤含水量的监测仪不能取得土壤的具体含水量，而是利用转化公式实现测量数据的有效转换，如果转换的公式发生错误，将会直接影响监测结果。转换公式是由厂家提供，并为了获取正确及合理的转换公式，厂家需要在设备制备生产过程中，制备两组标准相同的土样，并通过人工烘干法的运用取得一组土壤制备的明确水含量，然后通过土壤检测仪的应用对另一组相同土样的含水量进行严格监测，从而取得土壤之中水含量与互相对应的仪器测量电信号数据，针对性建立土壤含水量转换公式。为了获得土样标准应该在监测站本地取土的制作或者在土壤质地的土样库中。由于监测站内部的土壤特征和土样库内部的土壤特征与野外环境条件下的土壤不同特点，势必要严格遵照厂家的土壤标准建立转换公式并在野外实践工作之中进行运用，发生各种误差问题。

2土壤墒情自动监测仪器的精度

任意一种仪器的应用都可以开展物理量的量测，而严格控制精度尤为重要，在满足精准度的条件下取得价值性更高的测量数据。土壤墒情的自动监测，应对监测精度进行高度重视，还要对监测精度的影响因素、优化创新模式等进行详细了解。因此，大众无法取得真实的土壤含水量，在实践过程中获取的都是测量值。一般条件下，人工烘干法属于较为精准的量测方法，在实践之中通常运用人工烘干法开展监测工作，并严格检验仪器的自动监测值。通过人工烘干法开展测量工作时，应明确了解土壤的含水量；运用频域反射法与时域反射法开展测量工作，对象就是土壤之中的水含量。

一般条件下，运用自动监测仪器监测值、人工烘干法测量值的误差进行仪器精度的衡量，水利部门根据《土壤墒情监测规范》中的规定应保证低于2%，气象局的标准规定应低于5%，从具体的应用来看，可知很多仪器都无法达到标准要求以上。土壤墒情自动监测的精度，是由监测仪器的质量与性能决定。频域反射法与时域反射法在土壤含水量监测仪智慧工地额应用，可直接对土壤中的介电常数进行直接量测，而转换公式的准确与否对于监测精度存在直接影响。厂家需要先制作出标准的土壤，然后将土壤制备成为已知的含水量，并针对土样开展土壤中水含量的测量，获取一些土壤之中水含量与仪器测量电信号的各种数据信息，取得转换公式。对于标准土样，很多厂家都要在监测站本地取土开展制作工作，还有很多厂家不断创建各类土壤质地的土样库，不论运用怎样的模式，标准土样的制作均与监测站的土壤特征存有明显不同，实验室环境背景下可取得转换公式，并在野外环境条件下表现出明显的差异性，厂家对标准土样的制作水平等不断成为决定转换公式精准性尤为重要的因素。

3提高土壤墒情自动监测仪器精度的对策

产品质量是电信号量测误差产生的主要因素，作为仪器的使用者。监测单位很难对产品质量进行改进。而电信号转换为土壤含水量的误差，监测单位是比较容易改进的，在进行仪器自动监测过程中，采取人工对比观测，利用对比监测的数据，对转换公式的参数进行修正，是可以降低误差的。

十堰地区水文部门此次升级改造和新建站点设备均为频域反射法，它在国内也是一种技术相当成熟的一种方法，其造价低，性价比高成为当前主流的一种方法，但是也有一定的弊端。频域反射法在土壤含水量的监测过程中，监测仪的应用就是直接测量土壤的介电常数，然后通过转换公式明确计算出土壤的体积含水量，所以转换公式的准确性也是影响监测精度的重要因素。厂家在标定转换公式过程中，其依据就是制作的标准土样，制备成为已知的含水量，并开展测量，获得一组仪器测量电信号和土壤含水量的对应数据，从而率定出转换公式。而标准土样的制备过程中，厂家的制备标准都各不相同，不论是哪种标准，均有可能和监测站土壤特性产生差异，所以，实验室条件下和野外环境下的转换公式存有明显差异，所以，厂家制作标准土样的水平也直接影响着测量的精度。在此背景下，监测单位可充分考虑人工比测针对转换公式开展校准操作，比较人工烘干法和仪器的自动监测值，并针对仪器监测值开展系统的校正。

结束语：

概而言之，对于我国土壤墒情监测的生产而言，便于相关监测单位对土壤墒情自动监测仪器定期开展人工观测。土壤墒情监测的涉及因素有很多，监测仪器的质量和性能的影响、土样标准不同，转换公式存有误差等。整体而言，我国对于自动土壤水分监测仪器产品的研发和应用尚不成熟，土壤墒情监测技术与管理有待增强，唯有不断增强土壤墒情的自动监测精度，才可提高土壤的利用率，增强防汛抗旱的数据支撑。

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