河套灌區土壤墑情、旱情監測網站的布設與研發

1　項目的目的及意義

土壤墑情監測是水循環規律研究、農牧業灌溉、水資源合理利用、抗旱救災基本信息收集的基礎工作。土壤墑情、旱情監測對農作物播種、產量預測和節 水灌溉等都有重要的指導意義,是灌區生產決策不可缺少的依據。實踐證明,在作物增產灌溉和適時適量節水技術應用與研究中,都離不開田間墑情的監測和預報。 監測墑情并與當地作物的需水量相結合,是精確管理田間用水量最直接的方法。可實現科學地制定灌溉計劃和較準確地調控土壤水分的目的,使灌區作物得到適時、 適量的灌溉,提高灌水效率,既節水又增產。

通過建設土壤墑情與旱情監測網,分析所采集的大量基礎數據,可掌握全灌區土壤墑情變化規律,發布土壤墑情和旱情信息,為農業結構調整、組織防旱 抗旱行動、開展節水社會化服務提供科學依據。土壤墑情與旱情監測是一項長期的工作,通過多年的數據采集和相關信息積累,將簡單的信息轉化為重要的信息資 源,為建設灌區土壤墑情與旱情的預警系統奠定堅實基礎。同時對農業水資源的可持續利用也具有重要的意義。土壤墑情與旱情監測項目需要用到的儀器有：土壤墑情與旱情管理系統或者土壤墑情監測系統，能夠根據土壤墑情監測規范，來測定實時的土壤水分、同時也可以監測土壤水勢、溫度和電導率等參數。

2　項目研究的必要性

2. 1　灌區地域差異

河套灌區北依陰山,南臨黃河,是全國最大的一首制灌區,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。灌區面積大,導致灌區東西部自然氣象條件的差異(主要表現在年平均氣溫、降雨量、蒸發量、風速等氣象要素的差異) ;灌區地勢東南高,西北低,存在局部高地和低洼地,造成灌區內地下水埋深不同;灌區土壤母質為黃河沖積物,由于在成土過程中土壤母質的沉積環境不同,形成 沙、粘互層的土體構型,西部偏沙,東部偏粘,使灌區出現了“一步三換土”的土體特征;灌區內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,灌區內同一輪次的灌水時間相差較長,因此,河套灌區土壤墑情在時空分布較為復雜。在灌區內布設土壤墑情與旱情監測網是準確掌握灌區土壤墑情信息的 重要手段,也是為灌區長期積累基礎資料的必要舉措。“沒有引黃灌溉就沒有河套農業”,只有科學的制定灌溉計劃和較準確的調控田間土壤水份,根據各作物不同 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業得到可持續發展。

2. 2　引黃水量減水

到2010年自治區分配給河套灌區的引黃水量由目前的52億m3 左右減少到40億m3 ,在灌區發展節水灌溉、擴大井渠雙灌的面積,提高水的利用率是灌區農業實現可持續發展的必由之路,對灌區內土壤墑情、旱情進行監測可為制定全灌區的綜合節水模式提供決策依據。

2. 3　提高灌區管理水平

在灌區布設土壤墑情、旱情監測網站是現代化大水利信息化建設的重要內容之一,也是衡量灌區灌溉管理水平的重要指標。根據土壤墑情、旱情數據的分 析,可及時反應灌區氣溫、地溫、土壤含水率等農業要素的變化規律,定期發布灌區墑情公報,對各部門確定作物播種時間、預測引水時間、引水量等方面有重要的 指導價值,同時也必將產生良好的經濟效益和社會效益。

2. 4　評價灌區節水效果

對土壤墑情要素的分析,是科學評價灌區節水效果的前提。通過灌區土壤墑情、旱情長系列的監測,可積累大量的基礎數據,為灌區有關的生產、科研及管理等方面提供寶貴的基礎資料。

3　項目研究的可行性

(1)灌區內各級決策層領導對土壤墑情數據非常重視,對土壤墑情監測的重要性和必要性有了充分的認識,各灌域的試驗站、管理所、管理段遍布全灌區,為土壤墑情監測點的選擇及今后的日常管理提供了方便條件。

(2)河套灌區信息化建設的基礎設施已經構建成型,無線傳輸系統在灌區各級灌溉管理機構已形成網絡,為土壤墑情、旱情監測系統提供了良好的基礎條件。

(3)土壤墑情、旱情監測系統中采用的自動化設備(氣象站、TDR水分儀)技術已經成熟,并已在國內外普遍采用。

(4)自主開發的地下水自記水位計測量準確、數據傳輸方便、性能穩定,已在灌區應用。

(5)氣象要素與TDR水分儀的數據自動采集與傳輸是監測系統的技術關鍵,自主研發的類似的數據采集與傳輸技術已在供水工程中得到成功的應用,因此,通過自主研發完全可對自動氣象站與TDR水分儀采集的數據實現遠程傳輸,并且與國內、外同類定型產品相比有較大的經濟優勢。

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研工作,并完成灌區中部兩個監測點的布設。2009年完成灌區東部的兩個監測點及山旱牧區后旗的一個監測點(共3個監測點)的布設。2010年完成其余監測點的布設,土壤墑情監測點覆蓋整個灌區及山旱牧區。

5　項目的技術指標及監測內容

5. 1　技術指標

主要的技術指標有氣象條件、土壤的物理特性、土壤水分狀態、作物種類及生長發育狀況、地下水位等。

氣象觀測要素主要有降水量、氣溫、氣壓、濕度、風速、水面蒸發量、地溫、日照等。

土壤的物理特性由土壤的質地、土壤的結構、土壤的比重、土壤干容重、土壤孔隙度來表達。

土壤水分常數是土壤水分特性的重要指標,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,作物生長發育期,觀察作物的生長發育狀況。作物的水分狀態,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、地下水質等要素。

5. 2　主要監測內容

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

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

灌區中部的2個監測點監測深度為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據。各點墑情應連續取多次,求取同一層次多天平均值作為最終結果。③在河套灌區設一小型氣象站,采集每天降水、氣溫、蒸發、 日照時間、風速等氣象數據。④在各監測點設地下水位觀測井,檢測其地下水位變化。

(2)技術來源:根據個監測點的土壤含水量變化,來分析(氣溫、氣象、風速)種植結構,灌水情況等對作物的影響。

6　經濟效益和社會效益

通過研究,可以根據各種作物不同生育期適宜的土壤含水量制定科學的灌溉制度,指導當地農業生產,根據當地的氣象、地下水、來水情況等資料來農民調整種植結構,合理種植,合理灌溉,達到節水增效的目的。其經濟效益和社會效益是明顯的。

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