安徽淮北地区墒情监测预报和抗旱决策信息系统研究

       淮北地区耕地面积占全省的一半，是我省重要的农业生产基地。由于特殊的自然、地理和水利技术条件所限，旱涝渍灾害频繁。尤其是近些年来，干旱和缺水问题越来越突出，已经成为制约本区工农业生产持续发展的主要因素之一。在“八•五”、“九•五”期间，省委省政府加大了农田水利基本建设的资金投入，本地区农业生产和灌排条件得到了较大程度的改善。然而，一方面广大农民一直存在“靠天等雨”和“旱死怕涝”的思想，另一方面基层单位和上级决策部门缺乏应有的实时墒情信息，往往等旱情发展到一定程度才组织抗旱灌“救命水”，贻误了适时灌溉的良机；也有的是灌后遇雨加重了涝渍灾害，不仅增加了灌溉投入，而且导致农作物不同程度地减产，达不到应有的投入和资源效应。因此，开展实时墒情预报，预测未来旱情发展变化，抓住合理的灌溉时机，对于指导淮北地区农业抗旱减灾和进行适时适量灌溉具有重要的作用。同时，对提高我省农田排灌和防汛抗

旱的科学化水平，逐步实现田间水管理的集约化和自动化均有重要意义。

       淮北地区含6个市27个县（区），通过防汛抗旱专用网互联，设立一个信息中心，对实时信息进行加工处理，形成简明的图表信息，供各级防汛抗旱部门随时调用或查询。同时，通过网络系统和地理信息系统GIS的结合，对农田墒情、雨情、旱情、灌溉、用水以及农业生产等综合信息实行一体化系统管理，从而为抗旱除涝决策提供科学依据。

        一、土壤墒情监测方法和预报模型

      （一）监测方法

       目前在淮北地区适用的监测方法主要有烘干法和电测法。烘干法主要用于墒情固定站，其主要特点是简单易行，投资不高，且有足够的精度，是检验其他方法测试结果的基础。电测法主要用于墒情巡测站，目前国内外使用较多的电测仪器有9109-2型电子土壤湿度速测仪、美国产DAVIS型和澳大利亚产MP型探针式速测仪、加拿大产MP917时域反射仪TDR，其中TDR测试精度居高。

     （二）预报模型

       墒情预报模型主要采用经验相关预报模型和非饱和带土壤水量平衡模型,其研究目的层为失墒敏感层(0～0.2m)和根系发育层(0～0.5m),主要参数指标为土壤含水率、墒情指数和土壤水分消退系数。通过对淮北地区20个灌溉试验站和五道沟试验站30余年试验资料分析概化，基于降雨产流预报理论和包气带水运移规律。

       （三）干旱指标、灌水时间和灌水定额确定

        ①干旱指标 此根据墒情指数值来确定不同的干旱指标。

        ②灌水时间 首先来确定一次旱情的开始和结束时间，一般定义为把轻旱开始时间即对砂姜黑土而言，墒情指数θa消退至35mm时定为旱情开始时间，把直至迎来丰富降水过程或透墒水前的最后一个晴天作为一次旱情的结束日期。因此，把轻旱开始时间，即墒情指数消退到35mm时的日期定为适时适量灌水时间。

       二、信息系统结构及功能

       （一）信息传输结构

        信息传输途径，县以上各级防办和信息处理中心采用防汛抗旱专有网，县防办和测报站采用电话或传真。

       （二）信息系统结构设计

        通过对本系统的目标分析，整个系统由6个子系统组成，提供淮北地区各县（市）各测报站的气象、水文、作物、土壤、水源、用水等基础资料的输入功能。系统对资料归纳、汇总、处理后，对灌溉作物需水量和有关参数进行分析计算，对未来土壤墒情和旱情趋势作出预报。通过对土壤水分消退过程的监视，并结合作物生育期需水，拟定出作物灌溉计划

。并根据各站实测土壤含水量对土壤墒情预报值进行修正和对土壤水分进行动态模型预报，并修改和补充灌溉计划，结合灌区水源状况和工程能力，实现灌溉和抗旱决策的及时性和准确性。功能模块主要有：①主控模块，是系统的主界面，起着管理、协调各功能模块的作用。模块的主菜单包括文件、编辑、数据分析、图形、打印、帮助等。②基础资料管理模块，本模块提供系统运行所需要的各种气象、水文、土壤、作物、灌区概况、农业生产、水源状况、工程情况、用水量等方面基本数据的输入、修改、查询及表格打印等功能。③作物需水分析管理模块；④土壤水分分析管理模块；⑤干旱指标分析管理模块；⑥灌溉用水管理模块；⑦地下水位动态分析模块；⑧图形显示模块和打印模块。其系统结构如图2所示。

      （三）信息系统功能

       本信息系统提供如下一些实时信息：（1）不同代表点不同农作物土壤墒情现时资料和未来5～10天内欲知日期的墒情以及灌溉预报资料；（2）适时适量灌溉和抗旱灌溉的日期和灌水定额；（3）灌区用水及管理情况；（4）实际播种面

积，因干旱少种面积，受旱总面积，包括成灾面积，分轻旱（小旱）、重旱（大旱）和极旱（特大旱）面积和绝收面积；（5）水稻田受旱面积、旱地缺墒面积、抗旱浇灌面积；（6）抗旱工程形式及投入的人、财、物；（7）不同受旱程度条件下的各种农作物产量；（8）严重旱情的综合评价，即旱情持续时间、严重程度以及其面上的分布规律；（9）严重干旱条件下，各种农作物不同灌溉水平的抗旱减灾效益；（10）各站点前期降水量和墒情实测值分布图；（11）未来5～10天土壤墒情分布图；（12）旱情趋势分布图；（13）浇灌面积分布图；（14）受旱面积分布图； （15）水资源状况分布图；（16）工程措施与非工程措施相结合，在抗旱减灾中的作用分析；（17）各县（市）防办、政府部门可以通过网络随时进行信息查询，以提取所需要的信息。

       三、应用效果

       该项技术已经在蚌埠市和淮北市广泛推广应用，取得较显著的节水增产效益和抗旱减灾效益。在类似地区以及干旱、半干旱地区具有广阔的应用前景。据统计测算，实施本项目：①一般年份（P=50%）年每公顷节约水资源375～525m3，年每公顷净增产效益375～450元，全淮北地区每年节约灌溉水量7.0亿m3左右,净增产效益约6.5亿元;②五年一遇干旱年(P=80%),年每公顷节水525～675m3,年每公顷减灾约为525～600元,整个淮北地区年节水9.0亿m3左右,减灾效益约8.5亿元。

        四、信息系统的运行管理

        ①系统建设期间，采取分级建设，分级管理的形式，县级以上防办和省水科院网络系统的建设和运行，由省防汛抗旱办公室统一领导和管理；县级以下墒情测报站的建设，由省厅农水处牵头，水科院负责技术指导，县水利局具体实施，其人员配置和运行管理由县水利局和县防办负责。②系统建成以后，将作为一个长期运行系统，市防办和省水科院网络系统的正常运行和信息传输处理，仍由省防汛抗旱办公室统一领导和管理；县防办信息正常传输由市防办管理；市防办或市水利局负责安排匹配资金，主要用于网络系统建设的硬件、办公等设施配置和用于巡测的TDR时域反射仪购置；县级以下墒情测报固定站及巡测站的运行管理，由县水利局和县防办负责，并给予适当的经费补助。