自动土壤水分观测仪在气象部门的建设与使用

吴勇

摘要 分析了自动土壤水分观测仪在广西地区的建设要求以及使用情况，以期为以后自动土壤水分观测仪的建设、使用以及维修提供参考依据。

关键词 自动土壤水分观测仪；建设；仪器布设

中图分类号 S152.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）05-0269-01

1 自动土壤水分观测仪简介

1.1 工作原理

自动土壤水分观测仪是通过频域反射法原理（FDR）对土壤体积含水量进行测量，该仪器通过传感器发出100 MHz的高频信号，被观测土壤与传感器电容量之间存在有函数关系。由于水的介电常数通常要比其他的介電常数要大，因此随着土壤中水分的变化，介电常数也会发生一定程度的变化。另外，水分变化还会对测量时传感器给出的电容值产生一定的影响，数据采集器采集这一变化量后，还要对其进行线性化与定量化处理，以获取土壤水分的观测值，并以相应的格式为依据在采集器中进行储存。

1.2 基本特点

就自动土壤水分观测仪而言，其特点主要表现为以下几个方面：①能够为各种类型的通讯提供支持，以满足有线、短信与通信等各种需求；②使用无线通信时，能够通过中心站对多个地区土壤水分含量状况进行实时监测；③为直流、交流与太阳能等供电方式提供一定的支持；④具备专业化的数据储存、分析及图形显示等多种功能；⑤可以安装多个传感器，并灵活地对其进行配置，以实现对各个层次土壤水分的观测；⑥能适应各种土壤类型，并且具备安装方便、可靠性高等特点。

2 自动土壤水分观测仪的建设

2.1 选址

自动土壤水分观测仪在选址时需要满足以下几点要求：①所选择的观测地段的土壤必须具备代表性，能够作为该地区主要土壤类型的代表；另外，尽可能地选择地势较为平坦以及能代表该地区土壤水分变化特征的地块，禁止选择在山丘地区沟底、斜坡等位置处。②保证其安装环境。观测仪的安装地段要尽可能远离河流、水库等大型水体，与道路、建筑物之间的距离要多于20 m。③就农作物的观测地段而言，其种植的总面积要高于0.1 hm2。④固定观测地段的面积要高于100 m2。仪器在自然下垫面位置处安装，必须有较厚的天然土壤为支撑，但是不能够采取填土的方式。在确定好观测地段之后，便不能随意对其进行调换，必须保证土壤水分观测资料的一致性与连续性[1-2]。

2.2 场地建设

自动土壤水分观测仪场地建设过程中需要注意以下几点：①将观测场建立在观测仪器摆放位置的周围，并将观测仪器置于观测场地的中间，以确保仪器与沟槽及供水渠道之间的直接距离高于10 m，以防止由于沟渠侧渗对土壤含水量的观测结果产生一定的影响。②应该在观测场地的周围设置一个高度在12 m之上的围栏。围栏的大小约3 m（东西向）×4 m（南北向），围栏的材质的反光性不宜太强烈。③在场地内安装线缆的情况下，要在远离传感器安装地点的位置修建电缆沟（管），使其能够起到防鼠和防水的作用，另外也便于日常的维修。④观测场地要有严格的防雷设施，防雷设施的建设要完全依照气象行业规定的防雷技术标准的要求。

2.3 自动土壤水分观测仪的仪器布设

自动土壤水分观测仪的仪器布设要求主要有3点，一是数据采集箱必须要安装在靠北的位置，南边应安放土壤水分传感器，土壤水分传感器埋设的位置和数据采集箱之间的距离要大于1 m。二是自动土壤水分观测仪与观测场边缘护栏之间的距离要大于1 m。三是传感器的安装的深度和层次要根据需要来设定。通常情况下，在农业气象观测中为0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、70～80、90～100 cm。可以根据不同的需要进行调整。在地下水位深度较小的地区，测定要持续到土壤达到饱和状态之后。在土层比较薄，测定的深度无法达到相关要求的地带，要测定到土壤母质层。

3 自动土壤水分观测仪的使用

3.1 传感器的安装

传感器分为探针式传感器和插管式传感器2种类型。其安装方式也存有差异。

3.1.1 探针式传感器的安装方式。探针式传感器是由接收器、微处理电路、高频发射器和探针共同组成。处理电路应安置在防水密封的环境中，感应探针的其中一段要连接防水室，另一端与土壤连接。依据电磁波的变化测定土壤中的水分含量[3-4]。

3.1.2 插管式传感器的安装方式。插管式传感器由电容式传感器、处理电路和护管组成，护管应垂直放入到土壤中，传感器要并联安装在护管中，与土壤保持距离，不能直接接触。依据探测器中电磁波的频率变化计算被测物含水量。

3.2 系统电源的使用

通常情况下，系统所使用的电源为交流220 V（-15%～ +10%），直流12 V。要配备蓄电池并对其充电，为停电时工作的正常运行做准备。另外，也可以利用风能或者太阳能给蓄电池充电，以保证蓄电池在停电的状况下能够维持传感器等传输模块在短时间内的工作。另外，在系统中要安装低电压告警装置，当电池的电压过低时，系统自动报警。

4 参考文献

[1] 黄文海，谢仁忠，黄汝红，等.DZN3型自动土壤水分观测仪及维护维修[J].气象研究与应用，2014.

[2] 李玉春，姜楠，徐淑华.DZN3自动土壤水分观测仪的误差分析[J].黑龙江气象，2015（2）：46-47.

[3] 梁海河，孟昭林，张春晖，等.综合气象观测运行监控系统[J].气象，2011（10）：110-118.

[4] 王良宇，张艳红，程路.自动土壤水分观测资料应用误差分析[J].气象科技，2014（5）：3-8.