淮北地區(qū)耕地面積占全省的一半，是我省重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。由于特殊的自然、地理和水利技術(shù)條件所限，旱澇漬災(zāi)害頻繁。尤其是近些年來，干旱和缺水問題越來越突出，已經(jīng)成為制約本區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。在“八·五”、“九·五”期間，省委省政府加大了農(nóng)田水利基本建設(shè)的資金投入，本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和灌排條件得到了較大程度的改善。然而，一方面廣大農(nóng)民一直存在“靠天等雨”和“旱死怕澇”的思想，另一方面基層單位和上級決策部門缺乏應(yīng)有的實時墑情信息，往往等旱情發(fā)展到一定程度才組織抗旱灌“救命水

    式中：θa,t、θa,t+1 分別為第t日和第t+1日墑情指數(shù)(mm)；Pt 第t日的降水量(mm)；qt 第t日的灌溉水量(mm)；θ0.2預(yù)、θ0.5預(yù) 分別為失墑敏感層和根系發(fā)育層平均土壤重量比含水率(%)；Δθ 同期θ0.5和θ0.2差值，視天氣和作物生育期,一般取2%～5%；Kt 為第t日土壤水分日消退系數(shù)。

（三）干旱指標(biāo)、灌水時間和灌水定額確定

①干旱指標(biāo) 此根據(jù)墑情指數(shù)值來確定不同的干旱指標(biāo)，此以砂姜黑土為例，詳見表1。



    ②灌水時間 首先來確定一次旱情的開始和結(jié)束時間，一般定義為把輕旱開始時間即對砂姜黑土而言，墑情指數(shù)θa消退至35mm時定為旱情開始時間，把直至迎來豐富降水過程或透墑水前的最后一個晴天作為一次旱情的結(jié)束日期。因此，把輕旱開始時間，即墑情指數(shù)消退到35mm時的日期定為適時適量灌水時間。



    式中：qt為第t日的灌溉水量(m3/hm2)；r為土壤容重(t/m3)；H為計劃濕潤層深度（m）；θ上為適宜作物生長的土壤含水率上限(%)；θ0.5預(yù)為0～0.5m土層平均土壤含水率(%)。

二、信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

（一）信息傳輸結(jié)構(gòu)

    信息傳輸途徑，縣以上各級防辦和信息處理中心采用防汛抗旱專有網(wǎng)，縣防辦和測報站采用電話或傳真。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。



（二）信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

    通過對本系統(tǒng)的目標(biāo)分析，整個系統(tǒng)由6個子系統(tǒng)組成，提供淮北地區(qū)各縣（市）各測報站的氣象、水文、作物、土壤、水源、用水等基礎(chǔ)資料的輸入功能。系統(tǒng)對資料歸納、匯總、處理后，對灌溉作物需水量和有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析計算，對未來土壤墑情和旱情趨勢作出預(yù)報。通過對土壤水分消退過程的監(jiān)視，并結(jié)合作物生育期需水，擬定出作物灌溉計劃。并根據(jù)各站實測土壤含水量對土壤墑情預(yù)報值進(jìn)行修正和對土壤水分進(jìn)行動態(tài)模型預(yù)報，并修改和補充灌溉計劃，結(jié)合灌區(qū)水源狀況和工程能力，實現(xiàn)灌溉和抗旱決策的及時性和準(zhǔn)確性。功能模塊主要有：①主控模塊，是系統(tǒng)的主界面，起著管理、協(xié)調(diào)各功能模塊的作用。模塊的主菜單包括文件、編輯、數(shù)據(jù)分析、圖形、打印、幫助等。②基礎(chǔ)資料管理模塊，本模塊提供系統(tǒng)運行所需要的各種氣象、水文、土壤、作物、灌區(qū)概況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水源狀況、工程情況、用水量等方面基本數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢及表格打印等功能。③作物需水分析管理模塊；④土壤水分分析管理模塊；⑤干旱指標(biāo)分析管理模塊；⑥灌溉用水管理模塊；⑦地下水位動態(tài)分析模塊；⑧圖形顯示模塊和打印模塊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（三）信息系統(tǒng)功能

    本信息系統(tǒng)提供如下一些實時信息：（1）不同代表點不同農(nóng)作物土壤墑情現(xiàn)時資料和未來5～10天內(nèi)欲知日期的墑情以及灌溉預(yù)報資料；（2）適時適量灌溉和抗旱灌溉的日期和灌水定額；（3）灌區(qū)用水及管理情況；（4）實際播種面積，因干旱少種面積，受旱總面積，包括成災(zāi)面積，分輕旱（小旱）、重旱（大旱）和極旱（特大旱）面積和絕收面積；（5）水稻田受旱面積、旱地缺墑面積、抗旱澆灌面積；（6）抗旱工程形式及投入的人、財、物；（7）不同受旱程度條件下的各種農(nóng)作物產(chǎn)量；（8）嚴(yán)重旱情的綜合評價，即旱情持續(xù)時間、嚴(yán)重程度以及其面上的分布規(guī)律；（9）嚴(yán)重干旱條件下，各種農(nóng)作物不同灌溉水平的抗旱減災(zāi)效益；（10）各站點前期降水量和墑情實測值分布圖；（11）未來5～10天土壤墑情分布圖；（12）旱情趨勢分布圖；（13）澆灌面積分布圖；（14）受旱面積分布圖； （15）水資源狀況分布圖；（16）工程措施與非工程措施相結(jié)合，在抗旱減災(zāi)中的作用分析；（17）各縣（市）防辦、政府部門可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時進(jìn)行信息查詢，以提取所需要的信息。

三、應(yīng)用效果

    該項技術(shù)已經(jīng)在蚌埠市和淮北市廣泛推廣應(yīng)用，取得較顯著的節(jié)水增產(chǎn)效益和抗旱減災(zāi)效益。在類似地區(qū)以及干旱、半干旱地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)統(tǒng)計測算，實施本項目：①一般年份（P=50%）年每公頃節(jié)約水資源375～525m3，年每公頃凈增產(chǎn)效益375～450元，全淮北地區(qū)每年節(jié)約灌溉水量7.0億m3左右,凈增產(chǎn)效益約6.5億元;②五年一遇干旱年(P=80%),年每公頃節(jié)水525～675m3,年每公頃減災(zāi)約為525～600元,整個淮北地區(qū)年節(jié)水9.0億m3左右,減災(zāi)效益約8.5億元。



四、信息系統(tǒng)的運行管理

    ①系統(tǒng)建設(shè)期間，采取分級建設(shè)，分級管理的形式，縣級以上防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和運行，由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣級以下墑情測報站的建設(shè)，由省廳農(nóng)水處牽頭，水科院負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，縣水利局具體實施，其人員配置和運行管理由縣水利局和縣防辦負(fù)責(zé)。②系統(tǒng)建成以后，將作為一個長期運行系統(tǒng)，市防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行和信息傳輸處理，仍由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣防辦信息正常傳輸由市防辦管理；市防辦或市水利局負(fù)責(zé)安排匹配資金，主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的硬件、辦公等設(shè)施配置和用于巡測的TDR時域反射儀購置；縣級以下墑情測報固定站及巡測站的運行管理，由縣水利局和縣防辦負(fù)責(zé)，并給予適當(dāng)?shù)慕?jīng)費補助。 ”，貽誤了適時灌溉的良機(jī)；也有的是灌后遇雨加重了澇漬災(zāi)害，不僅增加了灌溉投入，而且導(dǎo)致農(nóng)作物不同程度地減產(chǎn)，達(dá)不到應(yīng)有的投入和資源效應(yīng)。因此，開展實時墑情預(yù)報，預(yù)測未來旱情發(fā)展變化，抓住合理的灌溉時機(jī)，對于指導(dǎo)淮北地區(qū)農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)和進(jìn)行適時適量灌溉具有重要的作用。同時，對提高我省農(nóng)田排灌和防汛抗旱的科學(xué)化水平，逐步實現(xiàn)田間水管理的集約化和自動化均有重要意義。

    淮北地區(qū)含6個市27個縣（區(qū)），通過防汛抗旱專用網(wǎng)互聯(lián)，設(shè)立一個信息中心，對實時信息進(jìn)行加工處理，形成簡明的圖表信息，供各級防汛抗旱部門隨時調(diào)用或查詢。同時，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)GIS的結(jié)合，對農(nóng)田墑情、雨情、旱情、灌溉、用水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等綜合信息實行一體化系統(tǒng)管理，從而為抗旱除澇決策提供科學(xué)依據(jù)。

一、土壤墑情監(jiān)測方法和預(yù)報模型

（一）監(jiān)測方法

    目前在淮北地區(qū)適用的監(jiān)測方法主要有烘干法和電測法。烘干法主要用于墑情固定站，其主要特點是簡單易行，投資不高，且有足夠的精度，是檢驗其他方法測試結(jié)果的基礎(chǔ)。電測法主要用于墑情巡測站，目前國內(nèi)外使用較多的電測儀器有9109-2型電子土壤濕度速測儀、美國產(chǎn)DAVIS型和澳大利亞產(chǎn)MP型探針式速測儀、加拿大產(chǎn)MP917時域反射儀TDR，其中TDR測試精度居高。

（二）預(yù)報模型

    墑情預(yù)報模型主要采用經(jīng)驗相關(guān)預(yù)報模型和非飽和帶土壤水量平衡模型,其研究目的層為失墑敏感層(0～0.2m)和根系發(fā)育層(0～0.5m),主要參數(shù)指標(biāo)為土壤含水率、墑情指數(shù)和土壤水分消退系數(shù)。通過對淮北地區(qū)20個灌溉試驗站和五道溝試驗站30余年試驗資料分析概化，基于降雨產(chǎn)流預(yù)報理論和包氣帶水運移規(guī)律，其預(yù)報模型為：


    式中：θa,t、θa,t+1 分別為第t日和第t+1日墑情指數(shù)(mm)；Pt 第t日的降水量(mm)；qt 第t日的灌溉水量(mm)；θ0.2預(yù)、θ0.5預(yù) 分別為失墑敏感層和根系發(fā)育層平均土壤重量比含水率(%)；Δθ 同期θ0.5和θ0.2差值，視天氣和作物生育期,一般取2%～5%；Kt 為第t日土壤水分日消退系數(shù)。

（三）干旱指標(biāo)、灌水時間和灌水定額確定

①干旱指標(biāo) 此根據(jù)墑情指數(shù)值來確定不同的干旱指標(biāo)，此以砂姜黑土為例，詳見表1。



    ②灌水時間 首先來確定一次旱情的開始和結(jié)束時間，一般定義為把輕旱開始時間即對砂姜黑土而言，墑情指數(shù)θa消退至35mm時定為旱情開始時間，把直至迎來豐富降水過程或透墑水前的最后一個晴天作為一次旱情的結(jié)束日期。因此，把輕旱開始時間，即墑情指數(shù)消退到35mm時的日期定為適時適量灌水時間。



    式中：qt為第t日的灌溉水量(m3/hm2)；r為土壤容重(t/m3)；H為計劃濕潤層深度（m）；θ上為適宜作物生長的土壤含水率上限(%)；θ0.5預(yù)為0～0.5m土層平均土壤含水率(%)。

二、信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

（一）信息傳輸結(jié)構(gòu)

    信息傳輸途徑，縣以上各級防辦和信息處理中心采用防汛抗旱專有網(wǎng)，縣防辦和測報站采用電話或傳真。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。



（二）信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

    通過對本系統(tǒng)的目標(biāo)分析，整個系統(tǒng)由6個子系統(tǒng)組成，提供淮北地區(qū)各縣（市）各測報站的氣象、水文、作物、土壤、水源、用水等基礎(chǔ)資料的輸入功能。系統(tǒng)對資料歸納、匯總、處理后，對灌溉作物需水量和有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析計算，對未來土壤墑情和旱情趨勢作出預(yù)報。通過對土壤水分消退過程的監(jiān)視，并結(jié)合作物生育期需水，擬定出作物灌溉計劃。并根據(jù)各站實測土壤含水量對土壤墑情預(yù)報值進(jìn)行修正和對土壤水分進(jìn)行動態(tài)模型預(yù)報，并修改和補充灌溉計劃，結(jié)合灌區(qū)水源狀況和工程能力，實現(xiàn)灌溉和抗旱決策的及時性和準(zhǔn)確性。功能模塊主要有：①主控模塊，是系統(tǒng)的主界面，起著管理、協(xié)調(diào)各功能模塊的作用。模塊的主菜單包括文件、編輯、數(shù)據(jù)分析、圖形、打印、幫助等。②基礎(chǔ)資料管理模塊，本模塊提供系統(tǒng)運行所需要的各種氣象、水文、土壤、作物、灌區(qū)概況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水源狀況、工程情況、用水量等方面基本數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢及表格打印等功能。③作物需水分析管理模塊；④土壤水分分析管理模塊；⑤干旱指標(biāo)分析管理模塊；⑥灌溉用水管理模塊；⑦地下水位動態(tài)分析模塊；⑧圖形顯示模塊和打印模塊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（三）信息系統(tǒng)功能

    本信息系統(tǒng)提供如下一些實時信息：（1）不同代表點不同農(nóng)作物土壤墑情現(xiàn)時資料和未來5～10天內(nèi)欲知日期的墑情以及灌溉預(yù)報資料；（2）適時適量灌溉和抗旱灌溉的日期和灌水定額；（3）灌區(qū)用水及管理情況；（4）實際播種面積，因干旱少種面積，受旱總面積，包括成災(zāi)面積，分輕旱（小旱）、重旱（大旱）和極旱（特大旱）面積和絕收面積；（5）水稻田受旱面積、旱地缺墑面積、抗旱澆灌面積；（6）抗旱工程形式及投入的人、財、物；（7）不同受旱程度條件下的各種農(nóng)作物產(chǎn)量；（8）嚴(yán)重旱情的綜合評價，即旱情持續(xù)時間、嚴(yán)重程度以及其面上的分布規(guī)律；（9）嚴(yán)重干旱條件下，各種農(nóng)作物不同灌溉水平的抗旱減災(zāi)效益；（10）各站點前期降水量和墑情實測值分布圖；（11）未來5～10天土壤墑情分布圖；（12）旱情趨勢分布圖；（13）澆灌面積分布圖；（14）受旱面積分布圖； （15）水資源狀況分布圖；（16）工程措施與非工程措施相結(jié)合，在抗旱減災(zāi)中的作用分析；（17）各縣（市）防辦、政府部門可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時進(jìn)行信息查詢，以提取所需要的信息。

三、應(yīng)用效果

    該項技術(shù)已經(jīng)在蚌埠市和淮北市廣泛推廣應(yīng)用，取得較顯著的節(jié)水增產(chǎn)效益和抗旱減災(zāi)效益。在類似地區(qū)以及干旱、半干旱地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)統(tǒng)計測算，實施本項目：①一般年份（P=50%）年每公頃節(jié)約水資源375～525m3，年每公頃凈增產(chǎn)效益375～450元，全淮北地區(qū)每年節(jié)約灌溉水量7.0億m3左右,凈增產(chǎn)效益約6.5億元;②五年一遇干旱年(P=80%),年每公頃節(jié)水525～675m3,年每公頃減災(zāi)約為525～600元,整個淮北地區(qū)年節(jié)水9.0億m3左右,減災(zāi)效益約8.5億元。



四、信息系統(tǒng)的運行管理

    ①系統(tǒng)建設(shè)期間，采取分級建設(shè)，分級管理的形式，縣級以上防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和運行，由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣級以下墑情測報站的建設(shè)，由省廳農(nóng)水處牽頭，水科院負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，縣水利局具體實施，其人員配置和運行管理由縣水利局和縣防辦負(fù)責(zé)。②系統(tǒng)建成以后，將作為一個長期運行系統(tǒng)，市防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行和信息傳輸處理，仍由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣防辦信息正常傳輸由市防辦管理；市防辦或市水利局負(fù)責(zé)安排匹配資金，主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的硬件、辦公等設(shè)施配置和用于巡測的TDR時域反射儀購置；縣級以下墑情測報固定站及巡測站的運行管理，由縣水利局和縣防辦負(fù)責(zé)，并給予適當(dāng)?shù)慕?jīng)費補助。