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(jí)決策部門缺乏應(yīng)有的實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)間 首先來確定一次旱情的開始和結(jié)束時(shí)間，一般定義為把輕旱開始時(shí)間即對(duì)砂姜黑土而言，墑情指數(shù)θa消退至35mm時(shí)定為旱情開始時(shí)間，把直至迎來豐富降水過程或透墑水前的最后一個(gè)晴天作為一次旱情的結(jié)束日期。因此，把輕旱開始時(shí)間，即墑情指數(shù)消退到35mm時(shí)的日期定為適時(shí)適量灌水時(shí)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(jì)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(jí)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(bào)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(jì)

    通過對(duì)本系統(tǒng)的目標(biāo)分析，整個(gè)系統(tǒng)由6個(gè)子系統(tǒng)組成，提供淮北地區(qū)各縣（市）各測報(bào)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(duì)資料歸納、匯總、處理后，對(duì)灌溉作物需水量和有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)未來土壤墑情和旱情趨勢作出預(yù)報(bào)。通過對(duì)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(jì)劃。并根據(jù)各站實(shí)測土壤含水量對(duì)土壤墑情預(yù)報(bào)值進(jìn)行修正和對(duì)土壤水分進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型預(yù)報(bào)，并修改和補(bǔ)充灌溉計(jì)劃，結(jié)合灌區(qū)水源狀況和工程能力，實(shí)現(xiàn)灌溉和抗旱決策的及時(shí)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(yùn)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(dòng)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(shí)時(shí)信息：（1）不同代表點(diǎn)不同農(nóng)作物土壤墑情現(xiàn)時(shí)資料和未來5～10天內(nèi)欲知日期的墑情以及灌溉預(yù)報(bào)資料；（2）適時(shí)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(shí)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(cái)、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(píng)價(jià)，即旱情持續(xù)時(shí)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(diǎn)前期降水量和墑情實(shí)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(shí)進(jìn)行信息查詢，以提取所需要的信息。

三、應(yīng)用效果

    該項(xiàng)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(jì)測算，實(shí)施本項(xiàng)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(gè)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(yùn)行管理

    ①系統(tǒng)建設(shè)期間，采取分級(jí)建設(shè)，分級(jí)管理的形式，縣級(jí)以上防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣級(jí)以下墑情測報(bào)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(shí)施，其人員配置和運(yùn)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(gè)長期運(yùn)行系統(tǒng)，市防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shí)域反射儀購置；縣級(jí)以下墑情測報(bào)固定站及巡測站的運(yùn)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(fèi)補(bǔ)助。 ”，貽誤了適時(shí)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(shí)時(shí)墑情預(yù)報(bào)，預(yù)測未來旱情發(fā)展變化，抓住合理的灌溉時(shí)機(jī)，對(duì)于指導(dǎo)淮北地區(qū)農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)和進(jìn)行適時(shí)適量灌溉具有重要的作用。同時(shí)，對(duì)提高我省農(nóng)田排灌和防汛抗旱的科學(xué)化水平，逐步實(shí)現(xiàn)田間水管理的集約化和自動(dòng)化均有重要意義。

    淮北地區(qū)含6個(gè)市27個(gè)縣（區(qū)），通過防汛抗旱專用網(wǎng)互聯(lián)，設(shè)立一個(gè)信息中心，對(duì)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行加工處理，形成簡明的圖表信息，供各級(jí)防汛抗旱部門隨時(shí)調(diào)用或查詢。同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)GIS的結(jié)合，對(duì)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(shí)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(bào)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(diǎn)是簡單易行，投資不高，且有足夠的精度，是檢驗(yàn)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(shí)域反射儀TDR，其中TDR測試精度居高。

（二）預(yù)報(bào)模型

    墑情預(yù)報(bào)模型主要采用經(jīng)驗(yàn)相關(guān)預(yù)報(bào)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(duì)淮北地區(qū)20個(gè)灌溉試驗(yàn)站和五道溝試驗(yàn)站30余年試驗(yàn)資料分析概化，基于降雨產(chǎn)流預(yù)報(bào)理論和包氣帶水運(yùn)移規(guī)律，其預(yù)報(bào)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(shí)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(shí)間 首先來確定一次旱情的開始和結(jié)束時(shí)間，一般定義為把輕旱開始時(shí)間即對(duì)砂姜黑土而言，墑情指數(shù)θa消退至35mm時(shí)定為旱情開始時(shí)間，把直至迎來豐富降水過程或透墑水前的最后一個(gè)晴天作為一次旱情的結(jié)束日期。因此，把輕旱開始時(shí)間，即墑情指數(shù)消退到35mm時(shí)的日期定為適時(shí)適量灌水時(shí)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(jì)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(jí)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(bào)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(jì)

    通過對(duì)本系統(tǒng)的目標(biāo)分析，整個(gè)系統(tǒng)由6個(gè)子系統(tǒng)組成，提供淮北地區(qū)各縣（市）各測報(bào)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(duì)資料歸納、匯總、處理后，對(duì)灌溉作物需水量和有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)未來土壤墑情和旱情趨勢作出預(yù)報(bào)。通過對(duì)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(jì)劃。并根據(jù)各站實(shí)測土壤含水量對(duì)土壤墑情預(yù)報(bào)值進(jìn)行修正和對(duì)土壤水分進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型預(yù)報(bào)，并修改和補(bǔ)充灌溉計(jì)劃，結(jié)合灌區(qū)水源狀況和工程能力，實(shí)現(xiàn)灌溉和抗旱決策的及時(shí)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(yùn)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(dòng)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(shí)時(shí)信息：（1）不同代表點(diǎn)不同農(nóng)作物土壤墑情現(xiàn)時(shí)資料和未來5～10天內(nèi)欲知日期的墑情以及灌溉預(yù)報(bào)資料；（2）適時(shí)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(shí)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(cái)、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(píng)價(jià)，即旱情持續(xù)時(shí)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(diǎn)前期降水量和墑情實(shí)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(shí)進(jìn)行信息查詢，以提取所需要的信息。

三、應(yīng)用效果

    該項(xiàng)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(jì)測算，實(shí)施本項(xiàng)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(gè)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(yùn)行管理

    ①系統(tǒng)建設(shè)期間，采取分級(jí)建設(shè)，分級(jí)管理的形式，縣級(jí)以上防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，由省防汛抗旱辦公室統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理；縣級(jí)以下墑情測報(bào)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(shí)施，其人員配置和運(yùn)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(gè)長期運(yùn)行系統(tǒng)，市防辦和省水科院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shí)域反射儀購置；縣級(jí)以下墑情測報(bào)固定站及巡測站的運(yùn)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(fèi)補(bǔ)助。