吳寶金

（福建省泉州市洪水預(yù)警報(bào)中心，福建 泉州 362000）

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泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程建設(shè)的應(yīng)用分析

吳寶金

（福建省泉州市洪水預(yù)警報(bào)中心，福建 泉州 362000）

摘 要：泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程是泉州市抗旱減災(zāi)決策支持系統(tǒng)的重要組成部分，它能將各個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站采集的旱情信息，通過(guò) GPRS/GSM 實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶登榉治鱿到y(tǒng)，快速準(zhǔn)確地判斷旱情狀況，提出相應(yīng)的抗旱預(yù)案，為實(shí)施全面抗旱提供科學(xué)依據(jù)。介紹泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程建設(shè)的利弊得失，并深入分析該系統(tǒng)在水利領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值性，以供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：旱情；監(jiān)測(cè)；應(yīng)用分析

泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程是按照福建省水利廳的要求，以泉州市為全省試點(diǎn)，率先開(kāi)展旱情監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工程建設(shè)，由泉州市洪水預(yù)警中心作為泉州市抗旱減災(zāi)決策支持系統(tǒng)業(yè)主單位，承擔(dān)建設(shè)及維護(hù)管理任務(wù)。

1　系統(tǒng)建設(shè)背景

泉州市位于福建省東南海、廈漳泉金三角地帶，與臺(tái)灣隔海相望，地形地貌比較復(fù)雜，主要分布的土壤以紅壤、水稻土、赤紅壤、黃壤為主，還有少量濱海鹽土、粗骨土、紫色土、風(fēng)沙土等土壤類型，且沿海部分地區(qū)土壤鹽堿化程度較重，旱澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，局部生態(tài)環(huán)境脆弱，是福建省水資源貧乏地區(qū)之一。據(jù) 2012 年泉州市水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)，全市水資源總量為 100.18×108m3，農(nóng)田灌溉水資源占有量 0.81 m3/m2，人均占有量 1 208.00 m3，低于全國(guó)平均水平（2 100.00 m3）和福建省平均水平（4 013.00 m3），相當(dāng)于全省平均水平的 30%；而且水資源時(shí)空分布極為不均衡，70% 的水資源量分布在人口較少、經(jīng)濟(jì)水平較低的山區(qū)，其人均水資源占有量最高為 8 823.00 m3/人；而人口較密集、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)僅占 30%，尤其是沿海突出部和島嶼更是嚴(yán)重缺水，所轄區(qū)內(nèi)的石獅市、晉江市、惠安縣的人均水資源量?jī)H為 75.00，156.00 和332.00 m3/人，遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的 1 000.00 m3/人水資源安全下限，屬嚴(yán)重缺水地區(qū)。

泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行 6 年來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果顯著。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)旱情及其變化趨勢(shì)，準(zhǔn)確評(píng)估干旱發(fā)生面積和程度，綜合監(jiān)測(cè)區(qū)域抗旱資源的程度，優(yōu)化利用有限的水資源，不僅為干旱季節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供旱情信息，也為解決土地干旱與水資源短缺雙重矛盾提供了必不可少的決策信息。由此可見(jiàn)，建立泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程是十分必要的。

2　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程包括福建省防汛辦（福建省水利廳）、福建省水文局旱情信息中心、泉州市防汛辦、泉州市水文分局旱情信息分析分中心、14 個(gè)固定旱情采集站和 2 個(gè)移動(dòng)旱情監(jiān)測(cè)站。

2.1系統(tǒng)構(gòu)成及功能

該系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)終端和旱情監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件 2 個(gè)部分組成。各部分所處位置及相互關(guān)系詳如圖 1 所示。

信息采集系統(tǒng)終端包括福建省和泉州市的旱情信息分析中心的旱情接收系統(tǒng)、14 個(gè)固定旱情采集站和 2 個(gè)移動(dòng)旱情監(jiān)測(cè)等設(shè)備，構(gòu)成了包括土壤墑情、蒸發(fā)量、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、地下水等項(xiàng)目功能在內(nèi)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架。野外的固定遙測(cè)站點(diǎn)為無(wú)人值守站。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：

圖1　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

1）墑情監(jiān)測(cè)。土壤墑情傳感器是通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的傳輸線產(chǎn)生高頻信號(hào)來(lái)測(cè)量土壤參數(shù)[1]，其測(cè)量土壤容積含水量 θν，量程：0～50%。一般草本農(nóng)作物土壤墑情采集深度為 10，20 和 40 cm，茶果園為45～60 cm。

2）蒸發(fā)監(jiān)測(cè)。遙測(cè)蒸發(fā)傳感器可實(shí)時(shí)輸出代表一定水面蒸發(fā)量的開(kāi)關(guān)信號(hào)，供有線或無(wú)線遙測(cè)記錄。其蒸發(fā)量量測(cè)范圍：0～100 mm，分辨率：0.1 mm，輸出碼：格雷碼 10 bit。

3）風(fēng)速/風(fēng)向監(jiān)測(cè)。采用三杯式風(fēng)速風(fēng)向儀測(cè)量風(fēng)速，用風(fēng)向標(biāo)測(cè)量風(fēng)向。風(fēng)速測(cè)量范圍：0～75 m/s，分辨率：0.1 m/s，精度：±（0.3 + 0.03ν）m/s，ν為風(fēng)速；風(fēng)向測(cè)量范圍：0～360o，分辨率：2.812 5o，精度：±3o。

4）氣溫監(jiān)測(cè)。氣溫傳感器采用 HBW-1 鉑電阻溫度傳感器，按“地面氣象觀測(cè)規(guī)范”的要求，其使用時(shí)放置在百葉箱內(nèi)。

5）雨量監(jiān)測(cè)。雨量計(jì)采用承雨口直徑：Ф 200 mm，分辨率 1 mm，測(cè)量范圍：0.01～4.00 mm/min，允許通過(guò)最大雨量 8 mm/min。

6）地下水監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有地下水位測(cè)定采用浮子水位計(jì)法。水位變化時(shí)傳感部分的浮子能靈敏地做相應(yīng)漲、落運(yùn)動(dòng)，把采集的水位直線運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出到終端接口。其測(cè)量范圍：0～40.96 m，水位變率：0～40 cm/min。

7）遙測(cè)數(shù)據(jù)采集終端。能實(shí)現(xiàn)多信息源的數(shù)據(jù)采集、多信道傳輸與存儲(chǔ)，水位變化值△H：1～99 cm，數(shù)據(jù)傳輸速率為 100～9 600 bit/s 可選。

旱情監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件是以水利部新版雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[2]，實(shí)現(xiàn)旱情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，并與泉州市現(xiàn)有的雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)相兼容，采用 C/S 的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，基于 GIS 平臺(tái)和日常業(yè)務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)GIS 基本操作、旱情監(jiān)測(cè)、旱情分析、信息查詢、抗旱專題、GIS 發(fā)布、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等功能模塊的應(yīng)用。

2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

泉州市分中心設(shè)立旱情信息接收、會(huì)商查詢的旱情監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件和 2 個(gè)移動(dòng)墑情站。分中心在接收到各傳感器采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，利用手機(jī)、接收中心軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各站點(diǎn)終端實(shí)時(shí)測(cè)報(bào)和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、發(fā)送、應(yīng)用等功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控各觀測(cè)點(diǎn)墑情、蒸發(fā)、地下水位動(dòng)態(tài)及相關(guān)參數(shù)值。管理員點(diǎn)擊電子地圖上任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線圖、橫向和縱向?qū)Ρ葓D等實(shí)時(shí)查詢功能。福建省中心站接收多個(gè)站點(diǎn)所發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同樣可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、應(yīng)用等功能[3]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖 2 所示。

2.3旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

14 個(gè)固定旱情采集站點(diǎn)均布設(shè)墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在其中 3 個(gè)站點(diǎn)同時(shí)布設(shè)蒸發(fā)、氣溫、風(fēng)情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2 個(gè)站點(diǎn)同時(shí)布設(shè)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。旱情監(jiān)測(cè)站自動(dòng)采集 3 個(gè)深度土壤含水率等相關(guān)數(shù)據(jù)，每 3 個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站設(shè) 1 個(gè)降雨自動(dòng)采集站。信息采集設(shè)備在觀測(cè)站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)后，通過(guò) GPRS/ GSM 將數(shù)據(jù)傳與市分中心傳送交換，泉州市分中心再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（目前暫用 X.25）與福建省中心傳送交換。

圖2　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

3　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能分析

泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程在利用現(xiàn)有成熟技術(shù)、成果資源和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，通過(guò)新增墑情、蒸發(fā)、氣溫、地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，整合系統(tǒng)中的墑情、降雨、蒸發(fā)、地下水等數(shù)據(jù)及防汛指揮系統(tǒng)中的工情、水情、風(fēng)情，建成高效、可靠、先進(jìn)實(shí)用的泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了抗旱、地下水等信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、直觀顯示和綜合管理，為領(lǐng)導(dǎo)決策和指導(dǎo)抗旱減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。其主要功能如下：

1）福建省中心、泉州市分中心可以隨時(shí)接收數(shù)個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析檢錯(cuò)和預(yù)處理、存儲(chǔ)，具有良好的人機(jī)互動(dòng)界面。

2）把遙測(cè)信息形成原始數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行存儲(chǔ)、報(bào)文分解、檢錯(cuò)、分類處理，并向本地定時(shí)裝載數(shù)據(jù)庫(kù)（或數(shù)據(jù)文件）。

3）可以隨意增減測(cè)站的數(shù)量，修改工作將通過(guò)密碼控制由有關(guān)管理人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。

4）通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，顯示打印各類實(shí)時(shí)/歷史的墑情、蒸發(fā)、地下水位過(guò)程線，以及圖形和報(bào)表。

5）遙測(cè)終端有本地存儲(chǔ)功能和預(yù)留擴(kuò)展接口。

4　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析

該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1）實(shí)現(xiàn)了旱情監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、接收、解碼、糾錯(cuò)及入庫(kù)，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門可及時(shí)了解旱情信息，使抗旱救災(zāi)工作更具有指導(dǎo)性，進(jìn)一步提高抗旱減災(zāi)決策能力，最大限度降低因旱造成的損失。

2）實(shí)現(xiàn)了旱情信息統(tǒng)計(jì)和初步分析，為泉州市研究旱情變化規(guī)律提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)來(lái)源，以便建成信息源布局合理、信息流向科學(xué)的泉州區(qū)域旱情信息采集系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的制度和通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3）旱情監(jiān)測(cè)為土壤水資源計(jì)算評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為充分利用土壤水奠定了基礎(chǔ)。

4）社會(huì)各部門也可通過(guò)旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)了解旱情信息，組織適時(shí)、科學(xué)灌溉及根據(jù)旱情等級(jí)分布進(jìn)行定量灌溉，減少了水資源浪費(fèi)，改善了地下水環(huán)境，為更好地使用、管理、監(jiān)督、協(xié)調(diào)、節(jié)約水資源提供科學(xué)依據(jù)，使有限的水資源發(fā)揮最大的效益。

5）農(nóng)業(yè)部門可通過(guò)旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)適時(shí)播種，避免了耽誤農(nóng)時(shí)，保障了廣大農(nóng)民的利益，為促進(jìn)泉州市農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)信息。

5　旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在不足與局限性分析

泉州市旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)工程技術(shù)先進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)高，軟件界面簡(jiǎn)潔，操作方便，但還存在一定的局限性：

1）相應(yīng)的管理與監(jiān)督制度還不夠完善。加強(qiáng)建設(shè)管理與監(jiān)督是保障規(guī)劃實(shí)施效果的關(guān)鍵，試點(diǎn)工程有待加強(qiáng)管理與監(jiān)督，以便對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程、效益、作用和影響進(jìn)行全面、系統(tǒng)、客觀的跟蹤調(diào)查和分析評(píng)價(jià)。

2）監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)置不足。泉州市 1.08×104km2土地面積僅有 14 個(gè)固定測(cè)站，平均每個(gè)站點(diǎn)覆蓋面積為 771.00 km2。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)少，旱情代表性不夠強(qiáng)，特別是中長(zhǎng)期的旱情監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)精確度不高，給旱情分析與預(yù)測(cè)造成很大的困難。

3）旱情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境很差。旱情監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工程站點(diǎn)大多設(shè)在農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)，均為無(wú)人值守站，周邊生態(tài)環(huán)境很差。因此，需要制定相應(yīng)維護(hù)管理方案，用以提高站點(diǎn)周圍的生態(tài)環(huán)境等級(jí)，進(jìn)而確保站點(diǎn)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

4）沒(méi)有較明確的旱情評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。由于是福建省內(nèi)率先開(kāi)展的試點(diǎn)工程，所以現(xiàn)在還沒(méi)有符合泉州市實(shí)際情況建設(shè)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)數(shù)據(jù)還不能充分和旱情相對(duì)應(yīng)。

6　系統(tǒng)應(yīng)用前景分析

為進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的反應(yīng)能力與科技水平，更好地為水利部門和社會(huì)各界服務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)策建議如下[4]：

1）建立地方各級(jí)政府多級(jí)投入的管理體制，形成多層次、多渠道、相對(duì)穩(wěn)定的投入機(jī)制，以便保證旱情監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)、儀器設(shè)備配置及工程運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2）加強(qiáng)基礎(chǔ)研究工作，制定年度研究計(jì)劃，編制、修訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定旱情監(jiān)測(cè)有關(guān)技術(shù)細(xì)則及工作手冊(cè)，完善系統(tǒng)的日常維護(hù)管理制度，加大對(duì)運(yùn)行管理人員的培訓(xùn)力度，提高管理維護(hù)水平和操作技能，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3）增加監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的建設(shè)，提高站網(wǎng)密度，加大監(jiān)測(cè)的覆蓋面，形成具有一定規(guī)模、一定代表性、能基本代表全市旱情變化規(guī)律的旱情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，滿足抗旱工作的實(shí)際需要。

4）把雨情、水情、旱情結(jié)合起來(lái)分析研究，加強(qiáng)后臺(tái)分析系統(tǒng)建設(shè)，在實(shí)時(shí)旱情監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)旱情發(fā)展趨勢(shì)的分析預(yù)測(cè)和抗旱指揮的決策支持。同時(shí)與農(nóng)業(yè)、氣象、國(guó)土資源等相關(guān)部門加強(qiáng)溝通聯(lián)系，并積極與科研單位合作，加大旱情基礎(chǔ)研究，形成較完善且符合泉州市實(shí)際情況的旱情評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

5）加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際旱情之間關(guān)聯(lián)分析和應(yīng)用的研究，解決作為試點(diǎn)工程可供參考資料太少的問(wèn)題，從而全面提高系統(tǒng)分析預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)能力。

總之，系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次考驗(yàn)，不僅為探索福建省土壤墑情變化規(guī)律打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為泉州市的旱情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防旱抗旱決策、水資源合理利用等提供科學(xué)依據(jù)，該系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。

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Application and Analysis of Pilot Project Construction about Quanzhou Drought Monitoring System

WU Baojin
(Quanzhou Flood Warning Center in Fujian Province, Quanzhou 362000, China)

Abstract:Pilot project of Quanzhou drought monitoring system is an important part of Quanzhou Drought Mitigation Decision Support System. Drought information of various drought monitoring stations can be collected, transmit to drought analysis system by GPRS /GSM in real time to determine drought conditions quickly and accurately. And the corresponding drought plans are provided as a scientific basis for the implementation of comprehensive drought. The article introduces pros and cons of pilot project construction about Quanzhou drought monitoring system, and analyzes its application value of the system in the field of water conservation in-depth for providing reserence for other similar projects.

Key words:the drought; monitoring; application analysis

作者簡(jiǎn)介：吳寶金（1978-），女，福建南安人，工程師，主要從事防汛抗旱、水雨情測(cè)報(bào)研究。

收稿日期：2015-12-18

中圖分類號(hào)：S157

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9405(2016)01-0069-04