SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪的应用分析

李卫国 雷鸣 师江红

陕西省宝鸡水文水资源勘测局 陕西宝鸡 721006

摘 要 ：本文以石头河区域鹦鸽站为例，对SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪与人工烘干法的同步监测资料进行应用分析，结果表明：土层深度10cm绝对误差的平均值δ为0.753%，20cm绝对误差的平均值δ为0.878%，10cm绝对误差的平均值δ为0.753%，平均绝对误差的平均值δ为0.795%均小于实验室条件下为δ≤2%，野外条件δ≤4%，符合规范要求。表明SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪可为土壤墒情监测工作提供有效的技术支撑，可在生产中的到应用。

关键词 土壤水分监测仪，人工观测，应用分析

一、区域概况

石头河发源秦岭山脉的鳌山。鳌山，古称垂山、武功山，系太白山迤逦之西脉，亦称西太白，海拔3475米，为汉、渭水之分水岭，山上植被荫浓翳郁，原始古木最大者阔可达三四米。上游属秦岭峡谷地貌，主要川峡西起五里峡口，东到白云峡口，呈两头窄、中间宽的弯曲带形，地势由西向东缓降，较开阔、平坦。鹦鸽墒情站地处太白山腹地，属温带大陆性气候区，多年平均气温12.7℃，多年平均降雨量719.9㎜，多年平均蒸发量564.6㎜。

二、比测目的

本次试验分析选在鹦鸽水文站气象观测场内，安装了北京圣世信通科技发展有限公司生产的SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪。通过比测分析为SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪的在石头河区域的应用提供依据，使SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪成为墒情监测的自动在线监测设备，减轻人工监测劳动强度，缩短测报历时，实现墒情监测的自动化、数字化、提高工作效率。同时，也可以减少人工监测带来的墒情监测误差和偶然因素出现的差错，提高墒情监测资料的精度和准确性。

三、仪器设备

SSXT-SQ-02SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪是一种多功能土壤监测仪，能够同时测量不同深度的相关土壤参数通过GPRS网络或R232接口，采集、存储、远传数据至云服务器。

① 全密封管式结构，外壳采用防老化材料，可适用于恶劣自然环境，可长期植入土地中进行不间断测量；

② 同位多深度土壤参数实时监测，监测深度最深达1.5米；

③ GPRS无线通信方式或RS232\CAN接口可选配

④ 低功耗设计和独特的电池防护设计，保证电池长寿命

⑤ 5AH3.2V可充电电池防护设计，保证电池长寿命

⑥ 校准简便：一灯指示，后台自动校准

⑦ 安装简单：单人10分钟能安装就位

2、仪器的主要功能

① 测量功能：测量土壤中水分含量和温度；

② 通信功能：具有GPRS无线通信和RS232\CAN串行通信功能，上传测量数据到计算机中。

3、仪器的技术特性

性能指标：

①温度范围：-20℃～70℃，测量精度：±0.5℃

②土壤水分测量范围：干土～水分饱和土，测量精度：±2%

通信方式：

①GPRS无线通信；

②RS232通信，通信距离5m;

③CAN通信通信距离大于500m.

供电方式：太阳能锂电池（+3.3VDC）(GPRS通信模式)或外部+12VDC供电。

外形尺寸：￠63mm

外壳防护等级：地面部分：IP67；地面以下：IP68

结构特征：土壤水分监测仪为柱状结构，图3-1所示传感器的总长度800mm,内含3个传感器，分别在10cm、20cm、40cm位置。

工作原理：系统根据设定启动监测仪，信号经过调理后送微控制器，通信模块将测得的信号进行远传，电源管理模块对整个监测仪的电源进行管理。

4、仪器的安装位置及运行

鹦鸽站安装的SSXT-SQ-02型土壤水分监测仪位于该站雨量观测场东边地块，仪器距离观测场围栏东、南、西、北四面均大于2.0米，符合规范要求，该仪器自安装运行到现在没有出现故障，在汛期、冬季均运行正常，云端平台记录数据完整。

5、人工烘干法

鹦鸽站人工烘干法土壤墒情监测取样地块为本站雨量观测场地块，按照土壤墒情监测规范附录F.3. b)条规定:采用人工取土烘干法与监测仪器数据进行比测，在距离监测仪器埋设点0.5-1.0m范围内采集土壤，符合规范要求。

a)环刀取土完毕，放入铝盒后需尽快称重，避免水分流失；

b)将称重完毕的铝盒上盖打开，放到铝盒下面；

c)将铝盒放入到烘箱，在105℃下烘干12小时；

d)称重烘干后的铝盒土样重量；

e)将铝盒中的土样取出，称量铝盒的重量；

f)计算土样的重量含水量；

g)将各层的3个土样数据进行平均，得到各层的重量含水量；

四、资料的选择及比测分析依据

1、 资料的选择

按照土壤墒情监测规范附录F.3. b)条规定:采用人工取土烘干法与监测仪器数据进行比测，人工取样烘干法采集土壤时间应和监测仪器采集土样时间相同。F.3. c)条规定:比测时间宜为6个月，最少不得低于3个月，比测数据不应少于30组，其中应包含土壤含水量较高和较低的数据。本次比测分析采用SSXT-SQ-02传感器采集数据和人工监测的同期数据对比分析。分析数据选取2019年8月20日-2020年3月31日的墒情监测的57组数据（其中2019年9月10日因连续降雨、2020年2月10日-29日因冻土影响人工未进行比测采样）, 无剔除数据,符合规范要求。

2、比测分析依据

土壤墒情监测规范第七章7.5.3.a)条规定:对固定埋设自动墒情监测仪器，依照规定的检测方法和步骤，在仪器量程范围内，将仪器测量体积含水量数据转换为重量含水量与人工取土烘干法重量含水量数据进行统计分析，其土壤重量含水量测量的绝对误差的平均值实验室条件下为δ≤2%，野外条件δ≤4%，δ值按式（3）计算。

3、绝对误差平均值δ计算

表4-1绝对误差绝对值计算

序号	误差绝对值（%）
	10cm	20cm	40cm	平均
1	0.1	1.2	2.6	1.3
2	0.4	0.2	0.1	0.2
3	0.4	0.6	0.3	0.4
4	0.3	0.7	0.5	0.5
5	0.4	0.3	0.2	0.3
6	0.3	0.2	0.4	0.3
7	0.3	0.5	0.3	0.4
8	0.3	0.4	0.4	0.4
9	0.4	0.4	0.3	0.4
10	0.5	0.2	0.3	0.3
11	0.4	0.5	0.3	0.4
12	0.9	0.8	0.1	0.6
13	1.9	1.1	0.3	1.1
14	2.1	2.7	1.9	2.2
15	1.9	3	2.2	2.4
16	2.1	2.8	2.5	2.5
17	0.5	0.3	0.4	0.4
18	0.6	0.1	0.1	0.3
19	0.5	0.7	1.1	0.8
合计	14.3	16.7	14.3	15.1

表4-2绝对误差的平均值δ计算

土层深度	10cm（%）	20cm（%）	30cm（%）	平均（%）
δ	0.753	0.878	0.753	0.795

五、结论和建议

经过分析计算SSXT-SQ-02传感器采集2019年8月20日-2020年3月31日的人工监测墒情监测的57组同期数据可得出以下结论：

1、证明SSXT-SQ-02传感器产品对土壤含水率变化的响应正常。

2、根据土壤墒情监测规范对自动墒情仪器精度：绝对误差不超过2％（实验室条件），野外不超过4％”。此次试验分析对比实验结果土层深度10cm绝对误差的平均值δ为0.753%，20cm绝对误差的平均值δ为0.878%，10cm绝对误差的平均值δ为0.753%，平均绝对误差的平均值δ为0.795%均小于实验室条件下为δ≤2%，野外条件δ≤4%，符合规范要求。

3、试验的数据有误差，与设备的安装位置、试验地块灌溉条件、降雨条件、取土烘干等因素相关。

参考文献：

[1] 宝鸡水文局：鹦鸽水文站土壤墒情监测资料（2019-2020）

[2] 土壤墒情监测规范. 北京: 中国水利水电出版社,SL364-2015

[3] 水文资料整编规范. 北京: 中国水利水电出版社,SL-247-2012

作者简介：李卫国，（1976.7.14-），男（汉族），陕西杨陵人，本科，水文水资源工程师，主要从事水文勘测、水情报汛、资料整编等工作。