王松禄，黄修东

（青岛市水文局，山东青岛266071）

基于GIS的青岛市墒情预报系统开发

王松禄，黄修东

（青岛市水文局，山东青岛266071）

针对青岛市经常发生的旱情灾害，采用三层蒸散发模型建立了以GIS空间数字平台为基础的由信息服务、墒情应用分析和预报分析等模块构成的墒情预报系统，形成了一个能够对青岛地区墒情进行信息管理、计算分析、合理性检验的青岛市墒情预报系统及综合集成平台，实现了对旱情的实时监测、定量分析和动态预测，预测结果精度较高。

青岛市；墒情预报；GIS；三层蒸发模型

在自然和社会经济发展两方面的压力下，缺水干旱已成为制约青岛市经济发展、人民生活水平提高的瓶颈。针对旱情灾害研究建立了以GIS空间数字平台为基础的，由信息服务、墒情应用分析和预报分析等模块构成的墒情监测分析系统体系，从而为制定抗旱措施减少旱灾损失提供有效技术支撑。

1　墒情预报模型

青岛市土壤类型主要包括棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土等，按照行政区、地形、土壤分布、土地利用将青岛市划分成若干子区域，对每个子区域分别输入不同的降雨、蒸发，根据各子区域内作物、土壤和高程等情势，对每子区域采用不同的土壤水分计算参数。模型的参数由地形、土壤、植被覆盖数据结合实测土壤含水量资料率定得到。土壤墒情预报模型子区按墒情监测站划分，子区域墒情预报模型采用蒸发模型与消退系数结合计算法。计算方法主要为旱情预报服务，即不考虑预见期内的降雨和灌溉，土壤含水基本上没有补充，只是通过蒸发减少。当考虑可能的降雨时，蒸发计算，采用三层蒸散发模型。主要计算公式如下：

式中：WM为总张力水容量（土壤持水能力）；UM为上层张力水容量（上层土壤持水能力）；LM为下层张力水容量（下层土壤持水能力）；DM为深层张力水容量（深层土壤持水能力）；W为总张力水蓄量（土壤含水量）；WU为上层张力水蓄量（上层土壤含水量）；WL为下层张力水蓄量（下层土壤含水量）；WD为深层张力水蓄量（深层土壤含水量）；E为总蒸散发量；EU为上层蒸散发量；EL为下层蒸散发量；ED为深层蒸散发量；EP为蒸散发能力。考虑到与国家《土壤墒情监测规范》和青岛市常规旱情监测保持一致，墒情预报计算也按10 cm、20 cm和40 cm进行，土壤墒情用土壤含水率（%）表示，当不考虑未来时段的可能降雨和灌溉时，θa，t为初始t日土壤含水率，百分数计（%）；

θa，t+1为θa，t之后一日的土壤含水率，百分数计；Kt为t日的消退系数。消退系数Kt受土壤、作物等多种因素影响，需用长系列资料采用线性回归等统计方法进行率定。

2　系统开发总体结构

青岛市墒情监测预报软件系统采用C/S结构为主体的多层体系结构，以现有实时水雨情库、历史水文数据库、墒情数据库、空间数据库为基础，使用图表方式查询分析、多形式的信息输出交互式界面操作方式，实现全市旱情相关各类信息快速准确的收集和综合分析，实时监测旱情发生发展过程和未来发展趋势。系统总体逻辑结构自下而上依次是数据基础服务层、计算应用服务层、人机交互控制层。

3　系统主要功能

3.1信息查询

为了满足旱情监测分析系统需要，使防旱抗旱管理人员尽快掌握与分析区域内旱情现状形势及未来变化趋势，系统提供了旱情信息查询功能，它能全面地查询实时墒情信息、雨情信息、水库水情、河道水情等信息。为了使系统具有较好的通用性，在测站管理模块中可添加或修改删除查询站点。

在墒情显示选择墒情站窗口中，可按站码列表选择所要显示的墒情站，在站名上双击鼠标左键可直接将该站列入已选择站列表框中，也可选择多个站后点击添加按钮一次选择站列表框中。点击确定按钮后则所选测站的最新墒情数据在电子地图上显示。

3.2模型计算及结果分析功能

1）自动预报。自动预报计算窗口窗口启动后，自动显示“今日墒情表”中的内容，包括各监测站点的庄稼地、白地10 cm、20 cm和40 cm处的土壤含水率。每日8：05～8：06自动进行各站点的墒情预报计算。在“查看所选墒情站未来一周墒情趋势”框中选择墒情站、土壤深度、土地类型后按查看墒情趋势按钮在图表中即显示未来一周每日土壤含水率数值和变化趋势图。

2）人工干预预报。人工干预预报计算主要从两个方面干预，一是土壤含水率消退系数，二是当前土壤墒情。双击“土壤消退系数表”中的系数，则变为淡蓝即可修改相应系数。修改结果只用于本次预报计算，不写入数据库、不影响自动预报。同样按“读取墒情数据”按钮可读取当前墒情，同时“预报计算并显示结果”按钮变活。如监测墒情设备出故障导致所测墒情数据有误，可用此功能进行修改。当土壤含水率消退系数、当前土壤墒情修改完毕后按“预报计算并显示结果”即进行预报计算，同时弹出计算结果表格窗和预报结果图形显示窗。在预报结果图形显示窗中缺省显示：郑家站、庄稼地、10 cm土壤深度的一周土壤含水率变化趋势。

3）预报结果显示。预报结果显示窗可显示自动预报结果和人工干预预报结果。启动该窗后，在“输入预报作业时间”框中输入预报作业时间，自动预报常规为每日8：00。在按需要选择墒情站、土地类型、土壤深度后按“显示”按钮即在图表中显示一周的土壤含水率变化趋势。图形显示后，用鼠标点击图形框，显示相应点（即相应时间）的土壤含水率。图1为南村站2015年预测值与实测数据的比较和验证，决定性系数为0.90，预报值与观测值较为接近，拟合精度较高。

图1　南村站系统预测值与实测值对比曲线

4　结语

青岛市墒情预报系统已经在青岛市防汛抗旱特别是农业墒情预报工作中进行了应用，运行稳定，使用方便，预报精度较高。但由于目前固定墒情站数量少，人工监测频次较低，影响了参数率定结果的可靠性和系统预测预报的精度，特别是在遇到较大灌溉和暴雨时，系统预报精度不高，需要在今后的研究和应用中进一步改进。

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［2］粟容前，康绍忠，贾云茂.农田土壤墒情预报研究现状及不同预报方法的对比分析［J］.干旱地区农业研究，2005，06：198－203.

［3］刘勇洪，叶彩华，王克武，周继华，高燕虎.RS和GIS技术支持下的北京地区土壤墒情预报技术［J］.农业工程学报，2008，09：155－160.

［4］刘荣花，朱自玺，邓天宏，方文松，付祥军.河南省墒情预报业务服务系统［J］.气象，2005，08：77－80.

S152.7

B

1009-6159（2016）-09-0024-02

青岛市应用基础研究计划项目“青岛市墒情预报系统研究”（14-2-4-24-jch）。

（责任编辑张玉燕）

2016-05-03

王松禄（1968—），男，工程师