区域墒情特征的研究new

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1、水利学报2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷第3期文章编号:0559-9350(2005)03-0355-05区域墒情特征的研究1112孙凯，王一鸣，杨绍辉，毕勇刚(1.中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；2.北京市水利局水利水电中心，北京100073)摘要：本文基于地质统计学和空间分析知识，对北京通州区域内土壤水分的分布特征、空间变化趋势、空间相关和各向异性等根据土壤墒情调查数据进行分析。结果表明：区域土壤含水量的分布符合对数正态分布规律，其变化有全局趋势，空间上存在方向性，并且有各向异性，不同深度的土壤含水量存在层与层

2、之间的共线性。最后，在ArcGIS上采用普通克里格法生成了北京市通州区旱情形势图，为开展旱情监测、固定监测站点建设、预测预报研究以及科学指导抗旱提供依据。关键词：土壤水；空间分布；旱情；地统计分析中图分类号：S152.7文献标识码：A[１～10]国内外的专家学者在土壤水分监测、预报研究方面已做了许多工作，取得了一些成果。但是，限于当时的测量手段和工具不能实现空间数据的采集，不能从空间角度考虑和研究土壤水分分布特性，同时，采集数据的数量和密度也受到限制，影响了对旱情发展的及时预测预报。中国农业大学信息与电气工程学[１１～院传感器与检测技术研究所近些

3、年一直从事着土壤水分传感器和土壤水分测试系列仪器的研究和开发13]、土壤水分空间分布的研究、墒情和旱情监测站点布设、墒情预报等工作。研究成果已经在北京的“数字水利”、农业部的墒情监测等大型项目中广泛使用。其中，研制开发成功的TSCⅣ型土壤水分空间分布快速测试仪可以方便、快捷的测量出区域内地理空间上某一指定地点的土壤水分数据，为开展土壤水分的监测、预报、精量灌溉提供了快速、准确、科学的测量工具。北京市属于典型的干旱大陆性气候，是全国易发干旱的重点地区之一，有12个区县被列为全国易旱地区。2003年初至8月15日全市平均降水量241mm，比去年同期降

4、水量290mm少16.7%，比多年同期445mm少45.8%，8、9月也没有大范围的强降水，是连续第5个干旱年。因此建设旱情监测系统，合理布设监测站点，及时、准确、系统的监测旱情变化，科学合理的分析和预测，对指导抗旱有着重大的现实意义。[14]在北京市“数字水利”的旱情监测中，在市属区县已经安装了20个固定的墒情监测站点和几十套移动式土壤水分快速检测仪器。得到的数据如何分析处理、今后的站点如何布置，都是关系到继续开展旱情监测工作急需解决的问题。为此，本文先以北京通州区的旱情分布为研究对象，于2003年4月底在北京通州徐辛庄，8月份在北京通州区辖范

5、围，开展了土壤墒情的测量，对测得的数据分析、处理，寻找合理布设站点以及科学分析数据的理论方法，以此指导将来的实践。1试验方法试验在北京市通州区内进行。通州区位于北京市东南，地处永定河、潮白河冲积平原，北纬39°36′～2240°02′，东经116°32′～116°56′。东西最宽36.5km，南北最长48km，总面积907km，耕地5.0万hm。收稿日期：2003-11-06基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项课题(2002AA6Z3071)作者简介：孙凯(1968-)，男，辽宁沈阳人，博士，从事土壤墒情分布与预测预报研究。1水

6、利学报2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷第3期地势平坦，以黄土、两合土、沙性土为主。属暖温带大陆性半湿润、半干旱季风气候。内有北运河和潮白2河两个水系，有大小河流13条总长245.3km，河网密度为0.29km/km。年平均降水量为617.4mm，径流总量31.18亿m。试验使用的仪器是TSCⅣ型智能化土壤水分空间分布快速测试仪。试验开始于一段时期内工作区域无降雨过程的2003年8月17日，到8月28日降雨出现时刻结束。试验由行走方式完成，分6cm、10cm、15cm、20cm4个深度采集3?022个点的土壤体积含水量数据，基本覆盖了

7、区辖范围。2不同深度土壤含水量的相关分析数据的采集分6cm、10cm、15cm、20cm4个深度，整体观察可以发现：同一位置垂直向上不同深度的土壤水分数据有着显著的差异，6cm的土壤水分数据相对其他深度的要小(仅有22.07%的数据高于10cm)，随着土壤深度的增加，土壤水分数据呈增大的趋势(10cm深度有39.41%的数据高于15cm深度)，到了15cm存在着55.74%比例的高于20cm的现象。图1是整体的采样数据。面对4个不同深度的测量数据，首先考察层与层之间数据的相关程度，剔除相关性大的层次，把研究重心放到不具有相关关系的层次。为此，构造

8、一个关系：Si=(Si，6、Si，10、Si，15、Si，20)，其中i代表空间一[15，16]个暂不考虑几何数据的信息点，取值范围是1