中国是世界上 13 个贫水国之一。并且，由于受季风气候影响，年内年际雨量分配及地区分布明显不匀，导致旱涝灾害频发。这一现象已成为制约我国经济发展和社会进步的重要因素。土壤墒情是反映干旱程度的重要参数之一，土壤墒情监测是进行旱情预报预警的基础。建立土壤墒情监测网能使人们及时了解旱情的发生，对旱情作出有效的评估，制定出合理有效的抗旱决策，使有限的水资源得到优化配置和合理使用。同时，根据土壤墒情制定合理的灌溉制度，实现适时适量的“精细灌溉”，提高水资源的利用率，实现节约用水、高效用水，在当前水资源日益短缺的形势下亦具有重要意义。
　　目前，国内外土壤墒情监测方法可以分为 3 类。第1 类为移动式测墒。即以土壤墒情速测仪通过在不同采样点进行不定期的测墒，然后经过数理统计分析和地统计分析得到区域内的土壤墒情。移动式测墒主要应用于对田间和小区域内的墒情监测与分析，其优点是不需投入大量经费，应用灵活方便。但是移动式测墒不能进行连续的土壤墒情监测工作，若监测区域较大，需投入较多的人力；第 2 类为遥感测墒。利用卫星和机载传感器从高空遥感探测地面土壤水分的方法均属于此类。遥感测墒能够同时监测大面积区域的土壤墒情，但是由于遥感数据的精度还在不断提高的过程中，导致遥感测墒在准确度上不是很高。第 3 类为固定站测墒。先在目标区域内建立多个固定测墒点并组成土壤墒情监测网，利用无线传感器网络技术将各固定站连续测量的土壤墒情数据汇聚到土壤墒情监测中心，然后利用空间插值法得到目标区域内的土壤墒情。固定站测墒不仅能够提高监测精度，而且能够长期连续监测，在上述三类方法中具有优势。本文以吉林省吉林市旱情监测系统为例，讨论土壤墒情监测系统的结构、组成及功能。
　　1 项目背景
　　吉林市位于吉林省中东部，属于温带大陆性季风气候，多年平均降雨量为 696.8 mm，7－8 月间的降雨占全年降雨量的 70%，4－6 月份降雨量仅占全年降雨量的28.9%，是旱灾易发月份。
　　吉林地区在 1966－1980 年的 15 年间出现了 10 个干旱年；1995 年大水后，吉林地区连续 7 年降雨偏少，干旱从 1997 年开始一直持续至 2003 年。2003 年全地区总水田面积 15.36 万 hm2，末插上秧的面积 3.36 万 hm2，占总面积 21.9％，其中总面积的 5.6％即 0.86 万 hm2基本绝收。2003 年种植旱田农作物 37.09 万 hm2，受灾面积 4.65万 hm2，占种植面积的 12.5％。近几年来，吉林市旱灾发生的频率加大，程度加重，范围也有扩大的趋势。
　　多年以来，吉林市的土壤墒情（旱情）信息化基础薄弱，信息收集手段较落后，可利用信息量少，上报的信息准确性差，信息传递时间长，无法满足新时期抗旱工作的需要。在信息获取方面，基层工作人员利用现有的土壤墒情点，采用人工铝盒取土烘干法及快速测墒仪观测获取土壤墒情数据。然后按照国家防办指定的抗旱统计报表要求，通过电话+传真的方式由县、地（市）逐级汇总上报。没有建立起信息采集的系统网络体系，不能实现及时准确获取旱情监测、分析和预报需要的各类信息，尤其对于反映旱情的重要参数之一的土壤墒情，采集点数量少，设备仪器老化失修，采集方式单一，数据的实效性、代表性无法满足抗旱管理工作的要求。在信息管理方面，主要是利用纸制资料保存数据，没有建立起抗旱信息数据库及管理系统，无法实现信息的集中存储、科学管理和共享应用。
　　建设吉林市土壤墒情（旱情）监测系统，在市属各区县合理布设土壤墒情监测站，以承担有关各类数据和旱涝情调查工作，及时、准确、系统地掌握全市各地的旱涝信息非常必要，从而为抗旱除涝决策提供科学依据。
　　2 系统的建设目标、结构和组成
　　依据《国家防汛抗旱指挥系统一期工程初步设计大纲》的要求，结合吉林市抗旱工作的实际情况，吉林市土壤墒情（旱情）监测系统的建设目标是，建立起覆盖全市重点抗旱县（市、区）的旱情监测系统；建立起土壤墒情采集点、县（土壤墒情信息站）、地市（旱情分中心）的通信网络；建立起分中心的旱情数据库及相应的分析管理软件系统等。针对这一目标，建立结构如图 1所示的土壤墒情监测系统，图中虚线框内为地（市）级土壤墒情监测系统，是本项目的主要建设内容。该系统由土壤墒情监测站、旱情信息站和旱情分中心组成。

　　图 1 土壤墒情（旱情）监测系统结构图
　　2.1 土壤墒情监测站
　　固定土壤墒情监测站和移动土壤墒情监测站是系统的第 1 级。固定土壤墒情监测站在所监测区域内选择具有代表性的地点建立，如果监测区域较大，为了能较全面地反映区域内土壤墒情状况，一般需建立多个固定土壤墒情监测站。固定站利用土壤墒情信息采集与远程监控系统进行数据的采集与传送。每天定时采集 2 次 10、20、50cm 3 个不同土壤深度的土壤含水量，通过 GSM 网络定时上报给信旱情息站，每天的采集次数和采集时间可根据需要人为设定。固定土壤墒情监测站采用土壤水分空间分布快速测试仪为测量仪表，配上太阳能电池板后，可在无人值守状态下长期自动工作。移动监测站可以移动的测量出不同采样点地表下 0～100 cm 不同深度的土壤含水量。移动土壤墒情监测站设备成本较低，操作简便，可与 GPS 结合使用，具有较大的灵活性，缺点是不能连续采集某一点的土壤水分值，而且需要人工操作测量，需花费较多的人力资源。固定土壤墒情监测站点的建设需按照预先做好的项目规划进行，而移动土壤墒情监测站点则不受位置限制。采用移动土壤墒情监测站能够进行数据的小范围密集采集，是固定监测站的必要补充。
　　固定土壤墒情信息采集站的布设遵照既能反映区域内旱情分布情况又节省资金的原则进行，干旱区域土壤墒情信息采集站点适当加密，旱情较轻区域相对稀疏。一般县市至少布设 2 个采集站，易旱县至少布设 3 个采集站。吉林市所属 5 个县市共建设 13 个土壤墒情信息采集站，站点分配如表 1。

　　表 1 土壤墒情采集站点统计表
　　2.2 土壤墒情（旱情）信息站
　　土壤墒情（旱情）信息站是区县级土壤墒情管理中心，是系统的第 2 级，主要负责接收第一级设备采集的数据，并进行初步的整理、统计和分析。信息站还要负责土壤墒情固定和移动监测站的设备维护，检查设备状态，保证设备完好可用。另一方面信息站可以手动的通过GSM网络控制土壤墒情固定站不定期的召测土壤墒情数据。经过初步分析的数据将通过 Internet 网或者 GSM网络上传给地（市）级防办的旱情分中心。信息站在整个系统中是软件和硬件设备的结合部，起到“承上启下”的作用。
　　2.3 旱情分中心
　　地（市）级旱情分中心是本系统中的第 3 级，它将辖区内各区县信息站上传的土壤墒情信息进行汇总和分析，然后对本地（市）土壤墒情（旱情）的分布情况进行分析和预报，做出土壤墒情分布图，等值面图，历史曲线图等，直观的反映出吉林市的土壤墒情趋势，从而可以直接指导防旱抗旱。同时将本地区的土壤墒情信息上传到更高一级（省级）的旱情中心，用于对更大区域上的旱情进行分析，为合理调配水资源提供决策依据。
　　根据国家防汛抗旱指挥系统一期工程“国家防汛抗旱指挥系统吉林旱情分中心建设”项目的要求，结合吉林地区的的自然状况，本文研究开发了国家防汛抗旱指挥系统吉林分中心土壤墒情（旱情）信息采集与管理系统。该系统由分中心、信息站和土壤墒情采集站三级组成。共建设了 1 个旱情分中心，5 个土壤墒情信息站，13个固定土壤墒情采集站。系统于 2007 年 10 月开始建设，2008 年上半年建设完成并于年底前通过验收。历时两年多的连续运行表明，系统在可靠性和实用性上基本达到了要求。