土壤含水率联网监测应用方案

一、项目背景与行业痛点

土壤含水率是农业墒情、旱情监测、灌溉管理、边坡稳定、生态修复、水土保持和科研试验中的重要基础参数。土壤中的水分状态直接影响植物根系吸水、作物生长、土壤通气、养分迁移、地表蒸发、降雨入渗以及岩土体力学性质，因此对土壤含水率进行连续、多深度、在线监测，可以将传统单次取样或人工计划测量扩展为具有时间和垂向剖面信息的连续监测体系。

在农业应用中，只监测地表是否干燥往往不能准确反映作物根区真实水分状态。降雨或灌溉以后，表层土壤可能已经明显湿润，但水分尚未下渗至主要根系层；反之，表面看起来偏干，深层土壤仍可能保存较多有效水分。如果仅依据单一表层测点进行灌溉决策，容易出现灌溉过早、过量或者根区实际缺水未被及时发现的问题。

在旱情监测中，单次土壤含水率也难以完整描述旱情发展。真正有工程意义的是土壤水分相对于历史正常状态、田间持水量、作物需水区间以及不同深度根区水分的持续变化，需要结合降雨、气温、蒸发、作物生育阶段和土壤类型综合评价。

在边坡、地质灾害和水土保持项目中，土壤含水率又具有不同含义。强降雨开始后，土壤水分通常首先从浅层增加，并逐渐向深层传递。随着坡体含水率提高，土体重度、基质吸力、孔隙水状态及地下水补给条件可能发生变化。因此多层土壤含水率可以用于识别降雨入渗过程、湿润锋推进以及坡体含水状态变化，但不能简单把某一个含水率值直接等同于边坡安全等级。

传统烘干法、人工取样法具有重要标准比对价值，但难以形成分钟级、小时级和长期连续的动态过程；人工计划还容易受到取样位置差异、人员操作和样品扰动影响。自动土壤水分传感器能够提高时间连续性，但测量结果同样受到土壤质地、容重、孔隙结构、盐分、传感器与土体接触状态及现场标定条件影响。

尤其对于介电式土壤水分传感器，其基本原理是利用土壤介电特性随含水量变化而变化。由于砂土、壤土、黏土、有机质土和高盐土的介电响应存在差异，同一个传感器在不同土壤中的实际测量偏差可能不同，因此高精度项目宜通过现场土样或标准方法开展比对，必要时建立项目土壤类型修正关系。

土壤含水率综合在线监测还应避免一个常见误区：

土壤含水率 ≠ 可被植物利用的全部有效水。

相同30%的体积含水率，在砂土和黏土中的农业意义可能完全不同。

土壤含水率升高 ≠ 地下水位已经升高。

土壤含水率下降 ≠ 作物已经达到旱情等级。

因此系统应在可靠测量基础上进一步结合土壤类型、田间持水量、凋萎系数、根系深度、降雨及其他环境参数进行专业分析。

S-CGSM01土壤含水率联网监测系统采用多层土壤温湿度传感器作为现场核心感知设备，在不同土层深度连续测量土壤体积含水率和温度，经数据采集与通信设备上传SIYB®数据管理平台，形成实时值、垂向剖面、变化速率、根区水分、阶段统计、阈值预警及多站点集中管理。

系统总体技术路线为：

土壤类型与监测目标分析 → 多层深度设计 → 传感器与土体可靠接触 → 土壤含水率及温度实时感知 → 数据联网传输 → 垂向剖面分析 → 根区含水状态 → 降雨/灌溉响应 → 水分消耗过程 → 阈值预警 → 灌溉、旱情、生态或工程管理。

二、建设目标与监测目标

1. 建设目标

建设由多层土壤温湿度传感器、现场数据采集与通信单元、供电系统和SIYB®数据管理平台组成的土壤含水率联网监测系统，对目标区域不同深度土壤水分和温度实施长期、连续、自动化监测。

系统应由传统单一“点值监测”升级为“时间—深度—空间”综合在线。每个测点不仅记录当前土壤水分，还要明确传感器对应深度、土壤类型、土地利用方式、作物类型或工程位置，使监测数据具有明确的物理和空间意义。

多个监测站联网后，可按照项目、区域、地块、边坡、生态样区或科研试验区进行分级管理，形成区域土壤水分监测网络。

2. 监测目标

连续获取不同深度土壤体积含水率。

连续获取不同深度土壤温度。

形成多层土壤水分垂向剖面。

计算指定土层平均含水率。

计算主要根区综合含水状态。

分析降雨和灌溉以后水分下渗过程。

识别表层湿润、深层未响应等水分分层现象。

分析土壤水分消耗速率。

分析连续无雨条件下土壤干燥过程。

在具有田间持水量等正式参数时计算相对墒情指标。

农业项目分析灌溉前后根区水分恢复程度。

边坡项目分析降雨入渗深度及不同土层水分响应时滞。

生态项目分析植被恢复区土壤水分长期变化。

系统最终应能够回答：

哪一层土壤最干 → 哪一层最湿 → 根区现在是否缺水 → 降雨已经入渗到多深 → 灌溉是否真正到达根系层 → 最近几天土壤失水有多快 → 深层是否长期过湿 → 多个地块或监测点之间水分差异如何。

三、需求分析

1. 必须明确监测的是体积含水率

S-CGSM01技术路线采用介电式水分传感器测量土壤体积含水率。

体积含水率通常表示单位总体积土壤中水分所占体积比例，与实验室常见的质量含水率属于不同物理量，不能直接将两者百分数互相替代。

2. 土壤含水率百分数必须明确物理定义

平台、招标文件和技术报告中宜明确写为“土壤体积含水率”，避免只写“湿度%”导致用户误认为是空气相对湿度。

3. 土壤类型对传感器结果具有影响

介电式传感器通常依据介电常数与含水率之间的标定关系输出结果。

砂土、壤土、黏土、有机质土及高盐土的矿物组成、孔隙和电导特性不同，因此高精度项目应根据实际土壤条件开展现场比对或专项标定。

4. 传感器与土体必须充分接触

探针周围存在明显空气间隙、碎石空洞或回填松散时，介电测量区域不能真实代表周围土壤，可能造成明显误差。

因此安装质量往往比简单增加传感器数量更加重要。

5. 多层监测深度应依据应用对象确定

农业项目应根据作物主要根系分布和耕作层设计。

果园和林地根系较深，测层应覆盖主要根区。

边坡项目应结合土层结构、潜在入渗深度和工程地质条件设计。

科研项目则应根据试验目的确定具体层位。

不能对所有项目机械统一采用相同深度。

6. 表层土壤变化不能代表整个土体

短时降雨以后，浅层传感器可能迅速升高，而深层数小时甚至更长时间后才发生变化。

因此单一5cm或10cm表层测点不能替代多层剖面监测。

7. 深层长期高含水率并不一定属于异常

地下水较浅、黏土层、低洼地或特定生态湿地中，深层土壤长期高含水率可能属于正常背景。

阈值必须根据实际土壤和用途建立，而不能统一采用固定百分数。

8. 土壤温度是重要辅助参数

土壤温度影响植物根系活动、蒸发、冻结融化以及土壤水分传感器工作环境。

多层土壤温度与水分同时监测，可以更完整分析土壤水热过程。

9. 盐分可能影响介电式测量

高盐碱地、施肥浓度较高区域和部分矿区土壤电导率较高，可能影响部分介电式传感器响应。

需要在高盐环境应用时，应根据实际传感器技术资料确认适用性，并通过现场比对验证。

10. 0～100%属于传感器量程，不代表自然土壤通常会达到100%

S-CGSM01产品资料给出的土壤湿度范围为0～100%。

该参数代表设备输出范围，不应解释为普通农业土壤实际正常工作含水率应该覆盖0～100%的全部区间。

11. ±3%需要结合实际标定条件理解

产品说明书给出的土壤湿度精度为±3%。

实际工程最终数据质量还受到土壤类型、安装接触、空间异质性、盐分和现场标定条件影响。

12. 告警不能直接替代旱情或边坡安全结论

系统某层土壤含水率达到阈值，只表示测值触发项目规则。农业旱情需要结合土壤类型、作物和气象条件；边坡风险则需要结合降雨、地下水、渗压和位移数据综合判断。

四、总体解决方案

S-CGSM01土壤含水率联网监测系统采用“多层土壤温湿度感知＋现场数据采集＋通信网络＋SIYB®数据管理平台＋水分剖面分析”的总体技术架构。

首先根据项目目标调查土壤类型、地形、植被或作物、根系深度、灌溉方式以及工程地质条件，确定具有代表性的监测位置和多层测量深度。

多层土壤温湿度传感器安装于目标土层，使各深度敏感单元与周围原状或代表性土体充分接触。设备持续获取各层土壤体积含水率及温度。

现场采集设备统一管理测点编号、深度、含水率、温度、时间和设备状态，并通过蜂窝网络、以太网或项目有线通信上传SIYB®数据管理平台。

平台按照项目配置计算各层实时水分、深度平均值、根区综合水分、变化速率、降雨后增量、灌溉响应和不同层位响应时间。

总体数据链路为：

土壤剖面 → 多层介电式水分传感器＋温度探头 → 数据采集单元 → 通信网络 → SIYB®数据管理平台 → 各层体积含水率 → 根区平均水分 → 垂向水分剖面 → 降雨/灌溉入渗 → 水分消耗 → 阈值与趋势分析 → 农业、生态或工程管理。

农业项目可进一步接入雨量、空气温湿度、太阳辐射、风速风向、叶面湿度和灌溉设备。

边坡和地质灾害项目可进一步接入降雨量、地下水位、渗压、GNSS、裂缝和深层水平位移。

生态修复项目可接入气象、蒸散、植被生长和水位等数据，形成土壤—植物—气象综合在线体系。

五、系统架构设计

1. 土壤剖面感知层

采用S-CGSM01多层土壤温湿度传感器，在不同深度获取体积含水率和土壤温度。

2. 现场采集层

采集设备统一获取多个深度的土壤水分、温度及设备状态，并保证各层数据具有统一时间戳。

3. 供电层

根据项目采用市电或太阳能供电。说明书中100W太阳能板和65Ah蓄电池属于示例配置，实际项目应按照整站真实功耗和当地太阳资源重新核算。

4. 通信层

通过蜂窝网络、以太网或项目有线接口将监测数据实时上传平台。

5. 数据计算层

完成各层含水率、平均含水率、变化量、变化速率、根区综合指标、入渗响应及长期统计。

6. 平台应用层

实现站点地图、实时数据、土壤剖面、历史趋势、预警、报表、设备状态及多站点集中管理。

六、监测内容与监测方法

1. 土壤体积含水率

连续监测各设计深度土壤水分百分比，作为土壤墒情分析基础数据。

2. 土壤温度

同步监测不同深度土壤温度，用于分析土壤水热环境。

3. 多层水分剖面

按照深度排列多个传感单元数据，形成某一时刻“深度—含水率”剖面。

4. 根区平均含水率

农业项目可根据实际作物主要根系深度，对对应土层计算平均或加权平均含水率。

5. 阶段含水率变化量

计算1小时、24小时、7天以及项目规定时间窗口内土壤水分变化。

6. 土壤失水速率

在无降雨、无灌溉阶段计算单位时间土壤含水率下降速度，用于分析土壤水分消耗过程。

7. 降雨入渗响应

记录降雨以后各深度含水率开始升高的时间、峰值和增量，用于分析降雨入渗。

8. 灌溉响应

农业项目记录灌溉前后各层水分变化，判断灌溉水是否到达目标根层。

9. 深层水分累积

长期监测深层含水率是否持续升高，用于识别过量灌溉、排水不足或地下水影响。

10. 扩展土壤和气象参数

根据项目可扩展土壤电导率、pH、空气温湿度、雨量、风速、太阳辐射等参数。

七、技术原理与算法模型

1. 介电式土壤水分测量原理

水的介电特性与土壤固相和空气存在明显差异。随着土壤中水分体积比例变化，土壤整体等效介电特性随之变化。

介电式水分传感器通过检测土壤介电响应，并依据传感器标定关系换算土壤体积含水率。

具体测量频率、介电算法和校准方程属于传感器技术参数，当前产品说明书未给出，不应在项目文件中自行编造。

2. 体积含水率定义

理想定义为：

θ_v = V_w / V_t × 100%

其中：

θ_v为土壤体积含水率。

V_w为土壤水体积。

V_t为土壤总体积。

3. 单层水分变化量

某一深度当前含水率为θ(t)，基准值为θ0：

Δθ = θ(t) - θ0

用于分析降雨、灌溉或干燥过程中的水分增减。

4. 含水率变化速率

在时间区间[t1,t2]内：

V_θ = [θ(t2)-θ(t1)] / (t2-t1)

可采用%/h、%/d等单位。

该指标可用于识别快速入渗和快速失水过程。

5. 多层平均含水率

若若干层传感器具有相同代表厚度，可进行算术平均：

θ_avg = Σθ_i / n

如果不同传感器代表的土层厚度不同，应采用厚度加权：

θ_w = Σ(θ_i × Δz_i) / ΣΔz_i

6. 土层等效储水量

在将体积含水率用小数表示时，某土层厚度Δz对应等效水层厚度可近似表示为：

W_i = θ_vi × Δz_i

多层土壤：

W = Σ(θ_vi × Δz_i)

当Δz采用mm时，W可表示为等效水层厚度mm。

该计算要求每个传感器能够合理代表相应土层，不能在层间差异很大的情况下机械外推。

7. 相对土壤墒情

如果项目具有经过试验确定的田间持水量θFC，可根据具体规范和用途计算相对指标，例如：

R = θ_v / θ_FC × 100%

具体土壤墒情评价方法和分级标准应依据农业、水利主管部门现行规范、土壤类型和作物条件确定。

田间持水量不能由设备厂家统一给出。

8. 作物根区加权水分

对于主要根系分布不均匀的作物，可以根据不同深度根系权重w_i计算：

θ_root = Σ(w_iθ_i) / Σw_i

权重应依据作物根系和项目农艺参数确定，而不是由平台默认设置统一比例。

9. 湿润锋响应分析

设降雨或灌溉开始时间为t0，不同深度含水率明显增加时间分别为t1、t2、t3……

通过比较不同深度响应时间，可以分析湿润过程由浅层向深层推进的速度。

这种方法适合监测趋势和响应过程，但不能在未知土壤非均质性条件下直接将两个传感器之间距离除以响应时间定义为严格物理意义上的土壤渗透系数。

10. 降雨入渗增量

一次降雨事件前后，可计算：

Δθ_rain,i = θ_after,i - θ_before,i

用于比较各深度对同一次降雨的响应幅度。

11. 灌溉有效深度判断

灌溉以后，如果浅层含水率明显升高，而目标根层无明显响应，说明本次灌溉水尚未充分到达对应深度。

如果根区充分恢复而更深层含水率持续显著增加，则需要结合土壤类型和农艺目标分析是否存在深层渗漏或灌溉偏大。

12. 土壤温度梯度

多个深度温度测点可计算垂向温度差：

ΔT_ij = T_i - T_j

用于分析土壤表层与深层水热环境变化。

八、系统功能设计

系统支持多层土壤温湿度传感器自动采集和联网传输。

平台实时显示每个深度土壤含水率和温度。

支持按照深度生成土壤水分剖面图。

支持按照深度生成土壤温度剖面图。

支持根区平均或加权含水率计算。

支持小时、日、周和自定义周期含水率变化统计。

支持水分上升和下降速率计算。

支持降雨和灌溉事件标记。

支持灌溉前后水分剖面对比。

支持田间持水量等项目参数配置。

支持不同站点、地块或边坡之间横向比较。

支持土壤含水率高值、低值、变化速率和设备异常告警。

支持扩展电导率、pH和气象参数。

支持历史曲线、日报、月报、季报及项目全过程报表。

支持传感器深度、安装位置、土壤类型、作物、量程、校准和维护记录管理。

平台应保留数据质量状态。当传感器异常或当前无有效数据时，应明确显示设备状态及最后有效数据时间，不应把历史数据继续作为当前实时值显示。

九、硬件组成与配置方案

1. S-CGSM01多层土壤温湿度传感器

作为系统核心感知设备，在多个设计深度同步获取土壤体积含水率和土壤温度。

2. 数据采集与通信单元

用于多层数据统一采集、时间管理和远程上传。

3. 现场机箱

用于安装采集、通信、电源和防护设备。

4. 市电供电系统

适用于农业园区、科研基地和具有固定供电条件的项目。

5. 太阳能供电系统

野外墒情、边坡、生态和科研站点可采用太阳能供电。

说明书提供100W太阳能板和65Ah蓄电池作为示例配置，但最终项目必须依据传感器、采集器、通信设备及其他扩展设备真实功耗重新核算。

6. 安装及防护附件

根据传感器结构和土壤条件配置安装工具、固定件、线缆保护及孔口防护装置。

7. 雨量监测单元

农业、边坡和生态项目可同步配置雨量计，用于分析自然降雨对土壤含水率的补给过程。

8. 综合气象监测单元

可配置空气温湿度、风速风向、太阳辐射、气压等设备，用于农业蒸散和生态水分分析。

9. 电导率与pH监测单元

根据实际项目需求扩展土壤盐分和酸碱环境监测。

10. 工程变形与地下水监测

边坡项目可增加地下水位、渗压、GNSS、裂缝和深层水平位移设备，建立降雨入渗—地下水—变形响应链。

十、核心设备参数

1. S-CGSM01核心技术参数

系统型号：S-CGSM01。

核心传感器：多层土壤温湿度传感器。

土壤温度范围：-50～+80℃。

土壤温度分辨率：0.1℃。

土壤温度精度：±0.5℃。

土壤湿度范围：0～100%。

土壤湿度分辨率：0.1%。

土壤湿度精度：±3%。

剖面能力：支持多层土壤温湿度布设。

太阳能板示例：100W。

蓄电池示例：65Ah。

系统功能：数据采集、存储、远程传输和平台展示。

2. 土壤湿度参数解释

产品技术路线明确采用介电式传感器测量土壤体积含水率，因此项目应用中宜将“土壤湿度%”解释和标注为土壤体积含水率。

如果最终供应商设备协议对参数定义另有规定，应以正式通信协议和标定资料为准。

3. ±3%精度边界

±3%为产品说明书给出的传感器指标。

不同土壤类型和现场安装状态可能影响实际工程表现，高精度监测宜通过标准取样方法或项目认可方法进行现场比对。

4. 0.1%分辨率边界

0.1%属于数字分辨能力，不表示整套工程在任意土壤条件下均具有±0.1%的测量精度。

5. 温度范围边界

-50～+80℃属于土壤温度传感器测量范围。

当土壤冻结以后，液态水、冰和土壤介电性质发生明显变化，土壤水分数据解释应结合传感器冻土适用性和项目观测要求进行。

6. 太阳能参数边界

100W太阳能板和65Ah蓄电池为说明书示例，并非所有站点固定配置。项目设计时应结合实际采样周期、通信方式、纬度、季节和连续阴雨条件重新核算。

十一、软件平台与数据展示

SIYB®数据管理平台按照“项目—区域—地块/边坡/试验区—监测站—深度”的层级组织土壤水分数据。

项目总览页面显示各站当前根区含水状态、最高和最低含水率、近期变化趋势、告警点及设备在线状态。

单站页面按照深度排列土壤含水率和温度，例如表层、中层、根区和深层，具体深度根据项目实际配置。

剖面页面以深度为纵轴、含水率为横轴生成当前水分剖面，并支持不同时间点剖面叠加，例如：

降雨前。

降雨结束后。

降雨后6小时。

降雨后24小时。

灌溉前。

灌溉后。

当前状态。

通过多期剖面叠加，可以直观识别水分由浅层向深层传播的过程。

农业页面可以按照主要根区显示平均含水率、阶段变化和灌溉事件。

边坡页面可以将降雨柱状图与各层含水率、地下水位、裂缝和位移曲线置于统一时间轴。

多个监测站可通过地图展示当前表层、根区及深层含水状态，用于区域墒情或生态水分空间比较。

十二、数据分析与智能应用

1. 多层土壤水分剖面分析

比较不同深度含水率，判断水分主要集中于表层、根区还是深层，并识别土壤水分分层现象。

2. 降雨入渗分析

将雨量与不同深度含水率叠加，分析降雨以后浅层、中层和深层依次响应的时间。

多次降雨过程长期积累后，可以建立特定土壤和植被条件下的典型入渗响应特征。

3. 灌溉效果分析

灌溉前后比较多层水分剖面，判断灌溉水是否到达主要根区。

如果仅表层明显增湿，可以进一步调整灌溉时长或方式。

如果深层持续显著增加，则可结合农艺条件分析是否存在过量灌溉或深层渗漏。

4. 土壤水分消耗分析

无雨、无灌溉时期，连续分析根区含水率下降速度，可以反映蒸发、蒸腾及深层迁移共同造成的水分消耗过程。

5. 农业旱情趋势分析

在具备土壤田间持水量、作物需水区间及当地墒情评价标准以后，可以对不同地块土壤水分状态进行分级分析。

系统不应脱离土壤和作物背景单独依据一个固定含水率百分数定义普遍旱情。

6. 边坡入渗深度分析

边坡项目通过多层水分传感器可以观察强降雨后湿润范围是否逐步向深层发展。

当深层水分明显升高，同时地下水位、孔压或位移发生变化时，可进一步分析降雨入渗与坡体响应之间的关系。

7. 根区与深层水分分离分析

农业灌溉管理应重点关注根区水分，而深层水分可以用于判断水分是否超出主要根系利用范围。

8. 土壤水分与温度联合分析

表层土壤温度高、蒸发强时，含水率下降速度通常可能增加。长期联合分析可以识别不同季节水热环境特点。

9. 多站点墒情空间分析

农业园区或区域墒情网络可以比较不同土壤类型、作物和灌溉区域的含水率差异。

站点数量和空间代表性不足时，不宜将单点数据直接插值为整个区域精确土壤水分分布。

10. 传感器异常识别

如果某一深度长期固定不变，而上下层对降雨均有明显响应，应检查传感器及土体接触状态。

如果一个测点出现突发异常，而周边同深度监测站、雨量和灌溉事件均无对应变化，应优先检查设备、线路或现场扰动。

十三、预警机制与决策支撑

土壤含水率监测预警应根据具体用途分别建立农业型、生态型和工程型规则，不能采用一套统一含水率上下限覆盖所有土壤和应用场景。

1. 低含水率预警

农业项目可依据作物、土壤和经批准的墒情控制参数，对根区土壤水分设置低值预警。

2. 高含水率预警

对于易涝农田、温室、边坡、生态工程等，可根据项目条件设置持续高含水率提示。

3. 快速增湿预警

边坡项目中，短时间深层含水率快速升高可能说明降雨入渗已经发展至较深位置，可作为与地下水、渗压和变形联合判断的趋势信息。

4. 快速失水预警

农业及生态项目中，根区含水率下降速度明显高于正常阶段时，可以形成灌溉或水分管理提示。

5. 根区综合预警

避免只根据单层传感器判断灌溉需求，可根据主要根区多层数据形成综合指标。

6. 降雨—土壤联合判断

边坡项目可建立：

持续降雨＋浅层含水率快速增加＋深层含水率响应＋地下水位升高＋位移增长

的多参数分析链。

7. 农业灌溉联合判断

农业项目可建立：

根区含水率下降＋近期无有效降雨＋天气蒸散需求增加

的灌溉辅助判断逻辑。

实际灌溉控制应结合农艺管理要求。

8. 数据质量预警

数据超范围、长期固定、突然非物理跳变、多层数据明显不合理以及通信异常应首先标记为设备或数据质量问题。

9. 推荐处置流程

土壤水分异常 → 检查原始数据和设备状态 → 比较上下相邻土层 → 比较附近测点 → 核对降雨、灌溉和气象事件 → 必要时取土或人工比测 → 结合农业、生态或岩土专业要求进行研判 → 实施相应管理措施。

十四、项目实施方案

1. 项目需求调查

明确项目属于农业墒情、旱情、边坡水分、生态修复还是科研试验，并确定监测目标和数据应用方式。

2. 土壤调查

调查砂土、壤土、黏土、填土等土壤类型，掌握明显分层、碎石、有机质和盐分条件。

3. 测点代表性设计

农业项目应考虑地形、土壤、作物和灌溉分区。

边坡项目应考虑坡顶、坡面、坡脚、地层和降雨入渗通道。

生态项目应考虑植被类型和恢复措施。

4. 多层深度设计

根据主要根系、土层和研究目标确定传感器深度。

深度应在施工图和平台点位中形成一一对应关系。

5. 原状土保护

安装过程应尽量减少对目标土层结构的扰动。

对于需要开孔或开挖安装的项目，回填时应尽可能恢复具有代表性的土体密实和接触条件。

6. 传感器安装

确保每个敏感单元与对应土层充分接触，避免明显空气空隙和松散回填。

7. 安装深度记录

逐层记录传感器实际深度，不应仅记录设备总长而缺少各敏感层位置。

8. 线缆保护

农业机械、动物、道路施工和边坡落石均可能造成线缆损坏，应根据现场设置埋管、护套或其他保护措施。

9. 机箱与供电安装

安装数据采集器、通信设备和供电系统。太阳能站点应避免植被或构筑物长期遮挡太阳能组件。

10. 平台参数配置

录入站点、土壤类型、传感器深度、温湿度单位、作物或工程对象等基础信息。

11. 初始稳定观察

安装施工会扰动周围土壤，传感器投入使用后应经过合理稳定期，再建立项目长期监测基线。

12. 现场比对

具备条件时，应采用项目认可的标准取样、烘干法或其他方法进行同位置或邻近代表性土样比对。

比对结果用于评价现场土壤类型下传感器响应，而不是简单要求自动传感器与一次人工取样完全一致。

13. 降雨或灌溉响应检查

在自然降雨或试验灌溉过程中观察各深度含水率变化顺序，确认传感器响应和深度编号正确。

14. 预警参数设置

农业阈值结合土壤、作物和农艺要求；边坡阈值结合水文地质、降雨和变形参数；生态项目结合目标植被和恢复要求。

15. 项目验收

验收内容宜包括设备型号、安装位置、多层深度、土壤类型、测值稳定性、人工比对、通信、平台剖面、告警、供电和运维资料。

十五、运维服务保障

系统应建立监测站档案，包括坐标、土壤类型、土地利用、作物或植被、传感器型号、各层深度、安装日期和校准资料。

长期监测过程中应避免在传感器附近频繁开挖、深翻或机械作业改变土壤结构。如果农业生产必须进行耕作，应在站点设计阶段设置合理保护区域。

定期检查现场机箱、通信天线、电源、太阳能组件、线缆及接头防水状态。

如果某层数据长期不响应自然降雨或灌溉，应检查传感器、线路和土体接触状态。

出现明显固定偏差时，应通过人工取样或其他项目认可方法进行复核，不能只通过软件修改数据显示值而不查明原因。

传感器重新安装、更换或改变深度以后，应重新记录土壤条件和安装位置，并建立新的监测基准。

农业项目在作物更换、耕作方式改变或灌溉方式改变后，应重新评估根区水分指标和预警参数。

边坡项目在强降雨、坡面工程治理、排水系统改造或重大地质变化以后，应重新评价测点代表性。

十六、项目优势与方案价值

S-CGSM01采用多层土壤温湿度传感器，可在同一站点同时获取不同深度水分和温度，相比单一表层监测能够更完整反映土壤剖面状态。

连续在线监测能够完整记录降雨、灌溉、蒸发和植物吸水造成的土壤水分变化过程，弥补人工计划样数据时间离散的问题。

通过多层剖面分析，可以区分“表面已经湿润但根区仍缺水”和“表层偏干但深层仍有充足水分”等不同状态。

通过根区综合分析，可以使农业灌溉管理从单一表层湿度判断转变为主要根系层水分判断。

通过降雨入渗响应分析，可以研究水分由浅至深传播过程，为边坡水文响应和生态水分研究提供数据。

系统可扩展电导率、pH及气象要素，从单一土壤含水率监测进一步形成土壤环境综合在线体系。

多个站点联网以后，可实现农业园区、流域、边坡群或生态样区集中管理。

通过与雨量、地下水和结构变形数据融合，可以构建：

降雨/灌溉 → 土壤入渗 → 根区或坡体含水变化 → 地下水/植物/结构响应 → 趋势分析 → 管理决策

的完整技术链路。

十七、应用场景

1. 农田墒情监测

用于粮食作物、经济作物及高标准农田多层土壤水分监测，掌握耕作层和主要根区墒情。

2. 农业旱情监测

结合土壤类型、田间持水量、作物阶段及气象数据分析土壤水分持续下降过程，为旱情监测提供基础数据。

3. 智慧灌溉

用于滴灌、喷灌、微喷及其他灌溉工程，分析灌溉水进入土层的深度和根区水分恢复程度。

4. 果园及经济林

针对根系较深的果树、茶园、林木等采用多层布设，分析不同深度土壤水分利用情况。

5. 温室及设施农业

与灌溉、空气温湿度和光照系统联合，实现根区土壤环境长期监测。

6. 边坡水分监测

用于自然边坡、工程边坡、公路铁路边坡和滑坡隐患点，分析降雨入渗造成的坡体浅层和深层含水变化。

7. 矿山及排土场

用于露天矿边坡、排土场和矿山生态修复区土壤水分监测，并可与降雨和位移数据联合分析。

8. 生态修复监测

用于荒漠化治理、矿山复绿、水土保持、湿地恢复和植被恢复项目土壤水分条件评价。

9. 科研试验

适用于农学、生态学、水文学、土壤学及环境科学长期试验，研究土壤水热过程。

10. 水文与水土保持监测

用于研究降雨入渗、坡面产流、土壤水分储量和流域水文过程。

十八、效益分析

土壤含水率综合在线监测能够将人工间歇取样扩展为全天连续数据，完整记录降雨、灌溉和干旱过程。

多层剖面数据能够提高对实际根区水分的认识，避免单一表层含水率造成错误灌溉判断。

农业项目通过水分趋势和根区分析，有助于减少无依据的固定周期灌溉，并为合理灌溉提供数据支撑。

旱情监测通过长期数据能够区分短期表层干燥与根区持续缺水，提高墒情判断的连续性。

边坡项目通过降雨和多层土壤水分联合监测，可更加清晰地观察降雨入渗过程，为地下水、渗压和位移异常分析提供前置水文信息。

生态修复项目可以长期评价不同植被措施、覆盖方式和土壤改良措施对土壤保水能力的影响。

多个监测站联网以后，可以集中管理不同地块和区域数据，减少分散人工计划记录和数据整理工作。

长期形成的土壤水分数据库还可用于农业灌溉模型、旱情分析、生态水文研究和工程风险模型优化。

十九、标准规范与技术依据

1. NY/T 1782-2025《农田土壤墒情监测技术规范》

农业墒情监测项目可结合现行NY/T 1782-2025《农田土壤墒情监测技术规范》进行监测站点、观测内容、监测和数据应用设计。

实际农田墒情评价还应结合当地土壤、作物和农业主管部门相关技术要求。

2. SL/T 364-2015《土壤墒情监测规范》

水利和墒情监测项目可结合SL/T 364-2015《土壤墒情监测规范》开展土壤墒情站点布设、监测和资料分析。

3. GB/T 28418-2012《土壤水分（墒情）监测仪器基本技术条件》

土壤水分监测仪器的技术要求可参考GB/T 28418-2012。

该标准目前已进入修订程序，项目长期技术文件应关注后续新版本发布情况。

4. QX/T 567-2020《自动土壤水分观测仪》

气象及自动土壤水分观测应用可结合QX/T 567-2020进行设备和观测系统技术设计。

5. SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》

项目需要接入相关水利水文业务系统时，现场数据传输可结合SL/T 651-2014及项目平台主管部门数据接口要求实施。

6. 墒情阈值与评价参数来源

田间持水量、凋萎系数、农业旱情分级、最佳灌溉区间以及土壤过湿阈值，应来源于当地土壤试验、农业技术资料、专项设计或现行行业规范。

设备厂家不应以统一土壤含水率百分数替代不同土壤和作物的专业评价标准。

7. 产品参数与项目验收边界

S-CGSM01说明书明确提供温度、土壤湿度量程、分辨率和精度，并支持多层剖面监测。

对于现场土壤条件下的最终测量质量，应结合安装质量、土壤类型和人工计划比对评价。

8. 推荐项目依据

• NY/T 1782-2025《农田土壤墒情监测技术规范》。
• SL/T 364-2015《土壤墒情监测规范》。
• GB/T 28418-2012《土壤水分（墒情）监测仪器基本技术条件》及其后续修订版本。
• QX/T 567-2020《自动土壤水分观测仪》。
• SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》。
• 项目所在地农业、水利、气象、生态或自然资源主管部门相关要求。
• 土壤调查、土壤物理性质和作物根系资料。
• S-CGSM01土壤含水率监测系统产品说明书。
• 多层土壤温湿度传感器供应商选型、校准及安装资料。
• 人工计划比对、系统调试及工程验收记录。

二十、成功案例

以下为典型应用案例（示例），用于说明S-CGSM01土壤含水率联网监测系统的工程应用逻辑，不作为未经确认的实际客户项目业绩。

案例一：灌溉后表层快速增湿但根区响应不足

某农业地块采用多层土壤水分监测。

一次短时间灌溉后，浅层含水率快速升高，但主要根层水分变化较小。

平台通过多层剖面对比发现灌溉水主要停留于浅层，后续通过优化灌溉时长和方式，使水分能够更有效进入主要根区。

该案例说明灌溉管理不能仅依据表层土壤湿润程度。

案例二：灌溉量偏大造成深层水分持续增加

某种植区多层监测数据显示，灌溉后根区已经达到目标状态，但更深层含水率仍持续上升。

多次灌溉过程均出现相似现象。

结合土壤条件分析后，项目对单次灌溉量进行调整。

该案例说明多层土壤水分可以用于识别可能超出主要根区的深层水分迁移。

案例三：连续无雨条件下根区水分逐日下降

某旱情监测站在连续无有效降雨阶段，浅层含水率首先快速下降，中层和深层下降速度相对较慢。

随着旱情持续，根区综合含水率逐渐降低。

平台将不同深度水分变化与空气温度、雨量及作物生育阶段联合展示，为墒情管理提供连续数据。

案例四：强降雨以后边坡湿润锋逐步向深层发展

某边坡沿土体剖面设置多个深度水分监测层，同时配置雨量、地下水和GNSS。

强降雨开始后浅层水分首先快速增加，随后中层出现响应，较深层水分在一定时间以后开始上升。

后期地下水位出现缓慢上涨。

该案例说明多层土壤水分可以提供降雨由地表向坡体内部入渗过程的信息。

案例五：单层长期不响应经检查发现土体接触异常

某监测点上下两层土壤含水率对降雨均有明显响应，但中间一层长期变化很小。

现场复核发现该敏感区域附近存在安装空隙，导致传感器与土体接触不足。

重新规范安装后，该层能够正常响应降雨过程。

该案例说明介电式土壤水分监测高度依赖传感器与周围土体的实际接触状态。

案例六：不同土壤地块相同含水率具有不同农业意义

某农业园区在砂壤土和黏壤土地块分别布设监测站。

两个地块某时刻体积含水率数值接近，但人工计划和农艺参数显示两类土壤的田间持水能力不同。

平台随后分别使用各自土壤参数进行墒情分析，而不再使用统一百分数划分缺水等级。

该案例说明土壤含水率必须结合土壤类型解释。

案例七：降雨量较大但深层土壤水分响应有限

某生态恢复区一次降雨累计量较大，但雨强较低且植被、枯落物和表层土体对降水进行了较强截留和吸收。

浅层土壤水分增加明显，深层变化有限。

该案例说明降雨量不能直接等同于所有土层实际获得相同水分补给。

案例八：生态修复措施改善土壤保水特性

某生态修复项目在治理区和对照区分别设置多层土壤水分站。

经过长期监测发现，同一降雨以后治理区根层水分维持时间较长，干燥阶段下降速度相对较慢。

连续数据可以作为评价植被恢复和土壤改良效果的量化依据之一。

S-CGSM01实际客户案例发布原则

正式对外发布实际项目案例时，应具备项目授权、站点位置、土壤类型、传感器深度、设备型号、安装照片、人工计划比对、连续运行数据和验收资料。

产品说明书中的应用场景图属于AI生成的典型部署示意，用于展示农业土壤水分监测站典型环境，并非S-CGSM01实际客户现场照片，不应直接作为真实项目业绩发布。

二十一、参考文献

1. 《S-CGSM01 土壤含水率监测系统产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. NY/T 1782-2025《农田土壤墒情监测技术规范》。
3. SL/T 364-2015《土壤墒情监测规范》。
4. GB/T 28418-2012《土壤水分（墒情）监测仪器基本技术条件》及其后续修订版本。
5. QX/T 567-2020《自动土壤水分观测仪》。
6. SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》。
7. 项目所在地农业、水利、气象、生态环境及自然资源相关技术要求。
8. 项目土壤调查资料、作物及植被资料、田间持水量等土壤物理参数。
9. 多层土壤温湿度传感器产品选型、校准和安装技术资料。
10. 人工计划比对、系统联调、运行维护和项目验收记录。

S-CGSM01土壤含水率联网监测系统适用于农业墒情、旱情、智慧灌溉、果园、设施农业、边坡水分、矿山生态修复、水土保持、科研试验及其他需要长期掌握土壤水热状态的应用场景。

土壤含水率监测真正需要解决的，并不是简单知道“土壤现在是多少百分比”，而是明确该数值属于哪个深度、什么土壤类型和什么应用对象，进一步掌握根区是否缺水、降雨已经入渗到多深、灌溉是否到达目标土层、深层是否存在水分累积以及不同土层水分变化速度是否发生异常。

通过S-CGSM01多层土壤温湿度传感器、数据采集与通信设备以及SIYB®数据管理平台，并进一步融合雨量、气象、电导率、pH、地下水、渗压和结构变形等数据，可以构建“降雨/灌溉—土壤入渗—多层含水率—根区墒情—水分消耗—环境响应—趋势预警—农业/生态/工程管理”的土壤含水率联网监测体系。