楊軍

摘要：三峽水庫建成后，高峽出平湖，在長江中上游形成了一道亮麗的風(fēng)景線。隨著江面變寬闊，水流平緩，流域生態(tài)環(huán)境也隨之發(fā)生了變化，對水庫泥沙淤積問題越來越引起人們的關(guān)注，水庫泥沙從何而來，如何監(jiān)測，如何控制，成為各方專家探討的科題。本文結(jié)合水土保持監(jiān)測和水土保持治理，做出以下論述。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū) 入庫泥沙 監(jiān)測探討

一、庫區(qū)水土流失現(xiàn)狀

長江流域山高坡陡、溝壑縱橫、地形破碎、土層淺薄，加之降雨充沛，一旦地表植被不復(fù)存在，就會發(fā)生嚴(yán)重的水土流失。三峽水庫建成后，長江上游，良田無法滿足日益膨脹的人口，人們向大山要耕地，使坡耕地成為長江水土流失最嚴(yán)重的地帶，荒山荒坡、疏幼林地和滑坡、崩塌、泥石流等也帶來大量泥沙，開發(fā)建設(shè)項目則造成了人為的水土流失。水土保持監(jiān)測是水土流失防治的基礎(chǔ)工作，是完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、落實國家生態(tài)保護(hù)與建設(shè)決策的重要支撐。

二、水土流失監(jiān)測存在的問題

1、目前的監(jiān)測主要采用駐點監(jiān)測為主（站點稀疏），巡測為輔，無法準(zhǔn)確掌握入庫支流的泥沙情況。

2、監(jiān)測隊伍薄弱，監(jiān)測手段單一，監(jiān)測技術(shù)較為落后。

3、各系統(tǒng)對水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)尚未共享。

三、建議

（一）加強水土流失治理

1、長江上游大于25度的坡耕地建議退耕還林。

2、在長江消落帶進(jìn)行植物措施治理。

3、長江中游禁止圍湖造田。

（二）加強水土保持宣傳

1、讓水土保持走進(jìn)校園，大力宣傳水土保持對生態(tài)環(huán)境的重要性。

2、對于項目開發(fā)，宣傳水土保持方案的審批，強化跟蹤監(jiān)督工作，嚴(yán)格把關(guān)。

（三）提高泥沙監(jiān)測技術(shù)手段

1、推移質(zhì)輸沙率測驗技術(shù)現(xiàn)狀與建議

天然河道中的推移質(zhì)位于河流底層，在時間和沿河床橫向分布上隨機性較大，上述因素給推移質(zhì)測量造成了極大的困難，使得推移質(zhì)測驗技術(shù)多年來進(jìn)展不大。目前，水土流失監(jiān)測站開展推移質(zhì)測驗的方法主要為采樣器法，基本思路是沿測量斷面布設(shè)多個垂線，在各垂線依次投放采樣器進(jìn)行取樣，再沿斷面積分求得斷面輸沙率，所用的采樣器主要由壓差式和網(wǎng)式兩類。然而，由于推移質(zhì)輸沙率對水流條件的變化極為敏感，而采樣器投放到河底時對局部水流條件影響顯著，加之采樣器底部很難緊貼床面，使得現(xiàn)有采樣器的采樣效率較低（低于50%）;同時，現(xiàn)有斷面輸沙率測驗方法自動化和信息化水平不高，完成一次采樣歷時較長（≤4小時），需要大量人力投入;上述因素使得河流斷面推移質(zhì)輸沙率尚遠(yuǎn)未實現(xiàn)準(zhǔn)確、實時、自動測量的目標(biāo)。

2、懸移質(zhì)輸沙率測驗技術(shù)現(xiàn)狀與建議

在懸移質(zhì)泥沙運動測量方面，最準(zhǔn)確的方法仍然是傳統(tǒng)的人工取樣后實驗室分析級配和濃度，這種方法雖然結(jié)果準(zhǔn)確但是無法實施遠(yuǎn)程自動化觀測。目前應(yīng)用較多的實時在線監(jiān)測方法主要有紅外光或者超聲波散射技術(shù)測量懸移質(zhì)濃度。但這兩種技術(shù)均存在明顯的局限性，其中最嚴(yán)重的制約因素有兩個：一是只適應(yīng)于較低的泥沙濃度（稀疏顆粒），二是多局限于泥沙濃度的測量，然而泥沙濃度和級配測量二者存在極大相關(guān)性，僅僅測量單一參數(shù)會導(dǎo)致測量結(jié)果精度極低。

因此，建議研制適用于野外河流泥沙的濃度和級配耦合測量系統(tǒng)。擬基于超聲波回波強度與泥沙濃度和級配的關(guān)系，采用多頻率超聲傳感器測量泥沙濃度和級配。根據(jù)瑞利反向散射原理，超聲波的回波信號強度與超聲波入射強度、超聲波頻率、測點距離探頭距離、測點水團的含沙量、泥沙粒徑均存在相關(guān)關(guān)系。因此，在確定超聲波入射強度、超聲波頻率和測點距離探頭距離后，使用單一頻率探頭所得回波信號強度仍然同時受到含沙量和泥沙粒徑分布的影響。因此，單一頻率探頭只能在泥沙粒徑分布恒定的情況下標(biāo)定后測量泥沙含沙量，當(dāng)泥沙粒徑分布改變時，測量結(jié)果便會發(fā)生較大誤差。本項目擬在同一測點同時使用4種頻率的傳感器，中心頻率分別為1.5、3.5、9.0、22.0MHz，覆蓋帶寬0.8～30MHz。根據(jù)瑞利散射公式可知可檢測的最小粒徑為D=0.0016mm，可檢測的最大粒徑D=0.358mm，完全覆蓋長江和黃河常見懸移質(zhì)的粒徑分布范圍。在相同濃度相同粒徑條件下，不同頻率探頭的回波強度不同，通過大量實驗室標(biāo)定實驗，得到四探頭條件下回波強度與泥沙粒徑分布和濃度分布的關(guān)系。最終實現(xiàn)對泥沙粒徑分布和濃度分布的同時測量。

3、庫區(qū)淤積測量技術(shù)現(xiàn)狀與建議

常規(guī)的水庫淤積測量方法主要是斷面法測量水深，通過兩次的庫容相差獲得淤積量，操作較為簡單，但因受前提斷面位置假設(shè)的制約，精度難以保證。隨著3S技術(shù)的迅速發(fā)展，水下地形測量方法取得了很大的進(jìn)展。通過全球定位系統(tǒng)GPS獲取平面坐標(biāo)，高精度測深儀獲取水深數(shù)據(jù)。例如，回聲測深儀是一種單波束測深設(shè)備，雙頻測深儀根據(jù)兩個頻率測量深度，通過相差獲得淤積層厚度。

為了保證淤積量的測量精度，需要對庫區(qū)進(jìn)行測線設(shè)計，GPS和測深采樣也要按照水下地形測量規(guī)范等間距或等時間采樣，如果水下地形出現(xiàn)變化，需加密測線。這樣有利于提高在水下地形變化復(fù)雜的測區(qū)淤積測量精度。為了提高淤積量測量精度，有學(xué)者提出了更為準(zhǔn)確的淤積量計算方法，例如“三角度體積法”等。通過先進(jìn)的測控設(shè)備可以高效測量水庫淤積量，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)保證已有地形數(shù)據(jù)和實際中多種測量儀器測量數(shù)據(jù)結(jié)果之間的坐標(biāo)基準(zhǔn)匹配準(zhǔn)確。

四、萬州區(qū)劉家溝小流域綜合觀測站監(jiān)測運行現(xiàn)狀

（一）選址

劉家溝小流域控制站位于三峽庫區(qū)腹心的重慶市萬州區(qū)天城鎮(zhèn)萬河村，出口處地理坐標(biāo)：東徑108°21′45″、北緯30°53′45″，距萬州主城區(qū)約5 km，交通十分便利。劉家溝閉合小流域面積1.64km2，主河道長3.10km，平均坡降20%，屬長江流域一級支流。劉家溝小流域汛期及枯期的徑流、泥沙變化懸殊大，在設(shè)計上采用了復(fù)合式堰，即由三角堰和矩形堰復(fù)合而成的平坦“V”型堰。建站目的是觀測小流域治理前后徑流、泥沙的變化，從而分析水土保持防洪減災(zāi)作用以及水資源優(yōu)化配置在發(fā)展小流域經(jīng)濟方面的作用。

流域內(nèi)土壤以黃壤和棕紫色沙壤土為主，天然植被以松、杉、柏等為主，主要分布在流域上游，林草覆蓋率達(dá)到70%。人工植被以經(jīng)果林為主，主要有油桐、桑樹、柑桔、梨、板栗、杜仲等。

流域農(nóng)業(yè)種植以水稻、小麥、玉米、紅苕、洋芋等為主。

流域上游以成林和疏幼林為主，流失程度較輕;中游坡度大，荒山荒坡多，雜草雜樹較多，下游雖然坡度較小，但是坡耕地多，墾殖指數(shù)高，流域中下段水土流失較為嚴(yán)重。流域內(nèi)土壤侵蝕以面蝕為主。

（二）泥沙觀測

劉家溝泥沙觀測主要包括兩方面：懸移質(zhì)觀測和推移質(zhì)觀測。

1、懸移質(zhì)觀測

主要采用人工觀測和儀器觀測相結(jié)合。目前，水位觀測已基本實現(xiàn)自動化，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，洪水發(fā)生時，人工觀測就是在卡口出口處用采樣器進(jìn)行人工采樣，儀器觀測目前采用了ISCO采樣器，通過水位觸發(fā)的原理實現(xiàn)儀器的自動采樣。

2、推移質(zhì)觀測

主要采用人工觀測，劉家溝觀測站在修建時，在卡口上游修建了沉沙池，推移質(zhì)就是在沉沙池中人工采樣計算得到。

泥沙數(shù)據(jù)均需通過采樣后到實驗室分析得到。

（三）立足劉家溝小流域的監(jiān)測工作，提出以下想法：

1、利用遙感、無人機等現(xiàn)代信息技術(shù)繪制流域地形圖，掌握萬州區(qū)全域入庫支流情況、項目開發(fā)情況、植被覆蓋情況等。在入庫重要支流合理布設(shè)監(jiān)測站點，時時監(jiān)測入庫泥沙數(shù)據(jù)。

2、在自動化儀器不能及時跟進(jìn)的情況下，采取人工觀測結(jié)合儀器同時進(jìn)行，盡量保證泥沙數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。