楊 偉 ，李 璐 ，趙 輝 ，于 泳 ，齊文杏 ，雷 盛

（1.湖北省水利水電科學研究院，430070，武漢；2.湖北省水土保持工程技術研究中心，430070，武漢）

一、開展省級水土保持監(jiān)測站點優(yōu)化布局的背景

全國水土保持監(jiān)測網絡始建于2004年，到2010年基本建成。該監(jiān)測網絡分為兩期建設，一期工程主要是監(jiān)測中心站與監(jiān)測分站建設，二期工程主要是監(jiān)測點建設。以湖北省為例：一期工程建設內容主要包括建設1個省級水土保持監(jiān)測中心，武漢、恩施、宜昌、襄樊、荊門、黃岡、十堰、孝感、咸寧、鄂州等10個監(jiān)測分站；建立1個分布式信息處理系統(tǒng)，實現省級水土保持監(jiān)測網絡中心和10個分站的10個數據分中心廣域互連；為各站點配置必要的監(jiān)測網絡設備、辦公設備、專業(yè)軟件；開發(fā)水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)軟件，實現網上運行、發(fā)布；完成湖北省水土保持監(jiān)測網絡數據庫建庫和已有基礎數據的采集錄入。二期工程建設內容主要包括進一步完善省水土保持監(jiān)測中心，完善軟件系統(tǒng)的二次開發(fā)；新建77個監(jiān)測點，包括荊州、隨州、黃石和神農架4個綜合點（監(jiān)測分站），夷陵、紅安2個示范監(jiān)測點，秭歸、長陽等38個重點監(jiān)測點和鄖縣、竹山等33個普通監(jiān)測點建設。

經過10多年運行，全國水土保持監(jiān)測網絡已經明顯跟不上當前水土保持工作形勢需要。一是站點布局有待優(yōu)化，現有監(jiān)測站點主要依據當時“三區(qū)”劃分，與當前的全國水土保持區(qū)劃和重點防治區(qū)不盡一致。二是各監(jiān)測點徑流小區(qū)布設等缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，監(jiān)測設施有待完善。三是監(jiān)測設備有待更新，受當時技術水平所限，大多數監(jiān)測點采用人工觀測，工作量大，人為導致的誤差大。四是信息化水平亟待提升，一二期工程建設的信息系統(tǒng)和數據庫已落后于當前水利信息化的水平和要求。

針對上述問題，水利部從2018年開始推進水土保持監(jiān)測站點優(yōu)化布局工作。湖北省從2016年啟動全省水土保持監(jiān)測站點優(yōu)化布局與升級改造，2018年年底開始正式施工建設，2020年年底完成27個監(jiān)測點的升級改造，計劃2021年年底完成全部省級監(jiān)測站點升級改造。屆時將原來1個監(jiān)測中心、10個監(jiān)測分站、77個監(jiān)測點組成的全省水土保持監(jiān)測網絡，調整為1個監(jiān)測中心、14個監(jiān)測分站、42個重點監(jiān)測點組成的省級水土保持監(jiān)測網絡和市縣級普通監(jiān)測點組成的全省水土保持監(jiān)測網絡體系。根據湖北省水土保持監(jiān)測網絡體系優(yōu)化布局與升級改造工作和依托監(jiān)測點開展的一些水土流失監(jiān)測研究工作，提出一些問題和建議。

二、站點優(yōu)化布局需加強小流域控制站和自然坡面小區(qū)建設

1.小流域和重點工程監(jiān)測

2018年湖北省僅有11個監(jiān)測點的11座小流域控制站，并且5座分布于大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)（三峽庫區(qū)周邊）。全省8個水土保持三級區(qū)有3個沒有控制站。控制站數量少且分布極為不均?，F有小流域經過多年治理和恢復，目前小流域降雨過程產生的泥沙極少，小流域控制站的觀測價值大大下降。

小流域是水土流失治理的基本單元。根據小流域治理計劃，在即將實施重點治理的小流域建設小流域控制站，對小流域治理前、治理中、治理后的水土流失情況開展監(jiān)測，對小流域的治理效果評價提供數據支撐。針對生態(tài)清潔小流域，還可增加面源污染物等指標的監(jiān)測。對于經過多年治理后觀測指標趨于穩(wěn)定、觀測意義不大的小流域控制站可適時取消。

2.科學合理布設徑流小區(qū)

原有水土保持監(jiān)測網絡建設，很多徑流小區(qū)布設沒有制定統(tǒng)一規(guī)劃和方案。以湖北省為例，二期工程監(jiān)測點主要由地方自主建設，省級僅對監(jiān)測點規(guī)模提出要求，監(jiān)測點選址和坡度、坡長、措施設計等均由地方自主確定，各徑流小區(qū)設置目的不明確，不同監(jiān)測點數據難以進行比較分析和統(tǒng)一利用。

湖北省監(jiān)測站點優(yōu)化布局工作，提出把各監(jiān)測點徑流小區(qū)分為三類：一是水土流失觀測小區(qū)。根據水土流失遙感調查成果，統(tǒng)計各個水土保持分區(qū)水土流失地塊的土地利用類型、坡度及植被，布置對應土地利用類型、坡度及植被的徑流小區(qū)。二是水土保持效益觀測小區(qū)。根據水土保持措施調查成果，結合各區(qū)域水土流失治理措施選擇習慣及布置坡度，布置對應措施類型和坡度的徑流小區(qū)。三是對照小區(qū)。根據水土流失觀測小區(qū)和水土保持效益觀測小區(qū)的坡度，布置對應坡度的裸地對照小區(qū)。

3.加強自然坡面小區(qū)建設

徑流小區(qū)是監(jiān)測點數量最多的觀測設施。為便于集中管理，目前監(jiān)測點徑流小區(qū)大多是人工坡面小區(qū)，即把原有自然坡面通過人工填挖整形成為特定坡度的平整坡面，自然坡面徑流小區(qū)較少。2018年湖北省36個監(jiān)測點共有180余個標準的人工坡面徑流小區(qū)，自然坡面徑流小區(qū)不足10個。

人工坡面小區(qū)在建設過程中對坡面進行整形，極大地擾動了土壤表層結構和地面植被，人工坡面小區(qū)的水土流失特征與自然坡面的水土流失特征截然不同，至少需要數年沉降才能逐步恢復到自然坡面結構。因此人工坡面小區(qū)的水土流失觀測結果很難代表自然坡面的水土流失過程。

在監(jiān)測站點優(yōu)化布局與升級改造中重視自然坡面小區(qū)建設，需要新建徑流小區(qū)的，要優(yōu)先建設自然坡面徑流小區(qū)。原有的人工徑流小區(qū)經過多年沉降已經較為接近自然坡面，在維修升級過程中要盡量減少土層擾動。

三、站點優(yōu)化布局需要重視三個突出問題

1.重視自動化監(jiān)測設備選型

實現徑流、泥沙、降雨、土壤水分等指標的自動化監(jiān)測是提高水土保持監(jiān)測質量的必然要求。一是傳統(tǒng)人工監(jiān)測過程中的分流過程和攪拌取樣過程誤差大，根據實際觀測泥沙誤差可達40%，采用自動化設備的誤差可控制在20%內。二是布設自然坡面小區(qū)，必然要求建立無人值守的自動化徑流小區(qū)，傳統(tǒng)人工管理模式無法實現分散布置自然徑流小區(qū)的觀測。

自動化監(jiān)測設備選擇，一要考慮設備性能，包括最大徑流量、最大泥沙含量、最大徑流誤差、最大泥沙誤差。目前基于稱重法的小區(qū)徑流泥沙監(jiān)測設備逐漸得到水土保持工作者的認可，但是不同廠家的設備原理還存在一定差別。全樣監(jiān)測的設備準確性高，但是成本也較高。二要考慮設備的穩(wěn)定性。徑流泥沙監(jiān)測設備的室外工作環(huán)境不可控因素多，室內運行正常的設備在野外工作中問題頻發(fā)，嚴重影響了監(jiān)測工作的開展。三要考慮設備與設施銜接。新建和改造徑流小區(qū)在設計階段要考慮設備安裝要求，特別是小區(qū)徑流泥沙監(jiān)測設備高度。

2.重視信息系統(tǒng)升級開發(fā)

通過全國水土保持監(jiān)測網絡和信息系統(tǒng)建設，建成了一批水土保持應用系統(tǒng)。但是隨著信息化工作的不斷推進，早期建設的系統(tǒng)一部分已經失去作用，另一部分已經被或即將被新的系統(tǒng)所取代。還有一部分系統(tǒng)仍存在較大使用價值，但是由于其硬件設施已經達到5～8年的使用年限，繼續(xù)使用將會影響系統(tǒng)的功能性，達不到使用要求，或者其使用環(huán)境和用戶需求發(fā)生了一定變化，必須進行升級。

信息系統(tǒng)升級過程的關注重點，一是要與各種自動化監(jiān)測設備無縫對接，實時接收和存儲徑流、泥沙、氣象、土壤水分、視頻等設備的實時觀測數據。二是要在數據接收存儲的基礎上，實現各項監(jiān)測數據的自動化整理分析，取代傳統(tǒng)數據整編工作。三是要探索實現地面監(jiān)測與遙感監(jiān)測的協(xié)同及空地數據同化，為提升遙感監(jiān)測精度、開展水土流失安全預警服務。

3.重視監(jiān)測數據挖掘應用

目前國家級水土保持監(jiān)測點的監(jiān)測數據成果主要服務于全國土壤侵蝕模型的建立、修訂和完善，如何發(fā)揮省市縣監(jiān)測點水土流失監(jiān)測數據作用一直是地方各級監(jiān)測機構亟待回答的問題。

①水土流失量估算。按照相關技術規(guī)范要求，采用遙感監(jiān)測和地面調查相結合的方法獲得各個水土保持區(qū)的水土流失地塊類型、坡度、面積和空間分布狀況。結合不同水土流失地塊對應徑流小區(qū)的觀測結果，可以粗略估算區(qū)域的水土流失量。

②水土保持效益估算。根據各水土保持區(qū)的水土保持措施類型和坡度分布布設水土保持措施小區(qū)，監(jiān)測減水減沙效果。結合遙感監(jiān)測、調查監(jiān)測和地方上報的水土保持措施數量，估算各區(qū)水土保持效益。

③區(qū)域水土流失監(jiān)測。通過地方監(jiān)測點的水土流失監(jiān)測，開展水土流失因子的率定研究，對 《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術規(guī)定》的有關參數進一步細化和本地化，提高全國土壤侵蝕模型在本區(qū)域的計算精度。

④監(jiān)測數據公開共享。公開各區(qū)域水土流失因子數據和土壤侵蝕模數觀測數據，為水土流失規(guī)劃設計和生產建設項目水土保持方案編制、水土流失監(jiān)測等提供數據服務。