邢先雙，董明明，郭靜，杜子龍，孟琳

1.山東省水文中心；2.濰坊市水文中心；3.水發(fā)技術集團有限公司

水土保持和水土流失監(jiān)測在構建“四位一體”戰(zhàn)略中占據重要位置，在城市化進程不斷加快的時代背景下，如何完善區(qū)域水土保持、如何提升水資源利用率、如何動態(tài)化監(jiān)測水土流失情況，已經成為各級單位和部門必須重視并解決的問題。從這一層面來講，水文自動化監(jiān)測站網的建立與使用，就顯得尤為重要，革新管理方式，保護城市地表徑流，有助于各級部門全方位貫徹落實“兩山論”，最終提升生態(tài)環(huán)境的治理效益。

一、水土流失監(jiān)測的重要性

（一）為水土保持工作提供基礎數據

從技術層面來講，我國幅員遼闊，要想宏觀性監(jiān)測各地區(qū)水土情況，是具有一定難度的，再加上部分季風性氣候區(qū)夏季雨水較為集中，部分山地丘陵地帶自然災害種類較多，對水土資源的破壞性更大，技術人員和相關監(jiān)測部門要想掌握水土流失的發(fā)展規(guī)律，僅僅依靠人工經驗和靜態(tài)化的信息系統(tǒng)，遠遠不能達到管理需求。而利用水土流失監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測站網的創(chuàng)建，可以為水土流失監(jiān)測提供多地、多段、多區(qū)的基礎數據，做好必要的相關數據采集工作，引導利用人工調查+調查監(jiān)測的方式，分析水土流失情況，從而確定工作要點，更好地滿足監(jiān)測要求。堅定監(jiān)測開展力度，為后續(xù)整理、管理提供思路，促進監(jiān)測數據采集的標準化，根據坡地徑流、植被覆蓋率等監(jiān)測項目，充分發(fā)揮氣象站、監(jiān)測站、采樣系統(tǒng)、監(jiān)測網的作用，方便技術人員根據預測模型進行數據分析。

（二）動態(tài)化掌握水土流失情況

影響區(qū)域性水土流失情況的類型有很多種，工業(yè)施工、人為行動、氣候變換等都會加劇水土流失的速度[1]。尤其是自然環(huán)境，具有不可抗力性和不穩(wěn)定性，必須做好動態(tài)性監(jiān)測，才能為后續(xù)水土保持工作提供準確數據，采取科學合理的措施，降低水土流失的破壞性，提供動態(tài)化監(jiān)測數據，全程監(jiān)測流失情況，在定點調查、地形圖現場調繪、數據匯總、土壤侵蝕強度、小流域侵蝕總量、泥沙流失量、雨量監(jiān)測等系統(tǒng)監(jiān)測指標的作用下，為后續(xù)水土保持和治理提供科學決策的依據。確保相關部門的技術人員和管理人員研究水土保持規(guī)劃方案，全面掌握監(jiān)測對象的發(fā)展/變化規(guī)律，設計基礎監(jiān)測技術線路，測算有效土層厚度，控制城市非點源污染的水環(huán)境，從而提升城市水環(huán)境綜合治理效果。

二、水土流失監(jiān)測存在的不足

當前，在水土治理工作中，相關部門在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中還存在亟需提升的地方，主要體現在以下幾點[2]。（1）監(jiān)測點功能單一，數量少，部分監(jiān)測站點選址不合理，因此監(jiān)測成果在一定程度上難以滿足管理部門的需求，觀測因子少；（2）即使多地相繼成立了監(jiān)測分站，但是監(jiān)測點間的交流聯(lián)系并不緊密，數據之間尚未完成互通互鑒、交流互享；（3）部分偏遠地區(qū)、縣鄉(xiāng)地區(qū)監(jiān)測方式落后，對于一些小流域水土流失監(jiān)測過程中，數據精度得不到保障，難以實現全過程、動態(tài)化監(jiān)測，自動化水平低，財政資金支持不夠，監(jiān)測成果格式不統(tǒng)一，信息共享平臺尚未建成；（4）監(jiān)測技術人員稀缺，部分地區(qū)人才老齡化嚴重，水土保持監(jiān)測工作不能滿足現實需要，數據采集標準有待健全，監(jiān)測技術有待提高，需要充分應用新型監(jiān)測手段。

三、基于水文自動化監(jiān)測站網開展水土流失監(jiān)測

（一）自動雨量

自動雨量的監(jiān)測在水土流失和保持工作中，起著重要的作用，水文自動化監(jiān)測站網中的雷達測雨系統(tǒng)，可以通過雷達組網，確定雨量監(jiān)測范圍，實現雷達監(jiān)測雙備份，在上游組建高分辨率雨量雷達系統(tǒng)。其組成部分主要有：（1）應用服務系統(tǒng)；（2）雨滴譜監(jiān)測站；（3）數據處理單元；（4）數據接收交換和監(jiān)控管理平臺。雨量雷達結構形式更為靈活，自動獲取格點雨量數據（600m×600m），將格點雨量儲存到數據庫中，之后進行分區(qū)雨量的計算，在監(jiān)測區(qū)域（分區(qū)）實時面雨量數據分時間、分區(qū)段進行儲存，為技術人員和相關部門提供基礎數據信息，供洪水預警預報使用。確定水源模型的產流/匯流參數，根據自動化雨量監(jiān)測實時更新流域面積、滯后時段數、地下徑流消退系數、蓄水容量曲線、流域蓄水容量、壤中流消退系數等，實測洪峰出現時間，得出峰現時間誤差。從水土流失的源頭開始，做好雨量的自動監(jiān)測，形成科學有效的數據，做好相應預警工作[3]。雷達測雨系統(tǒng)的使用可以及時對降雨量進行分區(qū)，推測、降雨演進，確保水土保持工作的空間連續(xù)性，提升監(jiān)測密度，初步率定參數，將雨量系統(tǒng)與洪水預報系統(tǒng)結合，測算多場洪水期間監(jiān)測數據，充分發(fā)揮水文自動化監(jiān)測站網的信息化作用，為洪水預警預報積累經驗，及時規(guī)劃好水土保護預案。

（二）徑流、泥沙自動化監(jiān)測

在進行水土流失觀測中，徑流、泥沙自動化監(jiān)測是水文自動化監(jiān)測站網必不可少的一項核心技術之一，其設計原理是：（1）測定盛水桶容積，測定清水密度、土壤容重等參數，利用超聲波傳感器將渾水重量等數據進行儲存和采集；（2）實施測量行徑流量，上傳至集成系統(tǒng)，動態(tài)化測量含沙量，其核心參數主要有清水密度、地區(qū)坡度、徑流平均空氣含量、土壤容重，將此類核心數值輸入到自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，進行觀察和比對。當前我國對徑流、泥沙自動化監(jiān)測的研究已經取得了階段性進展，在水文自動化監(jiān)測站網中已經可以利用神經網絡法、BP神經網絡方法、空間插值方法等測算年平均徑流量，對下游小尺度流域徑流、泥沙進行監(jiān)測。本文主要研究空間插值方法與“3S”網絡分析相結合的辦法，為水文分析和自動化監(jiān)測提供基礎數據，通過網絡構建，得出核心信息，構建河流網絡插值法流程圖，并對水量水質進行同步監(jiān)測。在降雨結束后，峰頂、峰腰、落平利用流速儀法和浮標法，進行三次監(jiān)測，計算流域的最大流速和平均流速，測算斷面面積和泥沙含量，匯總成徑流量成果表和斷面徑流深成果表，分析徑流深合理性。其中值得注意的是，必須擴大所述流域的觀察站點數量，并確定好所在區(qū)域，監(jiān)測站點應該附集荒坡地、耕地、工業(yè)用地等，利用“3S”技術進行宏觀監(jiān)測，重視坡地徑流觀測項目，提升數據分析完整性。

（三）流域土壤侵蝕自動化監(jiān)測

流域土壤侵蝕情況從本質上講，與土地利用、植被覆蓋率、地形條件和降水分布等有著密切的關系[4]。在水文自動化監(jiān)測站網的布設中，通過GIS分析法，結合DOM技術、紅外影像技術、DEM技術的應用，可以直接提取土壤侵蝕影響因子，對侵蝕強度進行判斷，判定監(jiān)測指標，主要通過對水蝕區(qū)坡蝕強度、水蝕區(qū)溝蝕強度、水蝕區(qū)風蝕強度、植被覆蓋地表形態(tài)進行監(jiān)測，具體指標如表1。

表1 土壤侵蝕影響因子判定指標

基于流域數字航攝影像，根據地形地貌特征，首先，將已經采集到的流域沿線數據匯總到三維立體圖形中，基于DEM技術構成溝壑烈度計算單元，其次，技術人員和信息采集人員根據實際情況對上中下游重點支流和主要泥沙來源進行自動化監(jiān)控，從而判定流域土壤侵蝕狀況。最后，根據核心數值判斷當地水土流失級度，從空間分布上總結出土壤質地松軟抗蝕能力，在遇汛期強降雨來臨之前，將預防監(jiān)督與治理兩手抓，及時做好防控措施，發(fā)揮水質監(jiān)測站、水文自動化監(jiān)測系統(tǒng)的作用。

四、其他要點

（一）依托水文站網布局

從水文自動化監(jiān)測站網系統(tǒng)建設層面，筆者已經從技術視角給出水土流失監(jiān)測的工作方法，但是僅僅依靠技術建設遠遠不能滿足水土保持的需求，還應該緊緊依靠水文站網布局，構建趨于成熟的站網體系。布設水文基本站，將蒸發(fā)站、水文站、雨量站、土壤侵蝕自動化監(jiān)測站、水位站等多種水土保持基站廣泛分布于各地市縣，功能必須涵蓋土壤墑情監(jiān)測、小水庫預警、流域預警、水質監(jiān)測、防汛信息監(jiān)測等，在水文站建設方面，筆者建議，水文站點選擇必須預留一定的發(fā)展空地（周邊），相關手續(xù)齊全，交通較為便捷，在水土流失多發(fā)區(qū)和嚴重區(qū)可以增加水文站監(jiān)測網點數量，提升基礎數據的準確性。

（二）加強設備優(yōu)化

水文自動化監(jiān)測站中，觀測站房的投資與建設需要強有力的設備支撐和資金支撐[5]。筆者以40平方米建設標準為例，在我國東南沿海地區(qū)的裝修費+征地費+稅額共需20萬元左右，此外信息實時查詢和遠程運輸所需要的總投資大概在6萬元左右，另外站房的專業(yè)性設備購買、維護費用（多功能氣象站、自動采樣器、自動水位計、泥沙測定耗材、技術人員工資、運行與維護費用）在80萬元左右（去掉地方財政補貼），由此可見，水文自動化監(jiān)測站所涉及到的設備費用基本是建設費用的2倍，如果在日常工作和使用過程中，出現設備更新和擴建服務，總花費將達到建設費用的2.75倍左右。因此相關水文監(jiān)測部門應該高效利用財政資金，促進信息共享平臺的建立，在設備應用的基礎上，充分發(fā)揮監(jiān)測網絡的功能，克服水土保持監(jiān)測的局限性，選擇合理區(qū)域，提高運行效率，推進水文現代化發(fā)展，利用監(jiān)測設備，與技術人員相互配合，規(guī)劃出監(jiān)測網絡。

（三）組建高質量的人才隊伍

在水文自動化監(jiān)測站網開展中，僅僅依靠設備和技術的支持難以促成水土流失監(jiān)測體系的建設，我國水文行業(yè)經過長期發(fā)展，在硬件設施方面已經實現了高效發(fā)展，但是即使是自動化監(jiān)測，也不能離開“人”的基本活動，因此筆者建議，在今后水土流失監(jiān)測過程中，必須構建一支高質量人才隊伍，將硬件設施、管理體系、軟件應用相結合，及時補充專業(yè)技術從業(yè)人員。使用多普勒聲學監(jiān)測設備，推廣遙測報汛系統(tǒng)的使用和信息化建設平臺，滿足監(jiān)測網絡隊伍人才缺口，與各級信息中心實現網絡互通，完善遙測報汛系統(tǒng)，水文勘察工隊伍必須熟練掌握并運用常規(guī)監(jiān)測設備，進行測沙、測流、測水位等，實現數據共享和信息發(fā)布，在水土保持技術應用過程中，技術人員必須勝任應急監(jiān)測車、水質自動采樣船等專業(yè)裝備。加強從業(yè)人員梯隊建設，積極引進系統(tǒng)開發(fā)人才、應用人才、監(jiān)管人才。對水災監(jiān)測站網進行優(yōu)化，完善監(jiān)測層位，提升地下水布設密度，調整監(jiān)測方式，采用自動監(jiān)測+人工復核方式，改善測驗方式，為水土保持提供人才支撐，引進監(jiān)測經驗豐富的項目管理人才，在特殊類型區(qū)域，提升站網建設，充實人才隊伍，促進水土保持監(jiān)測工作持續(xù)，穩(wěn)定發(fā)展。

五、結束語

綜上所述，水土流失監(jiān)測可以提供多地、多段、多區(qū)基礎數據，方便技術人員利用監(jiān)測模型進行數據分析，全面掌握監(jiān)測對象的發(fā)展/變化規(guī)律，設計基礎監(jiān)測技術線路。因此筆者建議，在今后工作中應該構建一支高質量人才隊伍，依托水文站網布局，利用自動化設備進行徑流、泥沙、雨量、土壤侵蝕的自動化監(jiān)測，提升監(jiān)測點間的交流聯(lián)系緊密度，構建內部完善的責任制度，充分發(fā)揮監(jiān)測站網功能，優(yōu)化監(jiān)測方式。