楊 偉 ，李 璐 ，趙 輝 ，于 泳 ，齊文杏 ，雷 盛

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

一、開(kāi)展省級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布局的背景

全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)始建于2004年，到2010年基本建成。該監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)分為兩期建設(shè)，一期工程主要是監(jiān)測(cè)中心站與監(jiān)測(cè)分站建設(shè)，二期工程主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)。以湖北省為例：一期工程建設(shè)內(nèi)容主要包括建設(shè)1個(gè)省級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)中心，武漢、恩施、宜昌、襄樊、荊門(mén)、黃岡、十堰、孝感、咸寧、鄂州等10個(gè)監(jiān)測(cè)分站；建立1個(gè)分布式信息處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)省級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中心和10個(gè)分站的10個(gè)數(shù)據(jù)分中心廣域互連；為各站點(diǎn)配置必要的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、辦公設(shè)備、專(zhuān)業(yè)軟件；開(kāi)發(fā)水土保持監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上運(yùn)行、發(fā)布；完成湖北省水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)和已有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集錄入。二期工程建設(shè)內(nèi)容主要包括進(jìn)一步完善省水土保持監(jiān)測(cè)中心，完善軟件系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)；新建77個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，包括荊州、隨州、黃石和神農(nóng)架4個(gè)綜合點(diǎn)（監(jiān)測(cè)分站），夷陵、紅安2個(gè)示范監(jiān)測(cè)點(diǎn)，秭歸、長(zhǎng)陽(yáng)等38個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和鄖縣、竹山等33個(gè)普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)。

經(jīng)過(guò)10多年運(yùn)行，全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)明顯跟不上當(dāng)前水土保持工作形勢(shì)需要。一是站點(diǎn)布局有待優(yōu)化，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)主要依據(jù)當(dāng)時(shí)“三區(qū)”劃分，與當(dāng)前的全國(guó)水土保持區(qū)劃和重點(diǎn)防治區(qū)不盡一致。二是各監(jiān)測(cè)點(diǎn)徑流小區(qū)布設(shè)等缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，監(jiān)測(cè)設(shè)施有待完善。三是監(jiān)測(cè)設(shè)備有待更新，受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平所限，大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用人工觀測(cè)，工作量大，人為導(dǎo)致的誤差大。四是信息化水平亟待提升，一二期工程建設(shè)的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)已落后于當(dāng)前水利信息化的水平和要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，水利部從2018年開(kāi)始推進(jìn)水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布局工作。湖北省從2016年啟動(dòng)全省水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布局與升級(jí)改造，2018年年底開(kāi)始正式施工建設(shè)，2020年年底完成27個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的升級(jí)改造，計(jì)劃2021年年底完成全部省級(jí)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)升級(jí)改造。屆時(shí)將原來(lái)1個(gè)監(jiān)測(cè)中心、10個(gè)監(jiān)測(cè)分站、77個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的全省水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整為1個(gè)監(jiān)測(cè)中心、14個(gè)監(jiān)測(cè)分站、42個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的省級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和市縣級(jí)普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的全省水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系。根據(jù)湖北省水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化布局與升級(jí)改造工作和依托監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)展的一些水土流失監(jiān)測(cè)研究工作，提出一些問(wèn)題和建議。

二、站點(diǎn)優(yōu)化布局需加強(qiáng)小流域控制站和自然坡面小區(qū)建設(shè)

1.小流域和重點(diǎn)工程監(jiān)測(cè)

2018年湖北省僅有11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(hù)區(qū)（三峽庫(kù)區(qū)周邊）。全省8個(gè)水土保持三級(jí)區(qū)有3個(gè)沒(méi)有控制站?？刂普緮?shù)量少且分布極為不均?，F(xiàn)有小流域經(jīng)過(guò)多年治理和恢復(fù)，目前小流域降雨過(guò)程產(chǎn)生的泥沙極少，小流域控制站的觀測(cè)價(jià)值大大下降。

小流域是水土流失治理的基本單元。根據(jù)小流域治理計(jì)劃，在即將實(shí)施重點(diǎn)治理的小流域建設(shè)小流域控制站，對(duì)小流域治理前、治理中、治理后的水土流失情況開(kāi)展監(jiān)測(cè)，對(duì)小流域的治理效果評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。針對(duì)生態(tài)清潔小流域，還可增加面源污染物等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。對(duì)于經(jīng)過(guò)多年治理后觀測(cè)指標(biāo)趨于穩(wěn)定、觀測(cè)意義不大的小流域控制站可適時(shí)取消。

2.科學(xué)合理布設(shè)徑流小區(qū)

原有水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，很多徑流小區(qū)布設(shè)沒(méi)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(cè)點(diǎn)主要由地方自主建設(shè)，省級(jí)僅對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)規(guī)模提出要求，監(jiān)測(cè)點(diǎn)選址和坡度、坡長(zhǎng)、措施設(shè)計(jì)等均由地方自主確定，各徑流小區(qū)設(shè)置目的不明確，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)難以進(jìn)行比較分析和統(tǒng)一利用。

湖北省監(jiān)測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布局工作，提出把各監(jiān)測(cè)點(diǎn)徑流小區(qū)分為三類(lèi)：一是水土流失觀測(cè)小區(qū)。根據(jù)水土流失遙感調(diào)查成果，統(tǒng)計(jì)各個(gè)水土保持分區(qū)水土流失地塊的土地利用類(lèi)型、坡度及植被，布置對(duì)應(yīng)土地利用類(lèi)型、坡度及植被的徑流小區(qū)。二是水土保持效益觀測(cè)小區(qū)。根據(jù)水土保持措施調(diào)查成果，結(jié)合各區(qū)域水土流失治理措施選擇習(xí)慣及布置坡度，布置對(duì)應(yīng)措施類(lèi)型和坡度的徑流小區(qū)。三是對(duì)照小區(qū)。根據(jù)水土流失觀測(cè)小區(qū)和水土保持效益觀測(cè)小區(qū)的坡度，布置對(duì)應(yīng)坡度的裸地對(duì)照小區(qū)。

3.加強(qiáng)自然坡面小區(qū)建設(shè)

徑流小區(qū)是監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量最多的觀測(cè)設(shè)施。為便于集中管理，目前監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(guò)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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共有180余個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的人工坡面徑流小區(qū)，自然坡面徑流小區(qū)不足10個(gè)。

人工坡面小區(qū)在建設(shè)過(guò)程中對(duì)坡面進(jìn)行整形，極大地?cái)_動(dòng)了土壤表層結(jié)構(gòu)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(shù)年沉降才能逐步恢復(fù)到自然坡面結(jié)構(gòu)。因此人工坡面小區(qū)的水土流失觀測(cè)結(jié)果很難代表自然坡面的水土流失過(guò)程。

在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布局與升級(jí)改造中重視自然坡面小區(qū)建設(shè)，需要新建徑流小區(qū)的，要優(yōu)先建設(shè)自然坡面徑流小區(qū)。原有的人工徑流小區(qū)經(jīng)過(guò)多年沉降已經(jīng)較為接近自然坡面，在維修升級(jí)過(guò)程中要盡量減少土層擾動(dòng)。

三、站點(diǎn)優(yōu)化布局需要重視三個(gè)突出問(wèn)題

1.重視自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備選型

實(shí)現(xiàn)徑流、泥沙、降雨、土壤水分等指標(biāo)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是提高水土保持監(jiān)測(cè)質(zhì)量的必然要求。一是傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)過(guò)程中的分流過(guò)程和攪拌取樣過(guò)程誤差大，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)泥沙誤差可達(dá)40%，采用自動(dòng)化設(shè)備的誤差可控制在20%內(nèi)。二是布設(shè)自然坡面小區(qū)，必然要求建立無(wú)人值守的自動(dòng)化徑流小區(qū)，傳統(tǒng)人工管理模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)分散布置自然徑流小區(qū)的觀測(cè)。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備選擇，一要考慮設(shè)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(chēng)重法的小區(qū)徑流泥沙監(jiān)測(cè)設(shè)備逐漸得到水土保持工作者的認(rèn)可，但是不同廠家的設(shè)備原理還存在一定差別。全樣監(jiān)測(cè)的設(shè)備準(zhǔn)確性高，但是成本也較高。二要考慮設(shè)備的穩(wěn)定性。徑流泥沙監(jiān)測(cè)設(shè)備的室外工作環(huán)境不可控因素多，室內(nèi)運(yùn)行正常的設(shè)備在野外工作中問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響了監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展。三要考慮設(shè)備與設(shè)施銜接。新建和改造徑流小區(qū)在設(shè)計(jì)階段要考慮設(shè)備安裝要求，特別是小區(qū)徑流泥沙監(jiān)測(cè)設(shè)備高度。

2.重視信息系統(tǒng)升級(jí)開(kāi)發(fā)

通過(guò)全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)，建成了一批水土保持應(yīng)用系統(tǒng)。但是隨著信息化工作的不斷推進(jìn)，早期建設(shè)的系統(tǒng)一部分已經(jīng)失去作用，另一部分已經(jīng)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(jià)值，但是由于其硬件設(shè)施已經(jīng)達(dá)到5～8年的使用年限，繼續(xù)使用將會(huì)影響系統(tǒng)的功能性，達(dá)不到使用要求，或者其使用環(huán)境和用戶(hù)需求發(fā)生了一定變化，必須進(jìn)行升級(jí)。

信息系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程的關(guān)注重點(diǎn)，一是要與各種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)縫對(duì)接，實(shí)時(shí)接收和存儲(chǔ)徑流、泥沙、氣象、土壤水分、視頻等設(shè)備的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)。二是要在數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化整理分析，取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)整編工作。三是要探索實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)測(cè)與遙感監(jiān)測(cè)的協(xié)同及空地?cái)?shù)據(jù)同化，為提升遙感監(jiān)測(cè)精度、開(kāi)展水土流失安全預(yù)警服務(wù)。

3.重視監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用

目前國(guó)家級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果主要服務(wù)于全國(guó)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(cè)點(diǎn)水土流失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作用一直是地方各級(jí)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)亟待回答的問(wèn)題。

①水土流失量估算。按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，采用遙感監(jiān)測(cè)和地面調(diào)查相結(jié)合的方法獲得各個(gè)水土保持區(qū)的水土流失地塊類(lèi)型、坡度、面積和空間分布狀況。結(jié)合不同水土流失地塊對(duì)應(yīng)徑流小區(qū)的觀測(cè)結(jié)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(jù)各水土保持區(qū)的水土保持措施類(lèi)型和坡度分布布設(shè)水土保持措施小區(qū)，監(jiān)測(cè)減水減沙效果。結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)、調(diào)查監(jiān)測(cè)和地方上報(bào)的水土保持措施數(shù)量，估算各區(qū)水土保持效益。

③區(qū)域水土流失監(jiān)測(cè)。通過(guò)地方監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水土流失監(jiān)測(cè)，開(kāi)展水土流失因子的率定研究，對(duì) 《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》的有關(guān)參數(shù)進(jìn)一步細(xì)化和本地化，提高全國(guó)土壤侵蝕模型在本區(qū)域的計(jì)算精度。

④監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)公開(kāi)共享。公開(kāi)各區(qū)域水土流失因子數(shù)據(jù)和土壤侵蝕模數(shù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，為水土流失規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制、水土流失監(jiān)測(cè)等提供數(shù)據(jù)服務(wù)。