新时代水土保持监测技术体系

新时代水土保持监测技术体系

谭赤珠

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摘要:近年来我国水土保持事业取得长足发展，重要原因就是监测成果在政府决策、经济社会发展和社会公众服务方面发挥了日益重要的作用，为水土保持规划、设计、实施和效益评价提供了重要支撑。随着我国经济社会的发展，水土流失的形式、危害程度、治理难度、社会需求以及水土保持的工作重点发生了新的变化，水土保持监测也应随着社会变化逐步深入和拓展。

关键词:水土保持监测;模型;监测站网;技术体系

1新时代水土保持特点

水土流失治理无用地手续依托，高强度整治难以为继。水土保持是在不改变土地权属的基础上开展水土流失预防和治理，不可避免地存在着土地开发利用与生态保护治理争地的矛盾，加上农村土地实行了“集体所有权、农户承包权、土地经营权冶三权分置，拥有土地使用权的经营方多注重土地的经济产出，按照以往的以小流域为单元、土地利用全面规划的系统治理模式已难以实施。因此，需要对流域空间进行地表侵蚀过程分析，精准研判水土流失的关键节点及路径、危害程度和形式、影响范围和可能损失，仅针对水土流失关键节点精准施治，这就要求水土流失监测从理论和技术上要有新的突破，注重水土流失图斑落地和泥沙的汇聚输移。

2水土保持监测的现状与问题

2.1水土保持监测现状

水土保持监测工作的重点是小流域综合治理和预防监督，主要包括面向全国的常规水土流失监测和生产建设项目水土保持监测2大类。生产建设项目水土保持监测以企业服务形式为主，参考常规水土保持监测开展工作，主要针对水土流失防治责任范围内可能产生的水土流失及防治效果，也称人为水土流失监测。常规水土流失监测可分为2类，即监测网络中的定点观测和面上土壤侵蚀估算。目前水土流失监测以土壤侵蚀监测为主，在监测网络布局上还是以水蚀监测为主，其他类型的侵蚀监测仅有个别的实验站，可获得的数据十分有限，水的流失仅在观测小区或实验小流域有观测数据，常规监测点主要在3~25的5m伊20m标准径流小区上配置不同的措施，监测每场降雨径流与产沙总量，对流域出水量还不能做到全面计算。在实际工作中，由于我国地形复杂、土壤地质条件分异性大、地表覆盖类型丰富，径流小区观测的数据对面上土壤侵蚀模型的支撑能力有限。

2.2水土保持监测存在的问题

监测目标存在局限性，难以支撑生态文明建设与政府目标责任考核的需求。党十八大以前，水土保持监测目标只考虑水土保持工作本身的需求，监测点的布局缺乏从水土流失类型、国土空间、区域经济格局等方面的系统分析，监测范围小，观测设施只有径流小区和单一的小流域卡口站，观测停留在单一措施或单一类型上，常规水蚀监测缺乏不同尺度的流域嵌套式水沙观测设施设备，风蚀、冻融、重力侵蚀和混合侵蚀等监测几乎空白。林业农业等其他行业在国土空间的水土保持贡献和影响考虑不全。

3新时代水土保持监测框架体系

3.1监测总体技术框架

以水力、风力2种侵蚀动力为主线，以空间信息、物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术为基础，建立水土保持动态监测大数据仓库和智能应用服务平台。以不同的侵蚀类型在流域拓扑、风沙输移空间格局为依据，科学布局水土流失监测站点。以地面定点监测为依据，临时抽样为补充，共享相关行业数据，研发监测区基于地表侵蚀过程的风蚀、水蚀时空动态模型，其他类型侵蚀作为风蚀、水蚀的输入部分来补充建模，风蚀和水蚀交错地带将2类模型进一步耦合，形成各侵蚀类型在空间和时间上无缝衔接的水土流失动态分析计算服务平台。全国范围的模型因子空间分布数据利用遥感、GIS等技术智能化标准化提取，通过模型和空间数据，实时计算不同需求的场次、典型日、主要季节、年度等不同时段的水土流失量，为水土保持生态环境的相关需求提供支撑。

3.2水土保持监测大数据云服务平台

水土保持监测大数据云服务平台由数据库、云服务软件、地表侵蚀过程模型服务平台软件、因子空间数据挖掘分析服务软件、业务应用系统5部分组成，平台采取多核并行服务集群集联计算技术支撑监测业务实时在线运行。在数据库部分，由集中式数据仓库统一存储和管理全国水土保持监测站典型流域元数据、水沙过程实时数据、模型参数、侵蚀因子空间数据及成果数据。云服务软件采用成熟且先进的商业服务软件做支撑。因子空间数据挖掘分析服务软件解决对遥感数据、GIS数据智能化提取问题，通过软件自动计算，消除人为分析数据产生的偶然误差。地表侵蚀过程模型服务平台软件需要各类侵蚀模型通过算法优化形成系列服务插件。应用系统则根据监测业务的不断发展针对行业内外需求开发出一系列可操作性软件系统，包括C/S、B/S、移动终端等不同应用子系统和相应的模块。

3.3监测站网建设

以水力、风力侵蚀动力为主线，根据我国地理条件和水土流失类型，科学布局并补充水土流失长期监测站。监测设备均应采用智能化采集、物联网或卫星通信自动传输采集数据。水力侵蚀以流域水系拓扑关系为基础系统化布局监测站点。根据我国七大流域及独流入海、出境、内陆河流等大流域土壤侵蚀类型空间格局、地理要素宏观分布情况，选择典型子流域确定监测站选址，科学布局各类型智能水土流失长期监测站。为保证建模精度，结合下游水文站，以不小于100km2的子流域为对象。在典型子流域内，进一步根据精细化的地理要素进行小流域或集水区类型划分，每一类小流域或集水区建立一个水沙动态监测卡口站，根据流域内降水空间分布差异性设置气象站，形成从坡面集水区到小流域沟道、从上游沟道到下游河流嵌套式径流泥沙监测体系。卡口站根据水文条件分别设计量水堰类型和智能化水沙动态监测设备，重要地段同时监测水质、面源污染及其污染物运移，降雨及径流发生的时间段自动获取土壤水分、降水、径流、泥沙含量等时间序列数据并实时上传入库。

4新时代水土保持监测管理与应用服务

进入新时代以来，水土保持监测发挥着越来越重要的作用，在宏观尺度已经成为水土保持生态环境类考核和自然资源资产任期审计的工作基础，在微观尺度也为生产建设活动防治水土流失、评价水土流失综合治理成效发挥了重要的决策参考作用。中共中央办公厅、国务院办公厅联合发布的《关于加强新时代水土保持工作的意见》需要我们对水土保持进行深入思考和广泛探索。水土保持监测作为预防和治理的重要支撑，深入研究其理论与技术，提高监测能力显得尤为重要。设立专门研究机构，支撑水土保持动态监测的权威性和持续稳定发展。建立水土流失动态监测大数据仓库和智能应用服务平台，实时精准计算水土流失时空数据。

依据监测成果为生态文明建设提供服务支撑，为河流输沙、塘库淤积等提供预警预报，面向经济社会发展和国家战略广泛开展服务，为耕地保护、粮食安全、河道治理、目标责任考核和政府决策等提供支撑。同时对其他行业生产建设和经营活动也制订防治水土流失的系列标准。

结束语

开展新时代水土保持监测人才培养和成果推广。在行业内培训各级监测人才，满足长期监测工作的需要，加强与林业、国土、农业等行业的技术合作，培养复合型、创新性人才，将监测成果面向全社会推广应用，实现水土保持监测增值服务。

参考文献

[1]郭孟霞，毕华兴，姜德文，等.我国水土保持责任制初探[J].中国水土保持科学，2016，4(6):103.