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水土流失监测是对水土流失发生、发展、危害及水土保持效益定期进行的调查、观测和分析工作。——水利部,水土保持用语,2006。
径流泥沙是衡量土壤侵蚀的重要参数之一,可为土壤侵蚀动力过程的模拟与研究、土壤侵蚀预报模型的建立等提供基础资料,为水土流失的监测、防治等提供科学依据。
一、水土流失监测
水土流失是指地表土壤受自然因素和人类活动的影响下产生运动变化的过程。从空间上看,水土保持学科一般从坡面、小流域、区域三个空间尺度对水土流失过程进行监测分析;从时间上看,需要通过长期对水土流失进行动态监测才能揭示水土流失发生发展的规律。
二、云平台框架
水土流失监测云平台通过运用最新的云技术手段,结合现有的业务信息系统和3S数据成果,构建一个资源集中管理、标准规范的数据平台,并在整合数据的基础上逐步开发分析、评价、考核等业务应用,从而支持水土流失监测的管理和研究需求。
三、小流域水土流失监测
小流域是一个在地面上有清晰边界的、由一系列地块组成的封闭水流汇集空间单元。在小流域尺度上,监测的内容主要是径流和泥沙,通过在卡口站观测整个小流域水沙过程的变化,可作为该类型区的小流域水土流失原型。
四、小流域监测指标体系
根据水利部水土保持监测中心发布的《水土保持监测技术指标体系》,其中小流域观测指标组包含以下几个重要指标:1.水位(water level)、2.流量(water discharge)、3.含沙量(sediment concentration)、4.径流量(runoff volume)、5.输沙量(sediment load)、6.泥沙颗粒组成(sedimentary particles composition)、7.水体污染(water pollution)、8.水土流失面积(water and soil loss area)、9.输沙模数(sediment transportation modulus)、10.径流模数(runoff modulus)、11.土壤侵蚀强度(soil erosion intensity)、12、泥沙输移比(sediment delivery ratio)、13.溶质含量(solute content)、14.溶蚀速率(dissolve erosive speed)。
五、小流域监测重要指标说明
1.水位:水位是指测验断面过流水面的相对高度位置。单位为m。
2.流量:流量是单位时间通过测验断面水位的体积。单位为m3/s或L/s。
3.含沙量:含沙量为单位体积水中含有的泥沙干重(质量),单位为kg/m3或g/L。含沙量有悬移质含沙量和推移质含沙量两种。有了断面含沙量和流量,就能算出断面输沙率,进而与过流历时相乘求出输沙量,因而成为重要的观测指标。
4.径流量:径流量是汇集于测流断面地表径流的总量(体积),单位为m3或L。
5.输沙量:输沙量是指被径流挟带输出测验断面的干沙泥重(质量),单位为t或kg。
6.水土流失面积:水土流失面积是指在一个区域或流域内存在潜在的,并超出容许流失量的水土流失面积大小,单位为km2或hm2。水土流失范围的确定是依据国家规定的土壤容许流失量进行的,标准参考水利部发布的《土壤侵蚀分类分级标准-SL190-2007》。水土流失面积既是流失危害程度的标志,又是计算治理程度的重要参数。
7.土壤侵蚀强度:土壤侵蚀强度是指在单位时间、单位面积上的土壤侵蚀量,表达土壤侵蚀强度的指标为土壤侵蚀模数M(单位为t/km2*a)或者是每年侵蚀土层平均厚度D(单位为mm/a)。
六、径流泥沙监测方法
目前,面对水土流失监测中的径流量和含沙量两项重要的监测指标,由于监测环境的错综复杂和监测技术设备的不足等客观原因,导致径流泥沙的监测成为水土保持学界堪忧的一个难点。
根据实地考察,现在大部分的水土保持监测站采用的都是传统的人工称重法对泥沙样品进行测量,这样的测量方法会由于操作原因和仪器上的问题导致出现较大的误差;另外,也有购入国外先进仪器进行测量的情况,例如德国ISCO转盘式水位取样器能定时采集泥沙样品,但由于设备的操作相对复杂以及工作人员缺乏有效的培训,设备大部分处于停用状态。
综上所述,水土流失基础数据的采集问题也是当前制约水土流失监测云平台数据来源的重要原因。未来,研制结构简单、运行方便的径流泥沙自动采集器,实现无人看守情况下对径流泥沙样品的实时、准确、分布式自动采集势在必行。