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基于水文自動化監測站網開展水土流失監測的探討

文檔作者：邢先雙1 董明明1 郭靜2 杜子龍3 孟琳1 文檔來源： 1. 山東省水文中心 2. 濰坊市水文中心 3. 水發技術集團有限公司		更新日期： 2026年06月23日	點擊數：
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生 態 ECOLOGY 區域治理
作者簡介：邢先雙，生于1981年，碩士研究生，高級工程師，研究方向為水土保持監測、監管、信息化等。
基于水文自動化監測站網開展水土流失監
測的探討
邢先雙1，董明明1，郭靜2，杜子龍3，孟琳1
1. 山東省水文中心；2. 濰坊市水文中心；3. 水發技術集團有限公司
摘要：為了探究水文自動化監測站網開展水土流失監測的策略，筆者先闡述水土流失監測的重要性，之后給出具
體監測項目，發現：水土流失監測系統的開發和利用可以提供多元化信息采集數據，動態化掌握水土流失情況，
但是當前部分單位在水土保持工作中仍然存在自動化水平低、觀測因子少、數據精度不能滿足要求等不足之處。
因此筆者建議：在今后工作中應該提升技術人員的信息素養，依托水文站網布局，加強設備優化，充分發揮水土
流失監測系統的作用，提升環境治理效果。
關鍵詞：水土流失；水文自動化；監測站網；重要性；策略
中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4595（2021）36-0124-0003
水土保持和水土流失監測在構
建“四位一體”戰略中占據重要位置，
在城市化進程不斷加快的時代背景
下，如何完善區域水土保持、如何
提升水資源利用率、如何動態化監
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”，最終提升生態環
境的治理效益。
一、水土流失監測的重要性
（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，要想宏觀性監測各地區水土情
況，是具有一定難度的，再加上部
分季風性氣候區夏季雨水較為集中，
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
術人員和相關監測部門要想掌握水
土流失的發展規律，僅僅依靠人工
經驗和靜態化的信息系統，遠遠不
能達到管理需求。而利用水土流失
監測系統及監測站網的創建，可以
為水土流失監測提供多地、多段、
多區的基礎數據，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
足監測要求。堅定監測開展力度，
為后續整理、管理提供思路，促進
監測數據采集的標準化，根據坡地
徑流、植被覆蓋率等監測項目，充
分發揮氣象站、監測站、采樣系統、
監測網的作用，方便技術人員根據
預測模型進行數據分析。
（ 二） 動態化掌握水土流失
情況
影響區域性水土流失情況的類
型有很多種，工業施工、人為行動、
氣候變換等都會加劇水土流失的速
度[1]。尤其是自然環境，具有不可
抗力性和不穩定性，必須做好動態
性監測，才能為后續水土保持工作
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
動態化監測數據，全程監測流失情
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、雨量監測
等系統監測指標的作用下，為后續
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劃方案，全
面掌握監測對象的發展/ 變化規律，
設計基礎監測技術線路，測算有效
土層厚度，控制城市非點源污染的
水環境，從而提升城市水環境綜合
治理效果。
二、水土流失監測存在的不足
當前，在水土治理工作中，相
關部門在生態環境監測中還存在亟
需提升的地方，主要體現在以下幾
點[2]。（1）監測點功能單一，數量少，
部分監測站點選址不合理，因此監
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測分站，但是
監測點間的交流聯系并不緊密，數
據之間尚未完成互通互鑒、交流互
享；（3）部分偏遠地區、縣鄉地區
監測方式落后，對于一些小流域水
土流失監測過程中，數據精度得不
到保障，難以實現全過程、動態化
監測，自動化水平低，財政資金支
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區域治理 ECOLOGY 生 態
持不夠，監測成果格式不統一，信
息共享平臺尚未建成；（4）監測技
術人員稀缺，部分地區人才老齡化
嚴重，水土保持監測工作不能滿足
現實需要，數據采集標準有待健全，
監測技術有待提高，需要充分應用
新型監測手段。
三、基于水文自動化監測站網
開展水土流失監測
（一）自動雨量
自動雨量的監測在水土流失和
保持工作中，起著重要的作用，水
文自動化監測站網中的雷達測雨系
統，可以通過雷達組網，確定雨量
監測范圍，實現雷達監測雙備份，
在上游組建高分辨率雨量雷達系統。
其組成部分主要有：（1）應用服務
系統；（2）雨滴譜監測站；（3）
數據處理單元；（4）數據接收交換
和監控管理平臺。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，之后進行分區雨量的
計算，在監測區域（分區）實時面
雨量數據分時間、分區段進行儲存，
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]。雷達測雨系統的
使用可以及時對降雨量進行分區，
推測、降雨演進，確保水土保持工
作的空間連續性，提升監測密度，
初步率定參數，將雨量系統與洪水
預報系統結合，測算多場洪水期間
監測數據，充分發揮水文自動化監
測站網的信息化作用，為洪水預警
預報積累經驗，及時規劃好水土保
護預案。
（二）徑流、泥沙自動化監測
在進行水土流失觀測中，徑流、
泥沙自動化監測是水文自動化監測
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，
動態化測量含沙量，其核心參數主
要有清水密度、地區坡度、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測系統中，
進行觀察和比對。當前我國對徑流、
泥沙自動化監測的研究已經取得了
階段性進展，在水文自動化監測站
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
好所在區域，監測站點應該附集荒
坡地、耕地、工業用地等，利用“3S”
技術進行宏觀監測，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，判定監測指標，
主要通過對水蝕區坡蝕強度、水蝕
區溝蝕強度、水蝕區風蝕強度、植
被覆蓋地表形態進行監測，具體指
標如表1。
表1 土壤侵蝕影響因子判定指標
判定指標具體分級
水蝕區坡蝕強度5 種強度
輕度：5° -8°
中度：9° -15°
強烈：16° -25°
極強：26° -35°
劇烈：≥ 36°
水蝕區溝蝕強度
5 種溝壑密度
（km·km-2）
輕度：1-2
中度：2-3（不包括2）
強烈：3-5（不包括3）
極強：5-7（不包括5）
劇烈：≥ 7
水蝕區風蝕強度
（非流沙面積）
沙地、沙丘、流動沙丘、
灘地等
微度：≥ 70%
輕度：50%-70%
中度：30%-50%
極強：10%-30%
劇烈：≤ 10%
植被覆蓋地表形態6 種分級
裸地：≤ 10%
低覆蓋：10%-30%
中低覆蓋：30%-45%
中覆蓋：45%-60%
中高覆蓋：60%-75%
高覆蓋：75%-100%
126
生 態 ECOLOGY 區域治理
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，將預防監督
與治理兩手抓，及時做好防控措施，
發揮水質監測站、水文自動化監測
系統的作用。
四、其他要點
（一）依托水文站網布局
從水文自動化監測站網系統建
設層面，筆者已經從技術視角給出
水土流失監測的工作方法，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，將蒸發站、
水文站、雨量站、土壤侵蝕自動化
監測站、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
涵蓋土壤墑情監測、小水庫預警、
流域預警、水質監測、防汛信息監
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
發展空地（周邊），相關手續齊全，
交通較為便捷，在水土流失多發區
和嚴重區可以增加水文站監測網點
數量，提升基礎數據的準確性。
（二）加強設備優化
水文自動化監測站中，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，充分發揮監測網絡的功
能，克服水土保持監測的局限性，
選擇合理區域，提高運行效率，推
進水文現代化發展，利用監測設備，
與技術人員相互配合，規劃出監測
網絡。
（三）組建高質量的人才隊伍
在水文自動化監測站網開展中，
僅僅依靠設備和技術的支持難以促
成水土流失監測體系的建設，我國
水文行業經過長期發展，在硬件設
施方面已經實現了高效發展，但是
即使是自動化監測，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
補充專業技術從業人員。使用多普
勒聲學監測設備，推廣遙測報汛系
統的使用和信息化建設平臺，滿足
監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，水文勘察工隊伍必須熟練
掌握并運用常規監測設備，進行測
沙、測流、測水位等，實現數據共
享和信息發布，在水土保持技術應
用過程中，技術人員必須勝任應急
監測車、水質自動采樣船等專業裝
備。加強從業人員梯隊建設，積極
引進系統開發人才、應用人才、監
管人才。對水災監測站網進行優化，
完善監測層位，提升地下水布設密
度，調整監測方式，采用自動監測+
人工復核方式，改善測驗方式，為
水土保持提供人才支撐，引進監測
經驗豐富的項目管理人才，在特殊
類型區域，提升站網建設，充實人
才隊伍，促進水土保持監測工作持
續，穩定發展。
五、結束語
綜上所述，水土流失監測可以
提供多地、多段、多區基礎數據，
方便技術人員利用監測模型進行數
據分析，全面掌握監測對象的發展/
變化規律，設計基礎監測技術線路。
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
動化監測，提升監測點間的交流聯
系緊密度，構建內部完善的責任制
度，充分發揮監測站網功能，優化
監測方式。
參考文獻
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