水土保持监测基本方法述评

许欣

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摘要：水土保持监测为水土流失治理和水土保持规划提供了基础数据,是水土保持事业的根本性工作。针对目前水土保持监测存在的基础研究薄弱,理论体系不健全等问题,对水土保持监测的基本概念、监测与水土保持其他学科的关系;水土保持监测的主要目标、对象、内容及基本方法等进行了系统论述;在综述水土流失和水土保持监测研究国内外发展现状的基础上,针对水土保持监测工作中存在的问题,提出了建议和对策。

关键词：水土保持;监测;方法

1水土保持监测概述

水土保持监测指以水土流失过程、水土保持活动及其环境因子变化为对象的监测。广义的水土保持监测是对水土流失及其治理信息进行全面的采集和处理过程,包括信息采集、信息传输、信息存储、信息处理、信息服务及其相关的应用系统,也包括这些信息采集-传输-处理-分发等的站网和计算机网络系统。这种理解经常是基于网络环境的,包括监测网络和信息传输网络。根据这种理解,监测和评价其实是一体化的。而狭义的水土保持监测,仅仅指水土保持信息采集。这种监测经常是就某个监测点而言的,只是强调用科学合理、可操作的方法收集水土流失和水土保持信息。其概念的内涵和外延与水土保持试验观测基本相同。

水土保持监测着重原生数据的采集,重在某时空断面上水土流失的状态,评价则以此为基础,重在某时段或某空间范围内发生的水土流失变化。监测应充分考虑评价的要求,但是两者明显不同。“评价”包括对于土壤侵蚀强度的评价、水土保持效益的评价和水土保持环境效应的评价等。所有的评价均是在监测基础上,利用一定的规则或者建立数学模型,对水土流失类型与强度、水土保持的效益、水土流失和水土保持对于环境要素的影响[8-9]等,进行定性评判或定量估算。因此,水土保持监测和水土保持评价不同,前者是后者的基础,后者是前者数据的加工,是将前者观测得到的数据变成更加有用、能更加直接支持决策的信息过程。

水土保持监测的主要目标是,逐步认识理解水土流失过程的本质特征及其与影响因子的关系,为水土资源合理利用、区域可持续发展规划与决策提供数据支持,并以公告形式为社会公众提供关于水土流失和水土保持的基本信息;具体目标是为水土保持效益评价和水土流失预报模型开发提供数据支持。水土保持监测的服务对象包括水土保持科学研究和教育工作者(认识科学规律,进行水土保持科学教育)、水土保持规划设计者(对具体项目的管理者)和水土保持决策者(各级政府水行政主观部门)。

水土保持监测工作的意义主要表现在:

(1)支持水土保持科学研究,提高水土保持科技含量:利用现代信息化技术对水土流失规律、水土保持预防保护和治理、规划设计、分析评价、决策管理等方法和途径进行改造和提升,将有助于全面提高水土保持规划、科研、示范、监督、管理工作的科技含量,有效解决当前相对落后的信息获取方式中存在的问题,促进传统水保向现代水保的转变。

(2)为水土保持规划、水土保持效益评价和水土流失模型开发提供基础数据:首先,监测是水土保持规划和效益评价的基础,如果没有系统的监测,进而不能全面、准确、及时地提出水土流失及其治理现状的数据,规划和效益评价的科学性和客观性将大打折扣,水土保持方案将缺乏科学性和可操作性,进而影响国家宏观决策效率和质量;其次,只有通过监测,才能根据水土流失、社会经济等的最新变化,对水土保持规划做出适时的战术性调整,增强水土保持工作的主动性、实效性、针对性;增强水土保持管理和决策的透明度,提高可信度。第三,监测数据是水土流失模型开发的基础。

水土保持监测的对象是发生在小流域范围内的水土流失及其治理。这是一种自然现象和过程,是现代地表过程的主要表现形式,包括降水径流过程(水循环和水平衡),地貌、土壤和植被发育演替过程,土地利用过程,人文过程(商品流通、人力物力的投入等)。因而水土流失和水土保持过程中耦合了多种物质、能量和信息的迁移、转换过程。水土流失发生的地段,是地表物质迁移最强烈的地段,因而也是地理科学、土壤科学等学科研究的重点部位。科学、全面地监测水土流失与水土保持过程具有重要的基础学科意义和生产实践意义。

总结水土保持监测和试验观测的历史与实践,水土保持监测方法概括为:地面观测、遥感对地观测、地面调查和基于空间分析的表面分析与数字制图等。

(1)地面观测是最主要的监测方法,包括各种侵蚀类型的地面观测、农户监测和地面调查等;

(2)遥感监测则是利用遥感技术手段获取的影像数据,通过专业解译提取水土保持专题信息的过程;

(3)地面调查是一种补充性质的方法,针对临时性、突发性事件,或者补充性工作的一种调查;

(4)基于空间分析和数字制图的方法,则是对典型点上监测得到的数据,经过必要的运算,得到小流域尺度数据的过程。

2水土流失和水土保持监测

世界上对土壤侵蚀的监测开始于小区观测。德国土壤学家Wollny在19世纪后期20多年的时间里,研究了坡度、植物覆盖、土壤类型、坡向等对土壤侵蚀的影响。1912年Wollny在美国犹他州建立了一个4hm2的小区,观测因过度放牧导致的水土流失。1917年Miller在密苏里大学建立了与今天所用小区类似的实验小区,成为土壤侵蚀研究史上的丰碑。1940年Zingg发表了坡度坡长对侵蚀影响的定量公式。1941年Smith进一步研究了作物和水土保持措施对土壤侵蚀的影响。1947年Browning和他的同事们研究了土壤可蚀性。1947年Musgrave领导的小组研究了降雨对侵蚀的影响。1959年Wischmeier研究了降雨侵蚀力。所有这些研究成果对后来美国通用土壤流失方程的建立起到了极为重要的作用。以后土壤侵蚀监测与全球变化研究结合,在全球范围内建立网络进行监测。

二战以后,美国等西方国家进行了大量水土流失治理工作,如美国的密西西比河流域、田纳西河流域治理(总面积10.6万km2)等,在治理过程中也进行了相应的水土保持监测。到而20世纪末期,由于全球性环境问题的日益突出与重视,开始建立全球范围内的水土保持监测网络系统,其中开展了大量是关于小流域的监测。国外的小流域监测工作,最突出的特点是将监测和观测与土壤侵蚀模型开发相结合,与水土保持和生态治理工程相结合。

小流域治理是改革开放以来水土保持工作的最大成果之一。国内的小流域治理监测一般是利用遥感技术手段进行的。监测方法可概括为3种,一是利用把口站进行小流域水土流失总量的测验,但是这种方法不能得到泥沙来源的详细信息,因而虽然对水工设计十分有用,但是对水土保持规划的支持能力有限。二是地面调查和遥感制图方法,这种方法比较多地受到土壤侵蚀分级分类标准的影响,在定量化方面显得不足。三是同位素示踪方法,但是这种方法距离实际应用尚有一定距离。

3结语

经过半个多世纪的研究,我国在水土保持监测方面已经取得了一定进展,但是还存在诸多问题。如基础研究相对滞后、数据交流共享程度不够等等还需要相关研究人员做出更多的努力。

参考文献

[1]刘建善.天水水土保持测验的初步分析[J].科学通报,2015(12):59-65.

[2]康玲玲,吴卿,罗中伟,等,黄土高原水土保持生态环境建设生态效益监测方法探讨[J].水土保持通报,2014,24(3):40-44.