省级水土保持监测站点优化布局思考与建议

杨 伟 ，李 璐 ，赵 辉 ，于 泳 ，齐文杏 ，雷 盛

（1.湖北省水利水电科学研究院，430070，武汉；2.湖北省水土保持工程技术研究中心，430070，武汉）

一、开展省级水土保持监测站点优化布局的背景

全国水土保持监测网络始建于2004年，到2010年基本建成。该监测网络分为两期建设，一期工程主要是监测中心站与监测分站建设，二期工程主要是监测点建设。以湖北省为例：一期工程建设内容主要包括建设1个省级水土保持监测中心，武汉、恩施、宜昌、襄樊、荆门、黄冈、十堰、孝感、咸宁、鄂州等10个监测分站；建立1个分布式信息处理系统，实现省级水土保持监测网络中心和10个分站的10个数据分中心广域互连；为各站点配置必要的监测网络设备、办公设备、专业软件；开发水土保持监测信息管理系统软件，实现网上运行、发布；完成湖北省水土保持监测网络数据库建库和已有基础数据的采集录入。二期工程建设内容主要包括进一步完善省水土保持监测中心，完善软件系统的二次开发；新建77个监测点，包括荆州、随州、黄石和神农架4个综合点（监测分站），夷陵、红安2个示范监测点，秭归、长阳等38个重点监测点和郧县、竹山等33个普通监测点建设。

经过10多年运行，全国水土保持监测网络已经明显跟不上当前水土保持工作形势需要。一是站点布局有待优化，现有监测站点主要依据当时“三区”划分，与当前的全国水土保持区划和重点防治区不尽一致。二是各监测点径流小区布设等缺乏统一规划，监测设施有待完善。三是监测设备有待更新，受当时技术水平所限，大多数监测点采用人工观测，工作量大，人为导致的误差大。四是信息化水平亟待提升，一二期工程建设的信息系统和数据库已落后于当前水利信息化的水平和要求。

针对上述问题，水利部从2018年开始推进水土保持监测站点优化布局工作。湖北省从2016年启动全省水土保持监测站点优化布局与升级改造，2018年年底开始正式施工建设，2020年年底完成27个监测点的升级改造，计划2021年年底完成全部省级监测站点升级改造。届时将原来1个监测中心、10个监测分站、77个监测点组成的全省水土保持监测网络，调整为1个监测中心、14个监测分站、42个重点监测点组成的省级水土保持监测网络和市县级普通监测点组成的全省水土保持监测网络体系。根据湖北省水土保持监测网络体系优化布局与升级改造工作和依托监测点开展的一些水土流失监测研究工作，提出一些问题和建议。

二、站点优化布局需加强小流域控制站和自然坡面小区建设

1.小流域和重点工程监测

2018年湖北省仅有11个监测点的11座小流域控制站，并且5座分布于大巴山山地保土生态维护区（三峡库区周边）。全省8个水土保持三级区有3个没有控制站。控制站数量少且分布极为不均。现有小流域经过多年治理和恢复，目前小流域降雨过程产生的泥沙极少，小流域控制站的观测价值大大下降。

小流域是水土流失治理的基本单元。根据小流域治理计划，在即将实施重点治理的小流域建设小流域控制站，对小流域治理前、治理中、治理后的水土流失情况开展监测，对小流域的治理效果评价提供数据支撑。针对生态清洁小流域，还可增加面源污染物等指标的监测。对于经过多年治理后观测指标趋于稳定、观测意义不大的小流域控制站可适时取消。

2.科学合理布设径流小区

原有水土保持监测网络建设，很多径流小区布设没有制定统一规划和方案。以湖北省为例，二期工程监测点主要由地方自主建设，省级仅对监测点规模提出要求，监测点选址和坡度、坡长、措施设计等均由地方自主确定，各径流小区设置目的不明确，不同监测点数据难以进行比较分析和统一利用。

湖北省监测站点优化布局工作，提出把各监测点径流小区分为三类：一是水土流失观测小区。根据水土流失遥感调查成果，统计各个水土保持分区水土流失地块的土地利用类型、坡度及植被，布置对应土地利用类型、坡度及植被的径流小区。二是水土保持效益观测小区。根据水土保持措施调查成果，结合各区域水土流失治理措施选择习惯及布置坡度，布置对应措施类型和坡度的径流小区。三是对照小区。根据水土流失观测小区和水土保持效益观测小区的坡度，布置对应坡度的裸地对照小区。

3.加强自然坡面小区建设

径流小区是监测点数量最多的观测设施。为便于集中管理，目前监测点径流小区大多是人工坡面小区，即把原有自然坡面通过人工填挖整形成为特定坡度的平整坡面，自然坡面径流小区较少。2018年湖北省36个监测点共有180余个标准的人工坡面径流小区，自然坡面径流小区不足10个。

人工坡面小区在建设过程中对坡面进行整形，极大地扰动了土壤表层结构和地面植被，人工坡面小区的水土流失特征与自然坡面的水土流失特征截然不同，至少需要数年沉降才能逐步恢复到自然坡面结构。因此人工坡面小区的水土流失观测结果很难代表自然坡面的水土流失过程。

在监测站点优化布局与升级改造中重视自然坡面小区建设，需要新建径流小区的，要优先建设自然坡面径流小区。原有的人工径流小区经过多年沉降已经较为接近自然坡面，在维修升级过程中要尽量减少土层扰动。

三、站点优化布局需要重视三个突出问题

1.重视自动化监测设备选型

实现径流、泥沙、降雨、土壤水分等指标的自动化监测是提高水土保持监测质量的必然要求。一是传统人工监测过程中的分流过程和搅拌取样过程误差大，根据实际观测泥沙误差可达40%，采用自动化设备的误差可控制在20%内。二是布设自然坡面小区，必然要求建立无人值守的自动化径流小区，传统人工管理模式无法实现分散布置自然径流小区的观测。

自动化监测设备选择，一要考虑设备性能，包括最大径流量、最大泥沙含量、最大径流误差、最大泥沙误差。目前基于称重法的小区径流泥沙监测设备逐渐得到水土保持工作者的认可，但是不同厂家的设备原理还存在一定差别。全样监测的设备准确性高，但是成本也较高。二要考虑设备的稳定性。径流泥沙监测设备的室外工作环境不可控因素多，室内运行正常的设备在野外工作中问题频发，严重影响了监测工作的开展。三要考虑设备与设施衔接。新建和改造径流小区在设计阶段要考虑设备安装要求，特别是小区径流泥沙监测设备高度。

2.重视信息系统升级开发

通过全国水土保持监测网络和信息系统建设，建成了一批水土保持应用系统。但是随着信息化工作的不断推进，早期建设的系统一部分已经失去作用，另一部分已经被或即将被新的系统所取代。还有一部分系统仍存在较大使用价值，但是由于其硬件设施已经达到5～8年的使用年限，继续使用将会影响系统的功能性，达不到使用要求，或者其使用环境和用户需求发生了一定变化，必须进行升级。

信息系统升级过程的关注重点，一是要与各种自动化监测设备无缝对接，实时接收和存储径流、泥沙、气象、土壤水分、视频等设备的实时观测数据。二是要在数据接收存储的基础上，实现各项监测数据的自动化整理分析，取代传统数据整编工作。三是要探索实现地面监测与遥感监测的协同及空地数据同化，为提升遥感监测精度、开展水土流失安全预警服务。

3.重视监测数据挖掘应用

目前国家级水土保持监测点的监测数据成果主要服务于全国土壤侵蚀模型的建立、修订和完善，如何发挥省市县监测点水土流失监测数据作用一直是地方各级监测机构亟待回答的问题。

①水土流失量估算。按照相关技术规范要求，采用遥感监测和地面调查相结合的方法获得各个水土保持区的水土流失地块类型、坡度、面积和空间分布状况。结合不同水土流失地块对应径流小区的观测结果，可以粗略估算区域的水土流失量。

②水土保持效益估算。根据各水土保持区的水土保持措施类型和坡度分布布设水土保持措施小区，监测减水减沙效果。结合遥感监测、调查监测和地方上报的水土保持措施数量，估算各区水土保持效益。

③区域水土流失监测。通过地方监测点的水土流失监测，开展水土流失因子的率定研究，对 《区域水土流失动态监测技术规定》的有关参数进一步细化和本地化，提高全国土壤侵蚀模型在本区域的计算精度。

④监测数据公开共享。公开各区域水土流失因子数据和土壤侵蚀模数观测数据，为水土流失规划设计和生产建设项目水土保持方案编制、水土流失监测等提供数据服务。