水土保持监测方法

水土保持监测方法是指获取监测数据的手段。根据监测途径、监测对象的差异，水土保持监测可以分为微观监测和宏观监测两类。前者以小区、样地坡面和重力侵蚀等微观方面内容为主，后者则主要是以地表覆盖信息的遥感监测宏观内容为主。

微观监测方面，水蚀坡面观测有较大的发展，具备较好的基础，但对水土流失影响较大的沟道侵蚀观测方法相对比较薄弱。

宏观监测方面，大多采用高空间分辨率、多时相、多光谱遥感数据，在地面野外调查、勘察的支持下，以人机交互解译获取土壤侵蚀信息，以土地利用类型为基础的遥感影像土壤侵蚀解译已得到广泛的应用和推广。

目前，根据水土保持监测的空间尺度，可以将水土保持监测方法划分为坡面水土保持监测方法、小流域水土保持监测方法和区域水土保持监测方法三大类。

1.坡面水土保持监测

坡面径流小区的类型、组成与布设、监测内容：

坡面径流小区是坡面水土保持监测的传统方法，也是奠定土壤侵蚀作为独立学科的基础。根据不同标准可以将径流小区划分为多种类型。根据小区的大小划分为微型小区、中型小区和大型小区；根据不同地区建立的观测小区，可以将小区划分为标准小区和非标准小区；按小区的可移动性可以将小区划分为固定小区和移动小区。

径流小区一般由边墙、边墙围成的小区、集流槽、集蓄径流和泥沙的设施、保护带以及排水设施组成。由边墙围成的小区，是小区径流和泥沙的来源地，也是布设水土保持措施之所在。因此，应严格控制小区内土壤的管理措施或水土保持措施，使小区更具有代表性。

布设小区时应考虑小区的代表性、已有径流小区、监测结果的可比性、小区建设的规范性、小区面积、交通条件等基本因素。

径流小区监测的项目可以分为基本监测项目和选择性监测项目两大类。基本监测项目包括降雨量、降雨历时、径流量、侵蚀量、降雨前后土壤含水量。监测结果应按次降雨、 日降雨、汛期及全年降雨情况进行小区产流、产沙量的汇总和分析。

其一，核素示综技术。

核素示综技术是通过比较没有发生侵蚀地块土壤中的核素含量与侵蚀地块土壤中的核素含量的差异，进而利用核素流失量与侵蚀量间的定量关系，推求坡面水土流失量的技术方法。

其二，插钎法。

插钎法是坡面水土保持监测的传统方法，具有悠久的历史。它的基本原理如下：在选定的具有代表性的监测坡面上，按照一定的间距将直径为5mm的不锈钢钎布设在整个坡面上，钎子上刻有刻度，一般以0为中心上下标出5cm的刻度，最小刻度为1mm。监测时将钢钎垂直插入地表，保持0刻度与地面齐平。在监测期内监测钢钎的读数，将本次读数与上次读数相减，差值为负数则表明监测期内发生了侵蚀，侵蚀强度可以用平均差值计算得到；差值为正数则说明监测坡面发生了泥沙沉积，沉积量的大小也可以通过平均差值计算得到。该方法监测精度较差，但由于简单易行，操作方便，因此在生产实践中应用较为广泛。

其三，全球定位系统（GPS）技术。

全球定位系统（GPS）技术可以用于坡面水土保持监测特别是对坡面切沟的长期定位监测。利用高精度GPS系统在坡面上进行水土保持监测，作业速度快，精度高，测量不受恶劣天气影响。

其四，三维激光扫描仪法。

三维激光扫描仪法是目前国际上先进的地面空间数据测量方法，它将传统的点测量扩展到面测量，可以对复杂的地面特征进行扫描，形成地表的三维坐标数据，而每一个数据（点）都带有相应的X、Y、Z坐标数值。这些数据（点）集合起来形成的点云，就能够表现出监测地表的特征。研究人员经后续的计算机处理，可以对数据进行多种分析和计算。

2.小流域水土保持监测

小流域水土保持监测是水土保持监测的重要组成部分，可以弥补坡面监测无法反映土地利用变化对水土流失影响的缺陷，是小流域水土保持工程规划、生态环境建设的基础。 目前，对于小流域水土保持监测，主要有控制站监测和侵蚀调查两种方法。

其一，小流域控制站监测。

小流域由于面积小，汇流迅速，所以其径流泥沙变化幅度比较大。研究人员一般通过对流域出口处控制站内次降雨的水位监测，获得小流域次降雨径流资料，在径流测量的同时采集水沙样，进一步分析得到含沙量，从而获得小流域次降雨泥沙资料。在获得次降雨径流泥沙资料的基础上，研究人员经过资料汇总分析，可得到该流域逐月、逐年的径流泥沙资料。

小流域水土保持监测中采用的控制站多为薄壁堰型量水堰，堰顶厚度变化对水舌影响不大，从而不影响过堰浪量。控制站位置的选择十分重要，选址的基本要求是水流顺畅、无弯道和宽窄变化的沟道，沟道比降相对均一，保证水流流动时无明显的冲淤发生，岸边杂草不影响水流运动，控制站下游不存在回水。

其二，小流域侵蚀调查。

小流域土壤侵蚀调查与径流泥沙监测，可以相互补充和验证，特别是对于没有径流泥沙监测的流域，其调查成果对于小流域水土流失评价、水土保持措施的优化配置，具有重要的意义。很多地方都修建了大大小小的水库和塘坝，这些水库和塘坝的修建，为小流域土壤侵蚀调查提供了有利的条件。

3.区域水土保持监测

区域水土保持监测是分析区域水土流失规律、评价区域水土保持效益、制定区域水土保持战略的基础，在水土保持监测体系中占有重要的地位。 目前，国内外对于区域水土保持的监测，主要有遥感调查和抽样调查两种方法。

其一，遥感调查。

遥感监测是普遍采用的宏观监测手段，具有较强的宏观性和时效性。它是以监测区域的遥感影像为基础资料源，借助计算机图像处理和光谱分析技术，通过各种形式的人机对话，解译不同时相遥感影像的土地资源利用现状，土壤类型变化，土壤侵蚀的类型、特征及危害，地貌及地形坡度分布，河道、水体和水系调查，草地类型及分布，林地类型及森林分布，农田水利工程及其效益调查，水利技术措施及效益调查，水土保持工程和生物防治设施及其效益，居民区分布及道路交通网的状况等基础数据。它具有适时性强、地面光谱资料丰富并可获得多时相资料、覆盖范围大、准确度高、成本低的优点，更适合大范围监测。

其二，抽样调查。

抽样监测用于获取监测区域水土保持治理效果、总结水土保持治理经验等数据，通过询问、收集资料、普查、典型调查、重点调查等方法进行。

对不同的监测内容应确定与其相应的监测方法。对大范围水土流失的面积、侵蚀强度、侵蚀量及植被覆需度等的监 测 ，应以“3S”技术手段为主，辅以统计数据等进行分析、评价；对局部范围水土流失危害、发展趋势、治理情况与效益及人为水土流失情况等的监测，应以定点观测和调查统计为主，辅以相关数据的分析、评价。

近年来，水土保持工作逐渐受到重视，全国水土保持监测工作在监测方案、技术标准体系建设、监测网络和信息系统建设、水土流失动态监测、基础数据库和信息化建设等方面取得了明显的成效和长足的发展。但是，我国水土保持工作由于整体建设起步较晚、经验较少，还存在较多的问题。如：水土保持监测机构地面监测点的覆盖面相对国土面积还远远不够， 自动化的地面观测程度不高；相对遥感监测技术而言，水土保持监测的询问调查、典型调查和地面观测等技术水准差异很大，从而影响水土流失和水土保持评价。 “3S”技术在水土保持动态监测中拥有广阔的发展前景。随着“3S”技术的进一步发展，我们应充分利用其各自的优势，扬长避短，探求它们之间更合理的集成方式。为了提高监测精度，可寻求将“3S”技术与专家支持系统（ES）、神经网络（NN）等技术相结合的途径，融入逻辑关系判断方法，提高人机交互解译的能力。 “3S”技术在水土保持监测网络和信息系统中也将有很大的发展空间，其中，可通过“3S”技术应用试点和推广工作，采取常规监测与现代先进监测技术相结合的方式开展工作，并在此基础上，通过不断完善提高，逐步实现全面应用“3S”技术进行动态监测。随着水土保持监测条件的不断改善，这些技术可以进一步推动我国水土保持监测业务的开展，更好地支持国家和地方的水土保持规划、治理与监督工作，更好地服务于各种公益性需求。