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基于水文自动化监测站网开展水土流失监测的探讨

文档作者：邢先双1 董明明1 郭静2 杜子龙3 孟琳1 文档来源： 1. 山东省水文中心 2. 潍坊市水文中心 3. 水发技术集团有限公司		更新日期： 2026年06月23日	点击数：
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生 态 ECOLOGY 区域治理
作者简介：邢先双，生于1981年，硕士研究生，高级工程师，研究方向为水土保持监测、监管、信息化等。
基于水文自动化监测站网开展水土流失监
测的探讨
邢先双1，董明明1，郭静2，杜子龙3，孟琳1
1. 山东省水文中心；2. 潍坊市水文中心；3. 水发技术集团有限公司
摘要：为了探究水文自动化监测站网开展水土流失监测的策略，笔者先阐述水土流失监测的重要性，之后给出具
体监测项目，发现：水土流失监测系统的开发和利用可以提供多元化信息采集数据，动态化掌握水土流失情况，
但是当前部分单位在水土保持工作中仍然存在自动化水平低、观测因子少、数据精度不能满足要求等不足之处。
因此笔者建议：在今后工作中应该提升技术人员的信息素养，依托水文站网布局，加强设备优化，充分发挥水土
流失监测系统的作用，提升环境治理效果。
关键词：水土流失；水文自动化；监测站网；重要性；策略
中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2021）36-0124-0003
水土保持和水土流失监测在构
建“四位一体”战略中占据重要位置，
在城市化进程不断加快的时代背景
下，如何完善区域水土保持、如何
提升水资源利用率、如何动态化监
测水土流失情况，已经成为各级单
位和部门必须重视并解决的问题。
从这一层面来讲，水文自动化监测
站网的建立与使用，就显得尤为重
要，革新管理方式，保护城市地表
径流，有助于各级部门全方位贯彻
落实“两山论”，最终提升生态环
境的治理效益。
一、水土流失监测的重要性
（一）为水土保持工作提供基
础数据
从技术层面来讲，我国幅员辽
阔，要想宏观性监测各地区水土情
况，是具有一定难度的，再加上部
分季风性气候区夏季雨水较为集中，
部分山地丘陵地带自然灾害种类较
多，对水土资源的破坏性更大，技
术人员和相关监测部门要想掌握水
土流失的发展规律，仅仅依靠人工
经验和静态化的信息系统，远远不
能达到管理需求。而利用水土流失
监测系统及监测站网的创建，可以
为水土流失监测提供多地、多段、
多区的基础数据，做好必要的相关
数据采集工作，引导利用人工调查+
调查监测的方式，分析水土流失情
况，从而确定工作要点，更好地满
足监测要求。坚定监测开展力度，
为后续整理、管理提供思路，促进
监测数据采集的标准化，根据坡地
径流、植被覆盖率等监测项目，充
分发挥气象站、监测站、采样系统、
监测网的作用，方便技术人员根据
预测模型进行数据分析。
（ 二） 动态化掌握水土流失
情况
影响区域性水土流失情况的类
型有很多种，工业施工、人为行动、
气候变换等都会加剧水土流失的速
度[1]。尤其是自然环境，具有不可
抗力性和不稳定性，必须做好动态
性监测，才能为后续水土保持工作
提供准确数据，采取科学合理的措
施，降低水土流失的破坏性，提供
动态化监测数据，全程监测流失情
况，在定点调查、地形图现场调绘、
数据汇总、土壤侵蚀强度、小流域
侵蚀总量、泥沙流失量、雨量监测
等系统监测指标的作用下，为后续
水土保持和治理提供科学决策的依
据。确保相关部门的技术人员和管
理人员研究水土保持规划方案，全
面掌握监测对象的发展/ 变化规律，
设计基础监测技术线路，测算有效
土层厚度，控制城市非点源污染的
水环境，从而提升城市水环境综合
治理效果。
二、水土流失监测存在的不足
当前，在水土治理工作中，相
关部门在生态环境监测中还存在亟
需提升的地方，主要体现在以下几
点[2]。（1）监测点功能单一，数量少，
部分监测站点选址不合理，因此监
测成果在一定程度上难以满足管理
部门的需求，观测因子少；（2）即
使多地相继成立了监测分站，但是
监测点间的交流联系并不紧密，数
据之间尚未完成互通互鉴、交流互
享；（3）部分偏远地区、县乡地区
监测方式落后，对于一些小流域水
土流失监测过程中，数据精度得不
到保障，难以实现全过程、动态化
监测，自动化水平低，财政资金支
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区域治理 ECOLOGY 生 态
持不够，监测成果格式不统一，信
息共享平台尚未建成；（4）监测技
术人员稀缺，部分地区人才老龄化
严重，水土保持监测工作不能满足
现实需要，数据采集标准有待健全，
监测技术有待提高，需要充分应用
新型监测手段。
三、基于水文自动化监测站网
开展水土流失监测
（一）自动雨量
自动雨量的监测在水土流失和
保持工作中，起着重要的作用，水
文自动化监测站网中的雷达测雨系
统，可以通过雷达组网，确定雨量
监测范围，实现雷达监测双备份，
在上游组建高分辨率雨量雷达系统。
其组成部分主要有：（1）应用服务
系统；（2）雨滴谱监测站；（3）
数据处理单元；（4）数据接收交换
和监控管理平台。雨量雷达结构形
式更为灵活，自动获取格点雨量数
据（600m×600m），将格点雨量储存
到数据库中，之后进行分区雨量的
计算，在监测区域（分区）实时面
雨量数据分时间、分区段进行储存，
为技术人员和相关部门提供基础数
据信息，供洪水预警预报使用。确
定水源模型的产流/ 汇流参数，根
据自动化雨量监测实时更新流域面
积、滞后时段数、地下径流消退系
数、蓄水容量曲线、流域蓄水容量、
壤中流消退系数等，实测洪峰出现
时间，得出峰现时间误差。从水土
流失的源头开始，做好雨量的自动
监测，形成科学有效的数据，做好
相应预警工作[3]。雷达测雨系统的
使用可以及时对降雨量进行分区，
推测、降雨演进，确保水土保持工
作的空间连续性，提升监测密度，
初步率定参数，将雨量系统与洪水
预报系统结合，测算多场洪水期间
监测数据，充分发挥水文自动化监
测站网的信息化作用，为洪水预警
预报积累经验，及时规划好水土保
护预案。
（二）径流、泥沙自动化监测
在进行水土流失观测中，径流、
泥沙自动化监测是水文自动化监测
站网必不可少的一项核心技术之一，
其设计原理是：（1）测定盛水桶容
积，测定清水密度、土壤容重等参
数，利用超声波传感器将浑水重量
等数据进行储存和采集；（2）实施
测量行径流量，上传至集成系统，
动态化测量含沙量，其核心参数主
要有清水密度、地区坡度、径流平
均空气含量、土壤容重，将此类核
心数值输入到自动化监测系统中，
进行观察和比对。当前我国对径流、
泥沙自动化监测的研究已经取得了
阶段性进展，在水文自动化监测站
网中已经可以利用神经网络法、BP
神经网络方法、空间插值方法等测
算年平均径流量，对下游小尺度流
域径流、泥沙进行监测。本文主要
研究空间插值方法与“3S”网络分
析相结合的办法，为水文分析和自
动化监测提供基础数据，通过网络
构建，得出核心信息，构建河流网
络插值法流程图，并对水量水质进
行同步监测。在降雨结束后，峰顶、
峰腰、落平利用流速仪法和浮标法，
进行三次监测，计算流域的最大流
速和平均流速，测算断面面积和泥
沙含量，汇总成径流量成果表和断
面径流深成果表，分析径流深合理
性。其中值得注意的是，必须扩大
所述流域的观察站点数量，并确定
好所在区域，监测站点应该附集荒
坡地、耕地、工业用地等，利用“3S”
技术进行宏观监测，重视坡地径流
观测项目，提升数据分析完整性。
（ 三） 流域土壤侵蚀自动化
监测
流域土壤侵蚀情况从本质上讲，
与土地利用、植被覆盖率、地形条
件和降水分布等有着密切的关系[4]。
在水文自动化监测站网的布设中，
通过GIS 分析法，结合DOM 技术、
红外影像技术、DEM 技术的应用，可
以直接提取土壤侵蚀影响因子，对
侵蚀强度进行判断，判定监测指标，
主要通过对水蚀区坡蚀强度、水蚀
区沟蚀强度、水蚀区风蚀强度、植
被覆盖地表形态进行监测，具体指
标如表1。
表1 土壤侵蚀影响因子判定指标
判定指标具体分级
水蚀区坡蚀强度5 种强度
轻度：5° -8°
中度：9° -15°
强烈：16° -25°
极强：26° -35°
剧烈：≥ 36°
水蚀区沟蚀强度
5 种沟壑密度
（km·km-2）
轻度：1-2
中度：2-3（不包括2）
强烈：3-5（不包括3）
极强：5-7（不包括5）
剧烈：≥ 7
水蚀区风蚀强度
（非流沙面积）
沙地、沙丘、流动沙丘、
滩地等
微度：≥ 70%
轻度：50%-70%
中度：30%-50%
极强：10%-30%
剧烈：≤ 10%
植被覆盖地表形态6 种分级
裸地：≤ 10%
低覆盖：10%-30%
中低覆盖：30%-45%
中覆盖：45%-60%
中高覆盖：60%-75%
高覆盖：75%-100%
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生 态 ECOLOGY 区域治理
基于流域数字航摄影像，根据
地形地貌特征，首先，将已经采集
到的流域沿线数据汇总到三维立体
图形中，基于DEM 技术构成沟壑烈
度计算单元，其次，技术人员和信
息采集人员根据实际情况对上中下
游重点支流和主要泥沙来源进行自
动化监控，从而判定流域土壤侵蚀
状况。最后，根据核心数值判断当
地水土流失级度，从空间分布上总
结出土壤质地松软抗蚀能力，在遇
汛期强降雨来临之前，将预防监督
与治理两手抓，及时做好防控措施，
发挥水质监测站、水文自动化监测
系统的作用。
四、其他要点
（一）依托水文站网布局
从水文自动化监测站网系统建
设层面，笔者已经从技术视角给出
水土流失监测的工作方法，但是仅
仅依靠技术建设远远不能满足水土
保持的需求，还应该紧紧依靠水文
站网布局，构建趋于成熟的站网体
系。布设水文基本站，将蒸发站、
水文站、雨量站、土壤侵蚀自动化
监测站、水位站等多种水土保持基
站广泛分布于各地市县，功能必须
涵盖土壤墒情监测、小水库预警、
流域预警、水质监测、防汛信息监
测等，在水文站建设方面，笔者建
议，水文站点选择必须预留一定的
发展空地（周边），相关手续齐全，
交通较为便捷，在水土流失多发区
和严重区可以增加水文站监测网点
数量，提升基础数据的准确性。
（二）加强设备优化
水文自动化监测站中，观测站
房的投资与建设需要强有力的设备
支撑和资金支撑[5]。笔者以40 平方
米建设标准为例，在我国东南沿海
地区的装修费+ 征地费+ 税额共需
20 万元左右，此外信息实时查询和
远程运输所需要的总投资大概在6
万元左右，另外站房的专业性设备
购买、维护费用（多功能气象站、
自动采样器、自动水位计、泥沙测
定耗材、技术人员工资、运行与维
护费用）在80 万元左右（去掉地方
财政补贴），由此可见，水文自动
化监测站所涉及到的设备费用基本
是建设费用的2 倍，如果在日常工
作和使用过程中，出现设备更新和
扩建服务，总花费将达到建设费用
的2.75 倍左右。因此相关水文监测
部门应该高效利用财政资金，促进
信息共享平台的建立，在设备应用
的基础上，充分发挥监测网络的功
能，克服水土保持监测的局限性，
选择合理区域，提高运行效率，推
进水文现代化发展，利用监测设备，
与技术人员相互配合，规划出监测
网络。
（三）组建高质量的人才队伍
在水文自动化监测站网开展中，
仅仅依靠设备和技术的支持难以促
成水土流失监测体系的建设，我国
水文行业经过长期发展，在硬件设
施方面已经实现了高效发展，但是
即使是自动化监测，也不能离开“人”
的基本活动，因此笔者建议，在今
后水土流失监测过程中，必须构建
一支高质量人才队伍，将硬件设施、
管理体系、软件应用相结合，及时
补充专业技术从业人员。使用多普
勒声学监测设备，推广遥测报汛系
统的使用和信息化建设平台，满足
监测网络队伍人才缺口，与各级信
息中心实现网络互通，完善遥测报
汛系统，水文勘察工队伍必须熟练
掌握并运用常规监测设备，进行测
沙、测流、测水位等，实现数据共
享和信息发布，在水土保持技术应
用过程中，技术人员必须胜任应急
监测车、水质自动采样船等专业装
备。加强从业人员梯队建设，积极
引进系统开发人才、应用人才、监
管人才。对水灾监测站网进行优化，
完善监测层位，提升地下水布设密
度，调整监测方式，采用自动监测+
人工复核方式，改善测验方式，为
水土保持提供人才支撑，引进监测
经验丰富的项目管理人才，在特殊
类型区域，提升站网建设，充实人
才队伍，促进水土保持监测工作持
续，稳定发展。
五、结束语
综上所述，水土流失监测可以
提供多地、多段、多区基础数据，
方便技术人员利用监测模型进行数
据分析，全面掌握监测对象的发展/
变化规律，设计基础监测技术线路。
因此笔者建议，在今后工作中应该
构建一支高质量人才队伍，依托水
文站网布局，利用自动化设备进行
径流、泥沙、雨量、土壤侵蚀的自
动化监测，提升监测点间的交流联
系紧密度，构建内部完善的责任制
度，充分发挥监测站网功能，优化
监测方式。
参考文献
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