生产建设项目水土流失监测方法体系探讨

　　随着我国社会经济的高速发展，大型水利水电、矿山开采、交通运输、城镇建设等生产建设项目迅猛增长，生产建设项目造成的水土流失强度高、范围广、危害大，所造成的人为水土流失量占据越来越大的比重。严重危及人类赖以生存的水土资源和自然环境，给社会经济发展、生态安全以及人民群众的生产生活带来威胁[1].

　　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[2].关于水土流失监测国内外已经开展了大量的研究，但研究多集中于坡耕地，关于生产建设项目水土流失监测鲜有报道。当前，生产建设项目产生的水土流失已经成为我国新增水土流失的主要策源地。如何有效地开展生产建设项目水土流失监测，并采取相应的预防监督和有效的治理措施，成为当前我国水土保持工作的一项重要课题[3].本文在论述国内外现有水土流失监测技术的基础上，尝试探讨生产建设项目水土流失监测方法体系，为今后开展生产建设项目水土流失监测工作提供参考。

　　1 水力侵蚀监测

　　水土流失监测起源于 19 世纪 80 年代的德国，Wollny建立了第一个径流小区，他的研究为美国通用土壤流失方程的建立奠定了基础。20 世纪 40 年代开始历经多年研究，美国土壤学家建立和修正了 USLE、RUSLE、WEPP 等水土流失预测评价模型[4].我国的水土流失监测工作开始于上世纪 40 年代，80 年代以后随着遥感技术的普及和国家投入的增加，水土流失监测手段和设备有了一定的改善，全国及大区域的监测工作全面开展。最近 20 年，由于3S 系统等地球空间技术和计算机技术的广泛应用，使水土流失宏观监测得以快速发展，有力地支持了国家和地方水土保持建设[5].

　　常规的水土流失监测方法主要包括侵蚀针法、水文法、模型估算法、遥感解译法、调查法和径流小区法等[6].

　　这些常规方法工作量大、效率低和周期长，已经逐渐不能适应现代水土流失监测高时效性、自动化和系统化的发展要求。随着技术水平的提高，水土流失监测新方法通过多学科的交叉结合，使监测的精度也由定性提升到定量和精确定量水平。现代水土流失监测方法主要包括现代地形测量、核素示踪、沉积泥沙反演和现代原位监测等。

　　通过现代地形测量技术可以甄别出水土流失和沉积在地形上表现出的细微变化。利用数字高程模型（DEM）可以直接计算水土流失量和沉积量，或者利用 DEM 提取的坡度、坡向和坡长等地貌特征值，并结合相关统计资料和模型来分析水土流失量和沉积量。这些研究主要有： 利用三维激光扫描仪获得侵蚀量等高线图，分析坡度和侵蚀面积和体积的关系[7]; 利用全球定位系统（GPS） 获取目标多时相 DEM 并将其配准到同一坐标系，对比得到研究区的水土流失量； 应用数字影像处理、影像匹配、模式识别等技术，将拍摄对象以数字的方式表达，研究冲沟侵蚀的发育过程及地形因素对冲沟发育的影响[8]; 利用合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR） 对地形变化进行监测，以获取水土流失量； 低空无人飞行器遥感测量系统解决了传统航空摄影技术对机场和天气条件的依赖性、成本高、周期长等问题，在水土流失监测中具有广泛的应用前景； 光电侵蚀针根据探针传感器产生的电压与探针暴露长度正比例关系推算侵蚀深度[9]并对水土流失和沉积过程进行监测。

　　随着核素分析技术发展，在水土流失监测中核素示踪技术已逐渐成为一种新方法并被广泛使用。目前137Cs、210Pbex 和 7Be 等应用放射性核素示踪水土流失成为研究热点。我国许多学者使用核素示踪技术来研究影响水土流失速率因子，分析流域输沙模数的变化，示踪喀斯特地区水土流失的季节性变化和工程建设弃土弃渣场的水土流失速率[10 -12].

　　沉积泥沙反演法是利用积沙量计算湖泊或塘库淤沙模数、河流含沙量、泥沙输移率、水土流失速率或者利用保存在泥沙中的各种物理、化学、生物和放射性示踪泥沙来源，研究流域侵蚀时空分布，主要包括沉积泥沙测量法、沉积泥沙断代和泥沙来源"指纹"识别等方法。现代原位监测技术不同于径流小区、侵蚀针等传统原位监测，随着现代数据采集、计算机分析技术和数据无线传输技术的发展，已经成为水土流失监测发展的新方向。现代原位监测具有监测数据时效性和完整性的特点，而且能够适应系统化、自动化需求。

　　实践证明，不同的监测方法有其适用的前提和时空尺度，三维激光扫描技术、核素示踪技术、沉积泥沙反演和现代原位监测等新的监测方法和技术符合水土流失监测理论，满足实际的需要，具有巨大的发展潜力。

　　2 风力侵蚀监测

　　风力侵蚀是水土流失主要类型之一，是干旱半干旱及半湿润地区荒漠化的主要原因。目前，国内外风蚀量的监测方法包括集沙盘法、降尘缸法、风蚀盘法、风蚀圈法、粒度对比分析法、示踪法、遥感监测法及风蚀深度监测等。

　　集沙盘法会对地表造成扰动，张华等在集沙盘上增加托盘，避免了每次收集风蚀物时对地表的扰动，但此法不能确定沙的来源，还有待于进一步研究； 降尘缸法分为干法、湿法和玻璃球法 3 种，湿法和玻璃球法的集尘效率明显高于干法，但这 3 种方法仍不清楚降尘的具体过程[13],国外学者在以往设备基础上改进了玻璃球集尘仪（MD-CO） ,具有集尘效率高的优点[14],但目前的集尘装置都不同程度低估了尘粒物质的数量； 风蚀盘法估算区域风蚀量可以定量研究不同下垫面的风蚀特征[15],但由于风蚀盘不能使土样与地表土壤良好结合，不适合进行长时间段的风蚀量估算； 赵沛义等[16]受风蚀盘启发，研制出了由 PVC管及尼龙布嵌套而成的高 2 cm,外径 25cm 的风蚀圈，可做野外长期监测，实现土壤风蚀的定量观测，但风蚀圈取放土样困难，可能会影响测量值的准确性； 粒度对比分析法当前可用于测定和估算风蚀量，但由于其应用较少还需进一步验证； 通过建立风蚀率 137Cs 评估模型，估算风蚀速率，从而得出风蚀量； 遥感法不能直接得到区域土壤风蚀的数量值，可以用于调查水土流失面积及变化、研究影响侵蚀的因子并探讨相应的风蚀防治措施等； 测钎（侵蚀针） 法可用于直接测量风蚀深度，但需有一定的强度且足够细，不易被折弯，国外学者 Gupta 等使用 1m 长的铁钎测量了印度拉贾斯坦的裸露砂质平原风蚀量。目前，在我国的生产建设项目中多使用测钎法。

　　与水蚀相比，风蚀物质迁移过程和路径更为复杂，且难以捕捉。在将来的风蚀监测中，不仅在深入研究风蚀机理的基础上，不断改进观测设备，还应该深入研究观测设备在野外布设和安装技术及其对观测精度的影响，提高观测精度，以期解决点观测资料在面尺度上的问题。

　　3 生产建设项目水土流失监测方法体系

　　生产建设项目水土流失主要由人为因素引发，与传统的水土流失相比，其类型复杂多样、发生时间短、流失量大及危害严重，因此对侵蚀量的监测难度更大，目前很难进行有效地预测。国内不少学者在生产建设项目监测中采用 USLE、对比法等预测水土流失量，也取得很大进展。

　　但是由于缺乏大量的实测数据，预测时采用的背景值和系数随意性很大，结果很难令人信服。

　　对于各种类型的生产建设项目，首先应搜集监测区资料，通过遥感法来监测整个区域项目建设前、后的水土流失、土地利用的动态变化，在施工准备期、建设期和运行期使用三维激光扫描仪对弃渣（土） 场和工业场地周边等易产生水土流失的位置进行扫描，三维激光扫描仪能较真实地量化反映地表形态变化，还可以使用一些传统方法进行相互印证，如径流小区法、水文观测法和侵蚀沟法等以获得较准确地水土流失量，当项目区周边有池塘或湖泊时，在有条件情况下需使用沉积泥沙反演法，利用积沙量或示踪泥沙来源来监测生产建设项目对周围影响，当项目区处于风蚀区范围时可以采用简易且便于长期放置装置的方法，如集沙盘法、降尘缸法、风蚀盘法、风蚀圈法和测钎法等进行风蚀量的监测，根据当地条件选用一种国内外研制的集沙仪进行风蚀输沙率监测，将实地调查和测量法获取的数据运用 RUSLE 模型进行预测水土流失模数，最后和实测的侵蚀量进行对比分析，准确得出不同时期生产建设项目水土流失特征和流失量，为今后水土保持措施设计和布局提供参考。

　　4 结 论

　　当前已有的水土流失监测方法各有其优点和局限性，应根据项目建设单位具备的条件，参考评审专家的意见以及监测区的地类条件（尺度、气候、植被、地形和土地利用等） 选择合适的监测方法。但是，一般情况下要取得建设项目产生的水土流失量及其影响，是不可能由某一特定监测方式得到的，必须采用综合的监测方法进行，即由遥感监测、三维激光扫描技术、径流小区、水文观测、模型分析、实地调查测量法和风蚀监测法等组成的综合监测体系。

　　不同类型的生产建设项目有不同的监测体系，但所有的监测体系必须以项目区现状为基础。

　　参考文献：
　　[1]李占斌，朱冰冰，李鹏。 水土流失与水土保持研究进展[J]. 土壤学报，2008,45（5） : 802 -9.
　　[2]刘咏梅，杨勤科，王略。 水土保持监测基本方法述评[J]. 水土保持研究，2008,15（5） : 221 -5.
　　[3]林恩标，林朱，温龚。 生产建设项目水土流失监测方法体系探讨-以福银高速公路联合段为例[J]. 亚热带水土保持，2010,22（4） : 47 -51.