水土保持監測設備在小流域測站的應用

肖萍　馬金華　劉克軍

【摘? 要】小流域控制站是水土保持監測的重要設施，通過建立小流域監測卡點，安裝自動監測設備，實時監測小流域河道的水位、雨量、流速、濁度，計算小流域全年度累積水土流失量。小流域控制站的運行與維護也是一個重要環節，委托專業公司對控制站主要監測設備的流速（流量）、濁度（流失量）進行率定校準及設備維護，確保監測數據準確，設備運行可靠。

【關鍵詞】水土保持;監測站;設備應用

對小流域水土流失量的監測，是水土保持監測管理的一項技術措施和手段，小流域水土保持監測站點的選擇、設備安裝位置、監測設備的選用十分重要，關系到水土保持監測數據具有的廣泛代表性、監測數據的準確性、有效性。本文介紹安吉縣水土保持監測站的建設管理和對數據的分析情況，僅供同行參考。

1 概況

安吉縣梅園溪小流域控制站，地處浙江省西北部安吉縣，流域范圍內以山地為主，山坡種植有白茶、樹木等，平地種植經濟作物為主。流域內有魯家，南北莊、宜荗三個行政自然村莊，無工業園區，個體企業較少。流域范圍南北5.8KM，東西寬4.5KM，集雨面積約25平方公里;流域范圍植被比較好，有多個小水塘。魯家溪流有3條分支，主要溪流長6.8KM。

2 監測站點及設備安裝

2.1斷面選擇

選擇魯家溪流出口，西山塢小區外側河道，矩形標準斷面，河道平直，水流平穩。斷面寬12米，擋墻高2.5米。

2.2控制站監測設備

在河道上設置門架，溪流中間安裝雷達水位計、雷達流速儀，光電濁度儀，自動雨量計等，現場控制設備柜，由太陽能電池供電，內部安裝有數據庫存儲器，數據發送設備等。

2.3數據接收設備

在水保站設置一臺計算機及通信網絡連接設備，接收監測系統發送的數據，軟件系統對監測數據進行歸類，換算，形成需要的報表數據，形成數據曲線，分析數據變化規律。主要數據可以導出保存。

3 監測系統數據的率定

監測數據的準確度十分重要，因此，需要定期對光電濁度儀、流速儀進行校準。

3.1泥沙監測數據的率定

3.1.1率定原理：

光束通過渾濁的液體時，光線經過一段距離后光強度會有一定程度的減弱。減弱的主要原因是光線被渾濁液體內的介質吸收或反射散射偏離原來方向。測量散射回來的光強度，可以計算出液體的濁度。

天然水體中泥沙含量是影響水濁度的最重要因素，在很多場合，泥沙含量是決定濁度的唯一因素。系統采用后散射探頭和側散射探頭來測量濁度，從而測得懸移質含沙量。

3.1.2同步時間選擇：

在單沙取樣時，泥沙在線監測系統同步進行監測，選擇同步時間的在線數據遵循以下原則：

（1）水位變化不大時，選取最靠近取沙時間的儀器測量值;

（2）水位變化較大時，使用內插法，獲取最靠近取沙時間的儀器測量值;

3.1.3傳感器數據的選擇：

本系統采用的傳感器有后散射探頭和側散射探頭，后散射探頭接收光強度的角度為125-170°，側散射探頭接收光強度的角度為90°。含沙量為2kg/m3以上的水體中，光源所發出的紅外光，碰到懸移質泥沙后，以大于90°散射回來的機率較大，即高沙的條件下，后散射探頭所測的數據更為準確。含沙量為2kg/m3以下的水體中，光源所發出的紅外光，碰到懸移質泥沙后，以90°散射回來的機率較大，即低沙的條件下，側散射探頭所測的數據更為準確。

根據率定過程中，含沙量的變化范圍，以及上述的儀器特性，選用側散射的數據，與同步的單沙數據建立關系。

3.2雷達自動流量監測系統率定

3.2.1比測方法：

采用型走航式ACP流速儀作為比測設備。雷達自動流量監測系統與走航式實測流量計算出的斷面流量Q.進行比測分析：為確保資料一致性和精度，實測流量選用了測流平均時間作為和流量監測系統監測的同步時間，如系統采集數強時間與實測流量平均時間出現微差，則盡可能選擇其接近時間。

3.2.2對比分析：

實測流量選用了測流時間段內平均時間點作為和雷達自動流量監測系統監測的同步時間，共選取多組流量數據資料：對雷達測流系統與實際測量流量進行數據對比分析。

對比分析，雷達測流高流速表現較好，低水位、低流速下相關性較差。

4 數據分析

監測系統2019年6月安裝完成，進入試運行，10月份進行了數據率定，2020年正式投入運行。

水土保持梅園溪小流域監控站2020年各月典型日數據表：

上述數據反映出：

降雨量大，流量大，濁度低，含沙量低，日期6.14（21）、7.2（6）、9.17;水土流失少;

降雨小，流量小，濁度高，含沙量高，日期2.25-2.26，5.10-5.12，水土流失大;

2020年全年無特大暴雨，大雨連續天數出現較少。全年大部分日期的數據反映出低濁度，低含泥沙量的情況，說明流域內植被相對較好。

5 結論

水土保持小流域監控站，能夠實時反映梅園溪小流域自然生態環境下實際的水土流失情況。定期做好對濁度儀、流速儀、水位計的校準率定和設備的運行維護，確保數據的準確性，設備運行的可靠性，統計數據歸類保存，為小流域水土流失治理提供準確的數據依據。

參考文獻：

[1]浙江省水土保持監測站點建設和管理標準化技術規程

[2]安吉縣水土保持綜合觀測場標準化建設資料

作者簡介：

肖萍，浙江省安吉縣水土保持管理站。

馬金華，浙江省安吉縣水土保持管理站，高級工程師。

劉無軍，浙江省安吉縣水土保持管理站，高級工程師。

（作者單位：浙江省安吉縣水土保持管理站）