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土壤侵蚀监测

对土壤侵蚀过程、侵蚀产沙量、影响因素及其相互作用,进行不同时间和空间尺度的观测。为预报和估算侵蚀产沙及治理效益提供基本数据,为水土保持规划、国土整治、环境保护和防灾、灭灾提供科学依据。土壤侵蚀监测应包括宏观和微观两方面,其采用的技术手段和观测方法也有所不同。从宏观方面,土壤侵蚀在空间分布上有其广泛性,呈明显的区域分异;在时间尺度上有其长期性和多变性。

土壤侵蚀过程、侵蚀产沙量、影响因素及其相互作用,进行不同时间和空间尺度的观测。为预报和估算侵蚀产沙及治理效益提供基本数据,为水土保持规划、国土整治、环境保护和防灾、灭灾提供科学依据。土壤侵蚀监测应包括宏观和微观两方面,其采用的技术手段和观测方法也有所不同。从宏观方面,土壤侵蚀在空间分布上有其广泛性,呈明显的区域分异;在时间尺度上有其长期性和多变性。例如地质时期和历史时期以来,不同自然地带的不同侵蚀类型区,因自然因素和人为活动变化对土壤侵蚀影响所带来的一系列变化。从微观方面,在不同年份和不同次降雨情况下,土壤侵蚀及其影响因素均呈现复杂的相互应变的物理过程。例如同一类型区的土壤侵蚀受降雨、坡度、坡长、植被、土壤及土地利用等多因子的制约。根据监测的内容和要求,确定时间和空间尺度及采取相应的手段和方法,主要包括遥感动态监测、小区监测和小流域侵蚀产沙量监测。

遥感监测

目的在于查明某一区域或流域,在一定时段内的土壤侵蚀背景和动态变化。空间尺度可以由几个平方公里到数百万平方公里;监测时段以年为单位(也可按数年、数十年),主要进行中长期变化趋势监测。例如定期编制类型(区)图,土壤侵蚀强度(区)图、流域输沙模数图,水土保持现状图及相应的背景变化图件,包括植被、土壤、土地利用等。主要应用遥感手段,包括航天、航空、低空和地面遥感设施,不同比例尺的卫星、航空摄影、雷达气球摄影和地面摄影测量资料。遥感图像的信息量丰富,具有多波段,多时相的特点,可进行各种加工合成处理和信息提取。根据地物的光谱特征,正确选定适宜的信息源、季相和比例尺,这是遥感监测的3个关键环节,它们直接决定遥感信息的可解释性。同一地物在不同信息源上反映不同,如彩红外片突出了植被信息,而热红外片则对土壤水分等显示较好,适宜的季相有自动信息增强的作用,可提高影象分辨率和地物判对率。随着计算机图象处理和信息系统技术的发展,使遥感监测的影像增强,使信息提取,数据处理、贮存分析与模拟实现自动连网和系统运行,从而为土壤侵蚀监测的自动化、系统化和规范化开辟了新的前景。

小区监测

用于研究自然因素和人为因素影响下坡面(包括谷坡)的土壤侵蚀规律,或水土保持措施效益的动态观测。通过专门设置的小区,进行单因子或单项措施的观测,为土壤侵蚀预报和评估,提供必须的各项参数。小区的总体规划和布设应服从于研究目的。在突出主要因素时,应考虑其他因素的基本一致性,以求可比性。在中国标准小区的面积为宽5米,长20米。用于研究不同坡长的小区,或研究包含浅沟侵蚀在内的坡面小区,其宽度和长度可根据实际需要而进行更改。美国的通用流失方程主要是通过大量径流小区所取得的参数,经计算统计分析得出来的,故又称为通用方程小区。标准小区的确定以其宽度能有效地使边界影响减小到最小程度,其长度足以产生细沟发育(见通用土壤流失方程)。小区设置时,应在小区两侧各设2米宽的保护带。小区的上端和两侧采用隔板打入土中约20厘米,高出地面10~20厘米;隔板可采用木制、金属制或混凝土制;小区水土流失量的观测可分为年度、每次降雨和每次降雨分时段的产流、产沙过程。径流泥沙量的观测,可采用修建径流池或安装径流桶,进行一次性量测;也可以通过定时取样,进行土壤侵蚀过程的动态监测。当产流、产沙量较大时,可采用一级或多级分水箱,进行逐级分流取样。在布设田间天然径流小区时,同时考虑可进行人工降雨试验所必须具备的场地、水源、交通等条件。为弥补上述径流小区的某些不足,或为了取得某些特殊试验的资料,通常需要在野外和室内补充一些微型小区的试验。例如研究天然降雨和人工降雨情况下的溅蚀试验和溅蚀量,细沟和细沟间侵蚀过程及其机理和侵蚀量,土壤抗冲抗蚀性定量指标等。微型小区试验有利于提供侵蚀过程的基本概念和数据,控制侵蚀过程的参数,是建立侵蚀过程数学模型的基本方法。小区试验的观测资料,同时为编制各种比例尺土壤侵蚀图件,提供了必要的科学依据。小区监测和地理信息系统的结合,使土壤侵蚀动态规律的研究有了新的开拓和提高。

小流域监测

在于研究代表一定的集水区内土壤侵蚀水土保持措施配置的整体系统,为其代表的大流域或大区域的土壤侵蚀区划水土保持规划提供基础资料。小流域的选定应注意以下几点:具备监测和相关试验条件,能满足当前和长远试验要求;流域面积适中;地面分水线明显且与地下分水线基本吻合;有较大面积且坡度均一的天然坡面和两个以上自然条件比较近似的支沟,以能布设坡面小区和进行对比监测;行政区划较完整单一,交通方便且距科研站(所)较近。监测前应对选定小流域进行环境本底、土壤侵蚀和治理现状等综合调查和系列制图,作为动态监测的基础资料。小流域测验方法,根据沟道地形条件及其对水流运动,泥砂物质特征;测验精度和施工条件和影响等选定。在河槽比较固定、流量大而稳定的地方,可利用流速仪在天然河槽直接观测;流量小而变化较大时可建立人工控制断面,如测流槽,量水堰作观测;对水流湍急的山区沟道,在用上述方法的同时,以溶液法或浮标法订正。小流域出口产沙量信息,可提供流域内土壤流失量和水土保持减沙效益的动态变化,并可研究比较坡面侵蚀产沙量和沟道泥沙输移量。

技术特点

径流小区和小流域的土壤侵蚀监测,把宏观的和微观的、长历时和短历时的、定性的和定量的、局部的和整体的,均有机地联系在一起,互相补充,互相渗透,构成了土壤侵蚀监测系统。为配合上述监测系统的运行,必须建立相应的气象站和布设雨量观测站(点)网,补充设立重力侵蚀观测点,坝库泥沙淤积量变化观测点,并进行有关土壤水分监测、土壤和泥砂的颗粒组成和养分测定;植被覆盖率和生态环境变化及干旱、洪水、冰雹等自然灾害的监测等。为提高监测的精度,应不断完善和改进监测技术手段;同时建立相应的数据库和信息系统,提高土壤侵蚀预报水平。