濟(jì)南市水保監(jiān)測實驗站建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展

馮平，王靖彬，張煒

（1.濟(jì)南市水文局，山東濟(jì)南 250014；2.山東省人民政府防汛抗旱總指揮部，山東濟(jì)南 250014）

濟(jì)南市水保監(jiān)測實驗站建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展

馮平1，王靖彬2，張煒1

（1.濟(jì)南市水文局，山東濟(jì)南 250014；2.山東省人民政府防汛抗旱總指揮部，山東濟(jì)南 250014）

結(jié)合濟(jì)南市水文局濟(jì)西水土保持監(jiān)測實驗站建設(shè)情況，分析探討了該站的基礎(chǔ)條件、基本功能、建站的優(yōu)勢、未來發(fā)展方向等問題，為其他水土保持監(jiān)測實驗站的建設(shè)與發(fā)展提供借鑒。

水土保持；水文監(jiān)測；實驗站

為落實中央“強(qiáng)化水土流失監(jiān)測預(yù)報”的精神，國家投巨資在全國范圍內(nèi)建立了一批水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)省水利廳的統(tǒng)一部署，濟(jì)南市水文局于2013年底在濟(jì)西水文基地建立了集科研、實驗、科普與服務(wù)多功能為一體的綜合性實驗站，這是全市迄今為止建立的首個水土保持監(jiān)測站點。

1 建站的目的

濟(jì)南市水土保持監(jiān)測實驗站位于玉符河上游，此處能很好地反映濟(jì)南市的地貌類型，適宜建設(shè)不同坡度、不同植被覆蓋的徑流小區(qū)，能準(zhǔn)確模擬濟(jì)南南部山區(qū)水土流失狀況，從而掌握包括土壤透水保水、水源涵養(yǎng)等性能狀況，可準(zhǔn)確計算出南部山區(qū)年蓄水量等數(shù)據(jù)信息。由此以點帶面掌握濟(jì)南市水土流失動態(tài)變化規(guī)律，以便對水土流失易發(fā)部位及時采取一定的防治措施，避免水土流失災(zāi)害的發(fā)生或降低其發(fā)生機(jī)率。不僅能為當(dāng)?shù)胤篮樘峁┧乃椤⒎?wù)民生，還可為濟(jì)南市的防洪預(yù)警預(yù)報、工程調(diào)度運(yùn)行管理提供決策依據(jù)，更為濟(jì)南市保泉保水政策的制訂提供科學(xué)依據(jù)。同時，運(yùn)用水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)對其模擬的南部山區(qū)進(jìn)行水土保持監(jiān)測評價，測算流域內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的綠色GDP，分析環(huán)境資源成本，更好地為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2 監(jiān)測站主要建設(shè)內(nèi)容

2.1 主要觀測設(shè)施

綜合氣象因子觀測場占地面積12 m×24 m，其中FR210自動氣象站，可準(zhǔn)確記錄觀測場內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、太陽輻射、蒸發(fā)量、土壤溫度、土壤濕度、氣壓、降雨量10個氣象因子的變化情況，并通過與計算機(jī)的連接，可完成實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)下載等操作。OTT Pluvio2400稱重式雨雪量計，可長期穩(wěn)定高精度地測量液態(tài)、固態(tài)或固液混合降水。Waterscout SM100土壤墑情傳感器，可對0～100%土壤水分變化進(jìn)行實時監(jiān)測。FYC-3浮子式水位傳感器，安裝在觀測井口上方，對量程80 m的水位進(jìn)行觀測，測量精度可達(dá)到0.1%。人工模擬降雨系統(tǒng)采用下噴式降雨噴頭技術(shù)模擬降雨，由3個噴頭組成的等邊三角形噴頭組，采用閉環(huán)控制法，可模擬自然狀態(tài)下15～120 mm雨量強(qiáng)度的降雨。

2.2 徑流實驗小區(qū)

徑流小區(qū)由邊埂、邊埂圍成的小區(qū)、集流槽、徑流和泥沙集蓄設(shè)備、保護(hù)帶及排水系統(tǒng)組成，共建設(shè)坡度為5°、10°、15°、20°、25°的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)5個，尺寸均為5 m×10 m。可最大限度模擬自然狀態(tài)下不同坡度、不同植被覆蓋下土壤流失情況，主要采集包含徑流、泥沙、水質(zhì)、土壤侵蝕、土壤養(yǎng)分流失、水土流失災(zāi)害、水土保持措施及其效益等信息。另外還購置相應(yīng)的水土保持監(jiān)測試驗工具：包括土壤理化性質(zhì)取樣器、小區(qū)產(chǎn)流過程觀測儀、烘箱、電子天平、滲透儀等。

3 監(jiān)測站未來發(fā)展制約因素分析

3.1 人才和科技創(chuàng)新能力需進(jìn)一步加強(qiáng)

水土保持專業(yè)人才匱乏，專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)不夠及時，對于學(xué)習(xí)新規(guī)范、應(yīng)用新技術(shù)、了解新發(fā)展等觀念相對滯后，缺少自主科研創(chuàng)新能力。

3.2 硬件設(shè)施水平需進(jìn)一步提高

1）野外氣象觀測站的室外硬件設(shè)施雖然已經(jīng)到位，但是所用的室內(nèi)解譯操作軟件功能比較簡單，接收數(shù)據(jù)端只能顯示幾個監(jiān)測參數(shù)，缺少實時報警、在線刪除、修改等模塊的功能。分析數(shù)據(jù)時只能從電腦中導(dǎo)出單純的Excel表格，不具備綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的能力。

2）關(guān)于徑流小區(qū)方面，現(xiàn)在共設(shè)有5個坡度，除了最大角度的斜坡上面覆蓋了人工草皮外，其他4塊均是裸土，坡面徑流場的利用率較低，而且只用人工采集數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行監(jiān)測，并沒有采用現(xiàn)代化的自動監(jiān)測設(shè)備，這不僅影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度，而且也浪費(fèi)了人力和物力。

3）模擬人工降雨系統(tǒng)是進(jìn)行水蝕監(jiān)測任務(wù)的必要設(shè)備，但至今并沒有任何實驗項目，設(shè)備閑置造成浪費(fèi)。

4 監(jiān)測站重點發(fā)展方向

通過人工模擬降雨和徑流小區(qū)布設(shè)，研究濟(jì)南市典型土壤坡面在不同降雨和徑流小區(qū)布設(shè)，研究濟(jì)南市典型土壤坡面在不同降雨類型、植被種類、植被覆蓋度、坡度坡長和耕作方式下的產(chǎn)流特征及土壤侵蝕強(qiáng)度。同時，以濟(jì)南市為研究區(qū)，對不同地形地貌和土壤侵蝕狀況下各植物群落類型的土壤保持與水文生態(tài)功能、影響因子、作用過程與機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)合人工模擬降雨、徑流小區(qū)觀測和野外水土流失特征監(jiān)測，分析濟(jì)南市不同自然因素下的坡面產(chǎn)流與土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展過程，定量分析降雨、植被、地形地貌條件在土壤侵蝕中的作用強(qiáng)度，為土壤坡面侵蝕防治措施的制定提供理論依據(jù)。具體如下：

1）不同降雨條件下水土流失特點。利用人工模擬降雨設(shè)備模擬不同降雨類型、降雨強(qiáng)度、降雨量和降雨歷時等降雨條件，分別對0～30°坡面進(jìn)行降雨侵蝕力測定，分析不同坡度地表在不同降雨條件下的產(chǎn)流和侵蝕過程，對比同一時間模擬降雨與自然降雨條件下的產(chǎn)流和侵蝕現(xiàn)象，研究雨滴擊濺侵蝕和細(xì)溝侵蝕發(fā)生發(fā)展規(guī)律。

2）不同地表覆被條件下水土流失特征。根據(jù)野外調(diào)查，確定研究區(qū)常見的地表覆被類型。在徑流小區(qū)內(nèi)進(jìn)行荒草地、撂荒地、人工草地、灌草混交、植物籬等不同地表覆被處理，并進(jìn)行產(chǎn)流與土壤侵蝕量監(jiān)測，對比分析不同地表覆被條件對土壤侵蝕和坡面產(chǎn)流過程的影響，為坡面整地措施和植被措施的配置提供參考。

3）典型坡面土壤流失模型。利用實驗站水文氣象觀測場進(jìn)行長期的場降雨觀測，計算降雨侵蝕力因子。參考美國通用土壤流式方程（USLE）對不同坡度坡長、不同地表覆被處理下的徑流小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行計算和實驗驗證，得出適合研究區(qū)的坡面土壤流失模型。

4）不同植被群落水土保持功能。依據(jù)植物群落特征，將濟(jì)南市植被分為落葉闊葉林、針葉林、天然草地植被、農(nóng)田植被等不同類型。通過不同植物群落土壤質(zhì)地、團(tuán)聚體及土壤養(yǎng)分含量、抗沖抗蝕能力、抗剪強(qiáng)度、土壤含水量、土壤容重等土壤物理和力學(xué)特性分析，研究不同植物群落的土壤保持機(jī)理，揭示同植被群落水土保持功能。

5）典型區(qū)綜合水土保持綜合治理模式。以區(qū)域水土資源高效利用和生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展方向為基礎(chǔ)，對濟(jì)南市城郊旅游型、生態(tài)農(nóng)業(yè)型、山地園藝型、休閑觀光型、封禁修復(fù)型等類型，開展不同類型的水土保持與生態(tài)修復(fù)綜合治理技術(shù)研究；重點研究新技術(shù)、新工藝、新材料在水土保持工程建設(shè)中的應(yīng)用，提出適合該地區(qū)水土保持建設(shè)的植物群落保護(hù)與建設(shè)模式。

5 結(jié)語

水土保持監(jiān)測是水文部門的一塊嶄新的工作領(lǐng)域，技術(shù)力量還相對薄弱，還有大量的工作要做。下一步，將以濟(jì)西水文基地水土保持監(jiān)測站為依托，積極開展?jié)鲜兴亮魇闆r調(diào)查，實時做好資料收集及整理工作，進(jìn)一步提高監(jiān)測技術(shù)含量，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可應(yīng)用性，進(jìn)一步拓寬水文工作服務(wù)領(lǐng)域，不斷提升水保監(jiān)測能力與服務(wù)水平，為推進(jìn)濟(jì)南市科學(xué)發(fā)展、建設(shè)美麗泉城提供更加有力的水文支撐。

（責(zé)任編輯 趙其芬）

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1009-6159（2014）-09-0015-02

2014-03-27

馮平（1980—），女，助理工程師