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淤地坝监测系统建设总体思路

作者:喻权刚 罗万勤 马安利 赵帮元 董亚维  来源:《中国水利》  点击数:2414   www.88807.com:2003-9-25  

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摘 要 黄土高原淤地坝监测系统建设,以《全国澳门匍京直营集团监测规划》《黄河流域澳门匍京直营集团生态环境监测纲要》以及数字黄河工程规划为依据,以多沙粗沙区为重点,以地面观测为基础,以遥感、地理信息系统、全球定位系统以及计算机网络等现代技术为手段,结合黄河流域监测网络建设,建立淤地坝监测系统,最终实现淤地坝监测信息的实时采集、准确处理、快速传递、便捷查询、可视化管理,为黄土高原淤地坝工程建设的顺利实施和治黄决策服务。

 

关键词 黄土高原 淤地坝 监测系统 总体思路

一、淤地坝监测系统建设的必要性及其建设原则

1.必要性

(1)是及时掌握淤地坝工程建设信息的重要手段

黄土高原淤地坝工程具有跨行政区域、分布面积广、分布类型多、管理分散等特点,建立统一、稳定、权威的监测系统不仅是水土流失规律研究和淤地坝工程管理最基础的工作,而且,对于科学、及时、准确地获取和反馈工程建设和管理动态信息,强化技术指导和科技成果推广,具有十分重要的意义。

(2)是三条黄河建设的重要组成部分

原型黄河”“模型黄河数字黄河建设是水利部黄河水利委员会新时期治理黄河的全新思想理念,是实现黄河治理开发、管理决策科学化和信息化的关键工程,是从传统治黄向现代治黄转变、实现治黄现代化的主要措施和重要标志。淤地坝监测系统建设是三条黄河建设的基础工作之一,是澳门匍京直营集团监测的重要组成部分,淤地坝监测为澳门匍京直营集团监测提供科学的依据、思路和模式。

(3)是加强工程建设监管力度的必然要求

监测系统建设运行后改进了项目的管理手段和管理方式,加强了淤地坝工程建设的监管力度,同时对淤地坝实施效果和产生的效益进行跟踪监测,有利于提高中央投资项目建设的质量、速度和效益。

2.淤地坝监测系统建设的主要原则

系统性原则。对淤地坝工程项目区的蓄水拦沙、生态、经济、社会效益及淤地坝的各项指标进行全过程系统性监测。做到微观监测与宏观分析结合,定点监测与调查统计结合,常规手段与新技术应用结合,前期监测、过程监测和后期监测相结合。

科学性原则。尽量采用自动测报、航测遥感、现代信息处理等新技术、新手段,及时获取监测数据,对数据进行快速分析处理,充分反映淤地坝建设的实际效果与效益。

实用性原则。在监测系统建设中,监测站点布设和监测方法选择要充分考虑可能性、可操作性和实用性。同时,充分考虑项目区现有的人力、设备、资料和其他各种技术资源。

标准化原则。在监测系统建设中将标准化、规范化贯穿于监测活动的全过程。各项监测设施均严格遵循国家有关标准、技术规范、行业规定和相关要求,监测方法和监测技术尽可能引进标准化、系列化、自动化的先进检测仪器设备,建立基本资料数据库和地理信息系统,以提高监测精度和分析研究水平。

3.系统建设内容

主要包括淤地坝监测的内容与监测技术、监测站点布设及数据采集、信息处理及应用系统、网络传输与信息发布演示系统、淤地坝监测的运行管理等。

二、淤地坝监测的主要内容

针对项目区不同范围、不同尺度,淤地坝监测的深度、内容、方法不尽相同。根据黄土高原澳门匍京直营集团工作的特点,分别从黄土高原区、典型小流域坝系、典型淤地坝、典型样区四个尺度进行描述。

1.黄土高原区域淤地坝工程项目监测

监测的工作重点是黄土高原入黄一级支流(片)中的淤地坝。监测的主要内容包括淤地坝的数量、质量、分布情况,区域土壤侵蚀动态变化情况,重点区域水土流失的危害及治理概况。

2.典型小流域坝系监测

(1)典型小流域选择

根据不同水土流失类型区的特点,在重点支流(片)中,各选择一定数量面积在100km2左右的小流域作为监测典型小流域,其中有一部分作为监测示范小流域。典型小流域应具备下述条件:

流域地形、地质、土壤、植被、地貌形态、水文特征、土壤侵蚀等自然条件和人口密度、土地利用、生产状况等社会条件能代表所在支流(片),反映区域水沙变化态势。

典型小流域监测网站布设既要考虑高效治理的小流域,又要考虑未治理的或治理程度不高的小流域。

具备监测条件:能满足当前项目建设期和建设后的一个时期内观测试验研究要求,尽量选择监测基础和原有监测条件好、监测系列长的小流域,以充分利用原有监测分析结果。

应本着必要和可能的原则,最大限度地降低监测成本,提高监测效率和成果质量。

典型流域距离居民点较近,交通、生活条件比较方便,便于仪器设备的运输、安装、维护管理和信息收集。

(2)典型小流域坝系监测内容

主要监测小流域降水情况、径流泥沙情况、典型河段冲淤变化情况、流域出口的洪水流量和总径流量、径流中泥沙的含量等指标,监测坝系建设的进展情况,监测淤地坝建设和运行中水土流失的变化情况,监测崩塌(立崖崩塌、沟头崩塌、沟崖扩张等)、滑坡、泻溜、沟头前进、沟岸扩展、沟底下切等重力侵蚀情况,监测澳门匍京直营集团措施的数量、质量和土地利用变化情况。

(3)典型淤地坝单坝监测

典型淤地坝布设

在每条典型小流域中,各选择1座骨干坝、2座中小型淤地坝,作为典型淤地坝建立观测点,进行淤地坝有关指标监测。

淤地坝单坝监测内容

监测淤地坝的淤地面积、淤积量、蓄水量等淤积指标及坝体渗透、沉陷等与坝体稳定有关的其他指标。

(4)淤地坝效益监测

在典型小流域中布设样区,进行淤地坝及其配套措施防治效益的监测。包括减水减沙效益、经济效益、社会效益等方面的监测。

三、淤地坝监测的主要方法

1.遥感监测

采用航测遥感技术、计算机技术和自动化技术等先进科技手段,采集工程项目实施过程中的图文信息,进行分析、存储、传输和管理,实现信息资料数字化。应用对象为黄土高原地区和典型监测小流域。不同监测范围采用不同分辨率的信息源。

2.地面观测

地面观测法主要用于典型小流域水沙观测、土壤侵蚀观测和淤地坝有关指标观测。

在小流域沟口设置观测站,进行小流域水沙观测。

在典型小流域内选择沟道侵蚀有代表性的支沟结合坝系建设,进行定位观测,监测沟道下切、沟岸扩张、沟头前进等侵蚀情况。

在骨干坝和中小型淤地坝上设置观测点,并与坝体内埋设传感器等辅助方法配合进行淤地坝有关指标监测。

通过径流、泥沙、降水、蒸发、土壤侵蚀和土地利用情况等测验项目的长期监测,研究坡面和沟道不同部位、不同土地利用类型的径流、泥沙来源;进行相关区域暴雨和洪水调查,研究区域暴雨、洪水特征,分析澳门匍京直营集团效益。

在测量设备方面,观测站需要配置全站仪、gis/gps一体机、手持gps、红外测距仪、电子望远镜、变形观测及渗透观测传感器等仪器设备。

在泥沙测验方面,配置自记雨量计、非接触式水位计、多普勒流速仪、电波流速仪等仪器。

示范小流域配置遥测系统。通过各种传感器及摄像头自动采集、监视、测量和处理当地的雨量、水位、含沙量、流量等水情气象数据和现场图像,并对采集的各种数据进行预处理,包括对数据的计算、存储、显示等。同时,依据监控中心指令,定时自动发送现场数据。

针对黄土高原淤地坝工程涉及范围广、检查抽查任务重、现场信息获取难度大等特点,为了增强现场提取淤地坝工程信息的能力,提高管理效率和水平,应给主要监测单位配置移动巡测系统,包括高性能越野车以及双频gps、高速球形摄像机等配套仪器设备。

3.调查统计

(1)减水减沙效益监测

选择有淤地坝的小流域和未实施淤地坝的小流域,布设成对比观测小流域,通过调查和利用流域出口处设立的径流观测站,平行对比观测流域的径流量和泥沙含量,结合流域内澳门匍京直营集团措施实施的进展情况,综合分析流域的澳门匍京直营集团蓄水拦沙效益。

(2)经济效益监测

经济效益监测以典型农户(样本)调查为主,面上调查、遥感监测为补充手段。

(3)社会效益监测

对由于淤地坝建设形成的农业增产(粮食、果品、饲草、牲畜及其他农产品)与农民增收情况,采取典型农户(与典型淤地坝)定点调查的方法进行。

对由于农业增产与农民增收而促进农村经济发展与社会进步的效益,在典型农户定点监测的同时,以典型小流域或以典型支流(片)为单元进行社会调查。

四、信息处理及应用系统建设

1.数据处理系统

监测系统通过各种监测手段获得大量的监测数据。由于数据量大,实时性要求高,必须建立以现代信息处理技术为基础的数据处理系统,来适应淤地坝工程建设的要求。

(1)水文泥沙数据处理

对典型小流域径流泥沙观测站水沙信息以及收集到的有关黄河干流和重点支流的径流泥沙信息进行处理。

(2)调查与巡测数据处理

一方面对典型调查所获取的各种信息进行处理,实现局部信息与整体信息的接轨与整合,另一方面,对移动巡测系统获得的数据进行处理。

(3)遥感影像处理

主要包括航天遥感和航空遥感处理两部分。航天遥感处理。通过先进的遥感图像处理软件,如几何处理、多光谱分析、高光谱分析、图像增强等,半自动或自动提取淤地坝的分布等有关信息。航空遥感处理。利用数字摄影测量处理系统,包括航片定向、正射纠正、dem生成、等高线生成、信息采集等过程,提取区域相应尺度土地利用、沟壑密度、水土流失分布和面积、澳门匍京直营集团措施分布和数量以及淤地坝有关指标等空间地理信息。

(4)动态数据处理

主要对不同时期监测获取的有关数据,如淤地坝发展动态数据、水沙数据、土壤侵蚀形态、土地利用及澳门匍京直营集团措施数据等方面的动态数据进行处理,以便为遥感信息的校验、水土流失规律研究和淤地坝效益评价提供数据支持。

2.应用系统建设

(1)淤地坝工程管理系统

主要满足管理机构对淤地坝工程进展、质量和投资效果的有效监控,规范淤地坝工程建设管理行为,提高管理效率和水平。包括前期管理、工程质量管理、工程进度管理、工程投资管理、工程合同管理和工程运行管理等方面。

(2)水土流失分析预测系统

主要是利用信息采集系统所获取的土壤侵蚀因子、小流域径流泥沙观测数据等,通过建立坡面、沟道、小流域水土流失定性分析和定量计算模型,对不同尺度范围的水土流失数量和来源进行分析计算,预测水土流失发展趋势。

(3)效益评价系统

主要评价淤地坝工程项目的社会效益、经济效益和生态效益等。

社会效益。通过对支流(片)社会经济发展状况、土地生产率、劳动生产率、土地利用结构、农村生产结构、环境容量等指标的统计分析进行社会效益评价。

经济效益。通过对支流(片)的粮食产出水平、人均产值、人均收入、促进退耕还林还草的面积等指标,应用投入产出模型、影子价格等方法进行经济效益评价。

生态效益。通过淤地坝建设及相应的坡面治理,对流域或区域内的植被种类、林草覆盖率、土地利用率、改善土壤物理化学性质、改善小气候等指标的变化分析进行生态效益评价。

五、网络传输与信息发布演示系统

1.网络传输系统

通过以计算机网络(宽带网)为主体的通信网络建设,使分散的监测站网之间形成一个统一、有机的整体,并使各站点采集的信息运转于以安全防范体系为保障的信息高速公路上。淤地坝监测信息传输网络结合黄河流域澳门匍京直营集团监测传输网络进行。在考虑观测站、监测点、移动监测的数据传输的同时,还要满足一定的视频传输。

2.信息发布及演示系统

对采集信息和生成信息进行网络发布,实现不同用户的在线查询,满足不同层次淤地坝规划、科研、示范、监督和管理工作的需要。

利用三维可视化和动态仿真模拟技术,以电子地图方式,形象再现坡面、沟道和小流域的水土流失过程和后果,同时,实现对淤地坝建设过程、拦泥淤地过程和水土流失防治效果的直观再现。模拟淤地坝工程的布局、数量和位置。利用三维地理信息系统进行淤地坝点、线、面、体的查询。

六、淤地坝监测的运行管理

1.基础设施建设

按照水利部《全国澳门匍京直营集团生态环境监测网络管理办法》的规定,分级负责监测单位的基础设施建设。在水利部监测中心和流域机构监测中心建议建设淤地坝监测指挥大厅,图形、图像处理室,资料库及其他附属设施。在省级总站及重点直属分站,建立淤地坝监测指挥室,同时,在示范流域内建立高科技监测示范基地。

2.监测队伍建设

根据《全国澳门匍京直营集团监测规划》和《黄河流域澳门匍京直营集团监测网络规划》,监测队伍建设包括:水利部澳门匍京直营集团监测中心,黄河澳门匍京直营集团生态环境监测中心,郑州终端站,黄委天水、西峰、榆林三个直属分站及其下设的监测点,流域干支流水文站,省区监测站点(包括省级总站、地市级分站、监测点)等监测单位的队伍建设。

3.监测技术培训和技术交流

黄土高原淤地坝监测工作基础薄弱,加上当前监测技术中高新技术发展迅速,因此,要采用多种形式开展多层次监测技术人员培训,尽快提高专业技术水平,以保证监测系统建成后,能正常有效地开展监测工作。

加强澳门匍京直营集团生态环境监测部门与相关科研、规划、监督等相关部门的技术合作与交流,同时要与大专院校、科研院所等单位广泛合作,及时引进和应用先进的监测技术和有关软件,保证监测系统的先进性。

4.科学研究

对水土流失及其防治规律的研究是开展澳门匍京直营集团监测的基础,要注重与淤地坝监测有关的各种水土流失及其防治分析、评价、预测、预报等模型的研究和开发。在监测技术方法上,要密切关注现代信息技术发展方向和动态,积极引进和试验新技术、新材料、新方法,探索在大范围内快速、高效、准确地采集、传输、处理和存储淤地坝信息的新途径,不断提高黄土高原淤地坝监测的科技含量。

 

(作者单位:水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局)

 
 
(责任编辑:liubin)  
 
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