水土保持監(jiān)測設(shè)備在小流域測站的應(yīng)用獲獎科研報告

水土保持監(jiān)測設(shè)備在小流域測站的應(yīng)用獲獎科研報告

【摘

要】小流域控制站是水土保持監(jiān)測的重要設(shè)施，通過建立小流域監(jiān)測卡點，安裝自動監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)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(hù)也是一個重要環(huán)節(jié)，委托專業(yè)公司對控制站主要監(jiān)測設(shè)備的流速（流量）、濁度（流失量）進(jìn)行率定校準(zhǔn)及設(shè)備維護(hù)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，設(shè)備運行可靠。

【關(guān)鍵詞】水土保持;監(jiān)測站;設(shè)備應(yīng)用

對小流域水土流失量的監(jiān)測，是水土保持監(jiān)測管理的一項技術(shù)措施和手段，小流域水土保持監(jiān)測站點的選擇、設(shè)備安裝位置、監(jiān)測設(shè)備的選用十分重要，關(guān)系到水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)具有的廣泛代表性、監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性。本文介紹安吉縣水土保持監(jiān)測站的建設(shè)管理和對數(shù)據(jù)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(nèi)以山地為主，山坡種植有白茶、樹木等，平地種植經(jīng)濟(jì)作物為主。流域內(nèi)有魯家，南北莊、宜荗三個行政自然村莊，無工業(yè)園區(qū)，個體企業(yè)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(jiān)測站點及設(shè)備安裝

2.1斷面選擇

選擇魯家溪流出口，西山塢小區(qū)外側(cè)河道，矩形標(biāo)準(zhǔn)斷面，河道平直，水流平穩(wěn)。斷面寬12米，擋墻高2.5米。

2.2控制站監(jiān)測設(shè)備

在河道上設(shè)置門架，溪流中間安裝雷達(dá)水位計、雷達(dá)流速儀，光電濁度儀，自動雨量計等，現(xiàn)場控制設(shè)備柜，由太陽能電池供電，內(nèi)部安裝有數(shù)據(jù)庫存儲器，數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備等。

2.3數(shù)據(jù)接收設(shè)備

在水保站設(shè)置一臺計算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，接收監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，換算，形成需要的報表數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)曲線，分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律。主要數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出保存。

3監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的率定

監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度十分重要，因此，需要定期對光電濁度儀、流速儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.1泥沙監(jiān)測數(shù)據(jù)的率定

3.1.1率定原理：

光束通過渾濁的液體時，光線經(jīng)過一段距離后光強(qiáng)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(nèi)的介質(zhì)吸收或反射散射偏離原來方向。測量散射回來的光強(qiáng)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(tǒng)采用后散射探頭和側(cè)散射探頭來測量濁度，從而測得懸移質(zhì)含沙量。

3.1.2同步時間選擇：

在單沙取樣時，泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)同步進(jìn)行監(jiān)測，選擇同步時間的在線數(shù)據(jù)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(nèi)插法，獲取最靠近取沙時間的儀器測量值;

3.1.3傳感器數(shù)據(jù)的選擇：

本系統(tǒng)采用的傳感器有后散射探頭和側(cè)散射探頭，后散射探頭接收光強(qiáng)度的角度為125-170°，側(cè)散射探頭接收光強(qiáng)度的角度為90°。含沙量為2kg/m3以上的水體中，光源所發(fā)出的紅外光，碰到懸移質(zhì)泥沙后，以大于90°散射回來的機(jī)率較大，即高沙的條件下，后散射探頭所測的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。含沙量為2kg/m3以下的水體中，光源所發(fā)出的紅外光，碰到懸移質(zhì)泥沙后，以90°散射回來的機(jī)率較大，即低沙的條件下，側(cè)散射探頭所測的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

根據(jù)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(cè)散射的數(shù)據(jù)，與同步的單沙數(shù)據(jù)建立關(guān)系。

3.2雷達(dá)自動流量監(jiān)測系統(tǒng)率定

3.2.1比測方法：

采用型走航式ACP流速儀作為比測設(shè)備。雷達(dá)自動流量監(jiān)測系統(tǒng)與走航式實測流量計算出的斷面流量Q.進(jìn)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(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的同步時間，如系統(tǒng)采集數(shù)強(qiáng)時間與實測流量平均時間出現(xiàn)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(nèi)平均時間點作為和雷達(dá)自動流量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的同步時間，共選取多組流量數(shù)據(jù)資料：對雷達(dá)測流系統(tǒng)與實際測量流量進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析。

對比分析，雷達(dá)測流高流速表現(xiàn)較好，低水位、低流速下相關(guān)性較差。

4數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測系統(tǒng)2019年6月安裝完成，進(jìn)入試運行，10月份進(jìn)行了數(shù)據(jù)率定，2020年正式投入運行。

水土保持梅園溪小流域監(jiān)控站2020年各月典型日數(shù)據(jù)表：

上述數(shù)據(jù)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(xù)天數(shù)出現(xiàn)較少。全年大部分日期的數(shù)據(jù)反映出低濁度，低含泥沙量的情況，說明流域內(nèi)植被相對較好。

5結(jié)論

水土保持小流域監(jiān)控站