水土流失监测方法与技术

雷廷武研究员中科院水利部水土保持研究所中国农业大学Email:leitingwu流域、径流小区自动监测系统移动土壤侵蚀实验室小流域、径流小区自动监测系统泥沙观测降雨量观测水土流失观测的重点和难点径流量观测

常用测量方法：人工或自动收集径流、烘干称量获得水土流失量国内外泥沙监测现状

美国WalnutGulch小流域实验站，Arizona

国内外泥沙监测现状红外接收管组微处理器信号放大，滤波，A/D转换功率放大红外发射管组电源信号接口单光源含沙量0.05~500kg/m3范围内，测量精度误差小于5%

多波段新式探头组实现全泥沙测量全泥沙（0.05-500kg/m3),可以满足黄河流域高含沙河流的泥沙观测含沙量测量新方法：

－近红外法试验标定

选取渭河、黄河主河道泥沙对泥沙传感器进行了标定验证含沙量测量新方法：

－近红外法试验标定

不同种类泥沙对光线的衰减特性传感器的输出与设计泥沙含量的关系透射法测量原理Beer–Lambertlaw：描述物质对单色光吸收强弱与溶层厚度和溶液浓度的关系。546、1231数据采集器2连接线3手柄4光源5接收感应器6水流通道透射式含沙量测量装置示意图测量装置含沙溶液透射距离红外线管发射阵红外线管接收阵现场微处理及通讯电路透射式泥沙传感器结构示意图透射距离：0.5cm1cm3cm透射法A部分：B部分：

光的反射定律：照射在含沙水流的光，一部分光线通过含沙水流透射，一部分被水流及泥沙吸收，一部分被水流及泥沙反射。实际含沙量与模型计算含沙量结果比较（a）1800nm（b）1940nm控制室中转电话计算机终端野外卡口站11采集器23无线电传输无线电传输电话线传输123水位传感器泥沙传感器雨量传感器主要性能指标：泥沙测量误差：<2%、流量测量误差：水文测量要求最小采样间隔：2-99s

泥沙测量范围：0.05~500kg/m3

工作时间：可长期连续工作自动测量系统集成结构示意手机网络径流泥沙/流量自动测量系统流量监测装置径流泥沙/流量自动测量系统泥沙传感器与控制器径流泥沙/流量自动测量系统降雨观测与供电系统径流泥沙/流量自动测量系统管理软件界面可实现：数据采集远程传输室内计算分析径流泥沙/流量自动测量系统管理软件界面径流实时监测径流泥沙/流量自动测量系统管理软件界面径流实时监测历史数据报表存储径流泥沙/流量自动测量系统小流域次降雨水沙过程模型计算监测系统的应用状况松辽委安装6套系统，已经运行6-7年运行状况良好黄委甘肃天水水土保持监测站安装嵌套流域自动观测系统于2010年完成流量小（量水堰观测误差太大）无压水流（测量水压的流量计不能使用）含沙水流（针对清水流量测量的流量计使用困难）径流小区观测特点不能达到理想的精度要求不适合进行野外观测纯人工的方法受人为因素影响无法实现自动化观测径流小区观测的现状径流小区泥沙流量自动观测系统

野外测量装置数据传输系统管理软件集成量水堰式称重感应式与流域传输和管理系统通用近红外法观测泥沙含量拉力传感器监测径流管道拉力值软管连接拉力传感器优点：集成自动测量，

量程较大（与称重式比较）浮子部件导流部件三角堰径流小区泥沙流量自动观测系统

试验应用可实现：数据采集远程传输室内计算分析径流小区泥沙流量自动观测系统

试验应用25、75、120mm/h10min降雨产流过程对比径流小区泥沙流量自动观测系统

试验应用120mm/h雨强10min历时与15min历时降雨产流过程对比径流小区泥沙流量自动观测系统

试验应用75mm/h雨强10min历时流域出口与各支沟出口产流过程对比

内蒙古四子王旗北京师范大学房山径流试验场湖南湘西——集成量水堰式北京师范大学房山径流试验场黄委甘肃天水水土保持监测站——集成量水堰式移动土壤侵蚀实验室便捷运输；快速组装；自动控制；自动测量：径流泥沙；无线远程传输。降雨系统降雨量、径流及泥沙自动测量系统自动控制操作平台无线数据传输系统水箱、动力配电、水泵及径流场封闭围挡系统等配套设施喷头：采用sprinⅡ、Ⅲ、Ⅳ型旋转式垂直下喷喷头组合，雨强变化连续，调节范围宽有效实验区：5m×10m降雨均匀度好：采用以喷头喷洒半径为喷头组间距，菱形等边距布设喷头组，喷头组与相邻喷头组3重叠加3m1.7m1.7m1.47m开关阀快速接头0.85m主供水管支撑杆喷头组2.94m喷头部件1喷头部件2喷头部件3系统组成——降雨、径流泥沙自动监测仪系统组成——降雨、径流泥沙自动监测仪系统组成——自动控制操作平台采集、存储并远程发送泥沙含量及流量数据产流产沙分析计算及模型预报系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——自动控制操作平台系统组成——配套设施系统组成——配套设施系统基本参数降雨面积：5×10m降雨高度：3m降雨均匀度：80%雨强变化范围：38~195mm/h降雨控制方式：手动操作、自动控制径流场封闭围挡面积：5×10m100mm/h雨强连续降雨：1h水箱储水量：5m3系统基本参数最大连续发电时间：8h流量测量范围：3~2400ml/s，误差小于4ml/s泥沙含量测量范围：0.1~500kg/m3，误差小于5%采样频率：20~500s发电机功率：5kw实验室距径流场最大距离：200m日期：2010年08月07日09：00~13：00地点：陕西省咸阳市武功县武功镇地理坐标：34°19′32.