水土保持监测设备在小流域测站的应用

2020-04-25肖萍马金华刘克军

科学导报·学术 2020年65期

肖萍　马金华　刘克军

【摘要】小流域控制站是水土保持监测的重要设施，通过建立小流域监测卡点，安装自动监测设备，实时监测小流域河道的水位、雨量、流速、浊度，计算小流域全年度累积水土流失量。小流域控制站的运行与维护也是一个重要环节，委托专业公司对控制站主要监测设备的流速（流量）、浊度（流失量）进行率定校准及设备维护，确保监测数据准确，设备运行可靠。

【关键词】水土保持;监测站;设备应用

对小流域水土流失量的监测，是水土保持监测管理的一项技术措施和手段，小流域水土保持监测站点的选择、设备安装位置、监测设备的选用十分重要，关系到水土保持监测数据具有的广泛代表性、监测数据的准确性、有效性。本文介绍安吉县水土保持监测站的建设管理和对数据的分析情况，仅供同行参考。

1 概况

安吉县梅园溪小流域控制站，地处浙江省西北部安吉县，流域范围内以山地为主，山坡种植有白茶、树木等，平地种植经济作物为主。流域内有鲁家，南北庄、宜荗三个行政自然村庄，无工业园区，个体企业较少。流域范围南北5.8KM，东西宽4.5KM，集雨面积约25平方公里;流域范围植被比较好，有多个小水塘。鲁家溪流有3条分支，主要溪流长6.8KM。

2 监测站点及设备安装

2.1断面选择

选择鲁家溪流出口，西山坞小区外侧河道，矩形标准断面，河道平直，水流平稳。断面宽12米，挡墙高2.5米。

2.2控制站监测设备

在河道上设置门架，溪流中间安装雷达水位计、雷达流速仪，光电浊度仪，自动雨量计等，现场控制设备柜，由太阳能电池供电，内部安装有数据库存储器，数据发送设备等。

2.3数据接收设备

在水保站设置一台计算机及通信网络连接设备，接收监测系统发送的数据，软件系统对监测数据进行归类，换算，形成需要的报表数据，形成数据曲线，分析数据变化规律。主要数据可以导出保存。

3 监测系统数据的率定

监测数据的准确度十分重要，因此，需要定期对光电浊度仪、流速仪进行校准。

3.1泥沙监测数据的率定

3.1.1率定原理：

光束通过浑浊的液体时，光线经过一段距离后光强度会有一定程度的减弱。减弱的主要原因是光线被浑浊液体内的介质吸收或反射散射偏离原来方向。测量散射回来的光强度，可以计算出液体的浊度。

天然水体中泥沙含量是影响水浊度的最重要因素，在很多场合，泥沙含量是决定浊度的唯一因素。系统采用后散射探头和侧散射探头来测量浊度，从而测得悬移质含沙量。

3.1.2同步时间选择：

在单沙取样时，泥沙在线监测系统同步进行监测，选择同步时间的在线数据遵循以下原则：

（1）水位变化不大时，选取最靠近取沙时间的仪器测量值;

（2）水位变化较大时，使用内插法，获取最靠近取沙时间的仪器测量值;

3.1.3传感器数据的选择：

本系统采用的传感器有后散射探头和侧散射探头，后散射探头接收光强度的角度为125-170°，侧散射探头接收光强度的角度为90°。含沙量为2kg/m3以上的水体中，光源所發出的红外光，碰到悬移质泥沙后，以大于90°散射回来的机率较大，即高沙的条件下，后散射探头所测的数据更为准确。含沙量为2kg/m3以下的水体中，光源所发出的红外光，碰到悬移质泥沙后，以90°散射回来的机率较大，即低沙的条件下，侧散射探头所测的数据更为准确。

根据率定过程中，含沙量的变化范围，以及上述的仪器特性，选用侧散射的数据，与同步的单沙数据建立关系。

3.2雷达自动流量监测系统率定

3.2.1比测方法：

采用型走航式ACP流速仪作为比测设备。雷达自动流量监测系统与走航式实测流量计算出的断面流量Q.进行比测分析：为确保资料一致性和精度，实测流量选用了测流平均时间作为和流量监测系统监测的同步时间，如系统采集数强时间与实测流量平均时间出现微差，则尽可能选择其接近时间。

3.2.2对比分析：

实测流量选用了测流时间段内平均时间点作为和雷达自动流量监测系统监测的同步时间，共选取多组流量数据资料：对雷达测流系统与实际测量流量进行数据对比分析。

对比分析，雷达测流高流速表现较好，低水位、低流速下相关性较差。

4 数据分析

监测系统2019年6月安装完成，进入试运行，10月份进行了数据率定，2020年正式投入运行。

水土保持梅园溪小流域监控站2020年各月典型日数据表：

上述数据反映出：

降雨量大，流量大，浊度低，含沙量低，日期6.14（21）、7.2（6）、9.17;水土流失少;