关于黄土高原地区淤地坝水土保持监测的几点思考

董亚维，李晶晶，任婧宇，马卫星

(黄河上中游管理局，陕西 西安 710021)

黄土高原地区是我国水土流失最严重、生态环境最恶劣的地区之一，是黄河泥沙的主要来源区。新中国成立以来，党和国家高度重视黄土高原地区的水土保持，开展了大规模的水土流失治理和科学研究工作，并取得了举世瞩目的成就。长期的实践证明，淤地坝是黄土高原地区行之有效的水土保持工程措施，在拦泥淤地、调蓄径流、涵养水源、改善生态、发展生产等方面发挥着重要作用。

面对黄河流域生态保护和高质量发展的新形势新任务，“有条件的地方要大力建设旱作梯田、淤地坝”的要求将在“十四五”时期实施乡村振兴、美丽乡村建设等工作中贯彻落实，也必将在黄土高原适合的沟沟壑壑中建设大量的淤地坝。另据统计，黄土高原地区现已建成淤地坝5.9万座，其中大中型淤地坝1.8万座[1]。无论是已建成淤地坝，还是新建淤地坝，都对黄土高原地区淤地坝的建设管理和安全运用提出了更新更高要求。对淤地坝开展水土保持监测，对重要淤地坝开展动态监控和风险预警，科学客观评价黄土高原地区淤地坝建设成效势在必行。笔者曾参加黄土高原小流域坝系示范工程监测，现结合新形势新任务新要求，略谈几点对黄土高原地区淤地坝水土保持监测的认识。

1 监测必要性

1.1 是贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的切实需要

2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话中提出“有条件的地方要大力建设旱作梯田、淤地坝等”“要保障黄河长久安澜，必须紧紧抓住水沙关系调节这个‘牛鼻子’”。《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》(以下简称“《纲要》”)提出，要“积极推进淤地坝建设，在晋陕蒙丘陵沟壑区积极推动建设粗泥沙拦沙减沙设施”“要建立跨区域淤地坝信息监测机制，实现对重要淤地坝的动态监控和安全风险预警”。由此可见，推动黄河流域生态保护和高质量发展是淤地坝建设面临的新形势新要求，开展淤地坝水土保持监测是贯彻落实新要求的切实需要、重要举措。

1.2 是淤地坝建设管理和安全运用管理的有力支撑

高质量发展要求淤地坝高质量建设和运行。通过综合应用大数据、互联网+、自动化监测、遥感遥测、5G等新技术开展淤地坝监测，可及时了解淤地坝的建设动态、拦沙、淤积、蓄水、用水等情况，可为提升工程风险防控预警能力、保障淤地坝安全运行、淤地坝“现代化”“精细化”运用管理提供关键基础数据和技术支撑。

1.3 是客观评价淤地坝建设成效的必然需求

通过及时、连续、客观的监测数据，定量评价淤地坝在沟道调水、减沙、增产以及乡村振兴、美丽乡村建设中的功能与成效，可为反映区域水沙关系、区域综合治理等提供关键基础数据，让淤地坝持续发挥以坝代路、蓄水养殖、拦泥淤地、滞洪减灾、保水保土等方面的作用，成为造福黄土高原地区人民的“幸福坝”。

2 监测目标与任务

监测目标为：开展跨区域淤地坝监测机制研究，构建黄土高原地区淤地坝监测体系，确保每座淤地坝“有名有实”；开展淤地坝风险预警监测，提升重要淤地坝动态监控和安全风险预警能力；开发淤地坝预警监测信息平台，实现对下游有人居或重要设施的大中型淤地坝的远程实时监控全覆盖；通过水沙与区域生态环境监测，科学分析拦沙减淤、蓄水保土等效益，并对淤地坝建设成效进行评价。

监测任务因淤地坝建设的不同阶段而有所不同：①在淤地坝建设前，以小流域为单元，进行建坝前的小流域生态环境状况调查，包括小流域土壤侵蚀、产沙情况、植被覆盖、土地利用结构等。②在淤地坝建设过程中，开展淤地坝建设动态监测，及时掌握建设进度；开发黄土高原地区淤地坝安全预警模型；根据运行期监测内容，构建淤地坝建设成效评价体系，科学布设监测设施，安装调试监测设备，为淤地坝建成后开展运行期监测奠定基础。③淤地坝建成后即进入运行期，充分利用信息化技术，开展拦沙淤积、蓄水用水、风险预警等监测，实现监测数据的自动采集、传输与处理，定期开展淤地坝建设成效评价。

3 监测布局原则

3.1 需求牵引，问题导向，应用至上

黄土高原地区自然环境恶劣，生态脆弱，水土流失严重。同时，该区又是我国重要的能源化工基地，人为活动频繁。如何快速获取项目区植被状况、耕地类型及保护、土壤侵蚀、产沙等动态变化情况，科学分析评价淤地坝建设成效，是水土保持监测工作面临的挑战。利用高分遥感、无人机航测、互联网+、大数据分析等手段，高效获取项目区下垫面情况，为黄土高原地区“山水林田湖草沙”综合治理提供基础数据，为区域生态保护和高质量发展做好关键技术支撑。

3.2 监测内容重点突出，监测技术可靠成熟，监测体系连续稳定

监测内容与指标的设置应综合考虑淤地坝建设与运用管理、淤地坝建设成效评估、区域水土流失特点和生态保护，重点突出。因监测具有连续性、长期性，所采用的监测方法和布设的监测设施应基本固定、长期、连续、稳定。同时，因淤地坝建设规模大，监测范围广、任务重，需采取可靠、成熟的技术方法和先进实用的监测设施设备，以保证监测工作的顺利开展和监测数据的客观、准确、科学。有条件的地方，充分利用视频监视、预测预警等设施设备，为淤地坝运用管理提供汛期雨情、水位等相关预警信息，提高运用管理部门信息化管理能力。

3.3 充分利用已有监测站点和监测成果，避免重复建设

自新中国成立以来，相关省区和黄委积累了黄土高原地区长序列的水文观测资料。尤其自高分遥感、无人机航测等新技术在水土保持行业应用以来，随着全国水土保持监测网络一期、二期工程和黄土高原小流域坝系示范工程、孤山川等重点支流监测、全国水土流失动态监测等项目的实施，积累了丰富的降雨、径流和泥沙观测资料，形成了连续3年的黄土高原地区土壤侵蚀和植被覆盖情况等能够反映项目区生态环境现状的监测成果。黄土高原地区淤地坝监测，应充分利用现有水土保持监测站点、监测成果和水文站点，开展淤地坝建设对区域生态环境影响的监测，尽量避免重复建设、重复投资。

4 监测主要内容与方法

4.1 典型小流域和重点支流水沙监测

黄土高原是入黄泥沙的主要来源区，尤其是黄河中游粗泥沙集中来源区是下游河道0.05 mm以上粗泥沙的主要来源区，应以该区域为重点监测区域开展降雨径流泥沙监测。通过监测掌握该区淤地坝建成后可以拦截多少泥沙，拦截泥沙中粗沙含量情况，综合反映淤地坝建设成效，包括拦沙情况、输沙情况、淤地情况以及对居民生产生活的影响等。

(1)降雨观测。结合气象部门，相关省区以及黄委在黄土高原现有雨量站的基础上，综合考虑交通、通信、管护等因素，按支流分小流域加密布设自动雨量站，开展降雨观测，为分析区域产沙、来沙情况及风险预警提供更客观的网格化雨量信息。

(2)径流泥沙观测。在淤地坝建设区域内，综合考虑所属行政省区、所属流域、所属片区、小流域自然条件和监测现状、坝址条件、交通、通信等因素，以支流为单元，在支流内选择数条典型小流域，在小流域沟口建设小流域控制站，观测输沙量和径流量等，为评价淤地坝减沙效果提供实测基础数据。进行控制站布设时，尽量采用无人值守、远程监视等信息化手段进行水位、流量、泥沙监测，提高数据采集效率。重点支流监测以收集黄土高原地区水文站的降雨、径流、泥沙观测资料为主，开展区域拦沙减淤效果分析。资料收集为每年汛后收集一次。

(3)拦沙淤积监测。因淤地坝分布广、数量多，拦沙淤积监测可以支流为单元[4]，对支流内的所有重要拦沙坝和典型小流域内所有新建淤地坝的拦沙淤积情况逐坝按年度监测，再结合典型小流域坝系及中、小型淤地坝配置比例、坝控面积、典型小流域代表的片区、降雨等因素，分析计算典型小流域及支流淤地坝总体拦沙淤积情况。监测内容包括淤积量、淤积面积、泥沙颗粒级配等。建设期，根据淤地坝年度建设情况，完成年度已建成淤地坝的拦沙淤积本底调查，并适时开展已建成淤地坝的拦沙淤积监测。运行期，每年根据区域降雨情况完成一次淤积情况监测，为评价淤地坝建设成效提供基础数据。根据年度实际降雨情况，对降雨集中区域的淤地坝适时加测。

(4)蓄水用水调查。黄土高原地区降雨时空分布不均，水资源缺乏制约着当地农村经济社会发展，调查发现，当地村民对水资源的需求非常迫切。在确保淤地坝安全运行的前提下，适度蓄水可有效缓解当地水资源短缺的问题。选择村镇周边1 km内的中型淤地坝为蓄水用水调查对象，重点调查周边农户对淤地坝的用水需求、用水去向、用水效果等，为客观评价淤地坝建设对乡村振兴、美丽乡村的贡献提供基础数据。

4.2 淤地坝风险预警监测

将淤地坝中具有控制作用的中型淤地坝作为重要淤地坝，进行重点监管，开展风险预警监测，包括洪水风险预警监测和降水水位预警监测，为淤地坝汛期安全度汛、安全运用提供及时预测洪水信息和实时的降雨、水位信息，提高淤地坝监管效率，实现预警信息及时、准确的上传下达[6]。

(1)洪水风险预警监测。基于24 h降雨气象云图、预报数据和加密的雨量站观测的实时降雨量、雨强、水位等数据，综合考虑淤地坝控制流域的地形、地质、植被等下垫面特征和人员居住分布等社会经济情况，以及淤地坝分布、组成、淤积库容、滞洪库容、总库容等坝体工程特性和坝系影响，形成暴雨洪水风险预警区域和预警级别，由淤地坝主管部门将相关信息以手机短信、微信的方式推送给相关省区主管部门及淤地坝“三个责任人”。

(2)降水水位预警监测。选择居民点及村镇周边1 km内具有节点控制作用的重要中型淤地坝，布设水位预警监测设施，综合考虑降雨、集水面积、放水建筑物设计放水流量等开展水位预警监测。基于加密的雨量站、水位计、视频监视等设施设备观测的实时降雨量、雨强、水位等数据，综合考虑淤地坝控制流域的地形、地质、植被等下垫面特征和人员居住分布等情况，形成暴雨洪水风险预警区域和预警级别，由淤地坝主管部门将相关信息以手机短信、微信的方式推送给相关省区主管部门及工程防汛“三个责任人”，切实提升淤地坝预警的时效性与准确性。

4.3 淤地坝对区域生态环境影响监测

开展生物多样性、植被覆盖情况、生境质量、沟道侵蚀环境及区域水土流失情况监测，综合反映淤地坝建设对区域生态环境的影响，以及对区域水土保持率的影响，为黄土高原地区水土流失治理和生态保护提供决策依据。监测内容主要包括生物多样性、植被覆盖情况、生境质量、沟道侵蚀环境、水土流失等5个方面。

(1)生物多样性监测。主要采用样地调查的方法对淤地坝建设前后区域内的植物群落状况进行监测，包括植物群落基本特征、植物群落物种多样性和植物群落结构等。通过监测淤地坝建设前后区域内的植物群落状况，分析淤地坝建设对区域植物群落基本特征、植物群落物种多样性和植物群落结构的影响情况。

(2)植被覆盖情况监测。采用遥感监测和野外调查结合的方法对淤地坝建设前后整个区域内的植被覆盖度、植被覆盖率进行监测。通过监测淤地坝建设前后的区域植被覆盖状况，分析淤地坝建设对区域植被覆盖的影响。

(3)生境质量监测。采用遥感监测和野外调查相结合的方法对淤地坝建设前后区域内的土地利用变化情况进行监测，主要包括林地面积、草地面积、水域湿地面积、耕地面积、建设用地面积和未利用地面积等。通过监测淤地坝建设前后的区域土地利用变化情况，分析淤地坝建设对区域生境质量的影响，以及由淤地坝建设形成的坝地良田改善生产生活条件、促进当地工农业和经济发展情况。

(4)沟道侵蚀环境监测。采用无人机摄影测量和遥感监测等技术手段，快速提取淤地坝建设前后沟道侵蚀基准面(点)、地形坡度、坡长、沟沿线等因子，对比分析淤地坝对沟道侵蚀环境和产沙条件的影响。

(5)区域水土流失监测。采用遥感监测和野外调查相结合的方法，基于项目区遥感影像、地形、降雨、土壤等基础数据，通过水土流失模型计算获取淤地坝建设前后区域内侵蚀类型、侵蚀面积、侵蚀强度等变化情况，分析淤地坝对区域水土流失状况的影响，分析计算项目区水土保持率。

4.4 信息平台建设

充分利用信息化技术，由流域机构牵头搭建黄土高原地区淤地坝信息监测平台，建立七省区淤地坝数据大平台，实现淤地坝设计、批复、建设、登记、运行、评价、销号全过程全覆盖的现代化、精细化管理，提升淤地坝监管效率，高效快捷地服务于行业主管部门及淤地坝建设管理部门等。主要任务包括淤地坝建设动态监测、构建淤地坝评价指标体系、开发监测信息平台。

(1)淤地坝建设动态监测。动态监测将根据淤地坝建设计划，分年度对新建淤地坝开展监测，监测内容主要包括淤地坝的基本情况、设计批复情况、计划下达情况、建设进度、竣工验收情况等[2-3]，便于建设单位、相关主管部门及时、全面掌握工程建设情况，调度建设资源，确保按期完成建设任务。相关内容主要由施工单位通过淤地坝信息管理平台每月填报一次，监测单位根据填报情况，每季度采用遥感与实地调查相结合的方法，随机抽取一定比例的淤地坝进行现场调查与复核。

(2)构建淤地坝评价指标体系。按照“科学性、可行性、系统性、独立性、可比性”等原则，以监测成果为基础，选取工程拦沙、蓄水用水、经济增长、提高植被覆盖、减轻水土流失、改善土壤理化性质、提高土地和劳动生产率、改善土地利用结构等指标，构建淤地坝评价指标体系，综合评价淤地坝建设成效。根据淤地坝建设进度安排和淤地坝运行状况，每年完成年度监测任务，并于次年1月完成监测报告。

基于监测成果，根据《水土保持综合治理效益计算方法》(GB/T 15774—2008)“作为计算对象的沟道、河道下游控制性径流站和水文站的泥沙观测资料，此项资料应有5年以上的观测系列”，同时考虑到淤地坝最短淤积年限，在工程建成后运行期每5年进行1次淤地坝建设成效全面评价。

(3)开发监测信息平台。充分运用卫星遥感、互联网、大数据等先进技术，建设基于B/S构架的黄土高原地区淤地坝监测信息平台，为项目管理、领导决策提供数据支持与管理平台，并为社会公众提供及时、准确、全面的信息服务。建设内容主要包括数据采集及传输网络建设、数据中心和数据库建设、监测信息管理平台开发和网络安全保障体系建设等。

建立数据采集及传输网络。通过布设自动化水土保持监测数据采集设备、现场监视设备，实现水土保持观测数据、监测点运行状态信息的自动采集，淤地坝建设动态主要通过现场巡测进行人工填报。数据传输主要在现有传输网络的基础上，利用无线传输和租用运营商的公网链路相结合的方式，完善该区域安全高效的数据传输网络。

建设数据中心及数据库。为实现淤地坝监测期内数据的科学管理，保证数据安全和应用系统正常运行，以便发生灾难性事件时能够迅速恢复应用系统，在流域机构建立一个数据中心，并建立异地数据灾备中心。构建淤地坝数据库，将分散信息资源进行安全、科学管理，满足不同节点的数据访问需求，为淤地坝水土保持数据分级管理、逐级上报、信息资源高效共享与交换提供快捷服务。

实施监测管理平台开发。对黄土高原地区地形地貌、水土流失状况、土地利用现状、淤地坝分布、工程建设动态、监测站点分布以及水情数据、水位、泥沙淤积等数据进行管理和共享，用户可及时、准确、全面掌握淤地坝建设和运行情况，并提供淤地坝雨情、水情信息查询和分析等服务。

建设网络安全保障体系。依《网络安全等级保护基本要求》(GB/T 22239—2019)要求，淤地坝监测管理平台按照第二级保护要求，通过构建和实施信息技术安全管理体系、安全技术体系和安全运维体系，建立一整套满足工程管理需求的信息系统等级化安全保障体系。

5 结 语

黄土高原地区淤地坝量大面广、布局分散，以高分卫星遥感、无人机、远程视频监控、自动观测、互联网等技术为支撑，以沟道中具有上拦下保作用、防汛压力大、下游有居民点及重要设施的淤地坝为重点监测监管对象，由流域机构牵头建立统一、稳定的监测体系和监控系统，对于及时准确获取和反馈淤地坝建设和管理动态信息，强化技术指导和防汛应急抢险，以及科学客观评价淤地坝建设成效具有重要的作用[5]。水保部门应抢抓黄河流域生态保护和高质量发展的重要机遇，开拓创新，攻坚克难，积极探索黄土高原地区淤地坝水土保持监测监管新思路、新方法、新技术。