【摘 要】 通过对黄土高原淤地坝监测历史的回顾，总结分析淤地坝监测的经验，强调淤地坝监测的重要性和必要性，根据黄土高原水土保持淤地坝规划，提出淤地坝监测总体规划和监测思路，介绍了黄河流域近几年来已经完成和正在开展的淤地坝监测项目，介绍了已经开发的淤地坝监测软件系统和正在开发的小流域坝系监测信息查询评价系统的功能，为今后更好地开展淤地坝监测提供经验。

　　淤地坝是防治水土流失综合治理措施中的关键措施。淤地坝监测是利用地面观测、遥感、全球定位系统、调查统计等技术手段，对淤地坝及其坝控流域的土壤侵蚀、水土保持措施、水沙变化、工程效益及淤地坝运行安全进行长期的测量和分析。由于目前淤地坝监测还没有形成完整的体系，监测工作的经验和资料很少，因此，从水土保持监测以及水土保持原型观测入手，探索淤地坝监测的内容、技术和方法，进一步提高淤地坝监测的技术水平，推进淤地坝工程建设管理的网络化、信息化、现代化，为水土保持生态建设和国民经济持续发展服务。

　　1 淤地坝监测发展过程及存在问题

　　1.1 淤地坝监测发展过程

　　淤地坝的监测由来已久，在各类水土保持试验研究中都不同程度的涉及到淤地坝监测内容。

　　1986年，黄河上中游管理局在陕北红旗沟小流域，利用1:1万彩红外航片，监测淤地坝运行情况。通过航片判读，获得了全流域各类水土保持措施的面积、分布情况，查清了全流域的淤地坝数量、类别、分布、已淤库容、淤地面积、剩余库容等指标，同时，研究了利用航片判读淤地坝的技术和方法。

　　1990～1991年，陕西省水保局组织对陕北淤地坝现状及骨干工程建坝资源进行普查，并标注在1:5万地形图上。普查涉及延安和榆林市的14个县，普查淤地坝19742座，其中，骨干工程31座，大型淤地坝401座，中型淤地坝3226座，小型淤地坝16079座。普查的主要指标有：坝型、结构、控制面积、建坝时间、坝高、坝长、坝宽、内外坡比、库容、淤积面积及病险情况等。

　　1992年，黄河上中游管理局会同陕、蒙、晋、甘、宁五省（区），十一个地（盟）、四十九个县（旗）水保部门组成五个联合调查组，历经三个月，深入实地对五省（区）的293个治沟骨干工程进行了跟踪调查。调查主要应用现场测量、调查统计、查阅原始档案资料等方法。通过调查掌握了工程运行、管护及效益等情况。

　　2003年，黄河上中游管理局黄河水土保持生态环境监测中心开发了黄河流域淤地坝管理信息系统。该系统可以对坝系（包括单坝）数字化管理，实现了不同区域（全流域、重点流域、小流域、省区、地区、县、水土保持类型区、多沙粗沙区、任意区域）、不同导航途径（名字直接查、图形查、坐标查等）淤地坝（坝系）的各种信息查询、数据更新和分析统计，对现状、规划、可研、设计等不同阶段的淤地坝等进行定位管理。能模拟显示典型小流域降雨、径流、输沙、修筑淤地坝（水坠、碾压、爆破）、坝体拦洪、排水、淤地过程、坝地利用和淤地坝运行等过程，并直接在三维图形上任意选择坝址后，自动进行断面图绘制、高程—面积曲线计算、高程—库容曲线计算，快速显示淤积年限和三维图，直观再现坝地利用，为规划设计提供实用的技术服务。

　　1.2 淤地坝监测存在的问题

　　1.2.1 信息采集体系不健全

　　长期以来，淤地坝建设信息由各级主管部门通过统计上报方式获取。由于各级主管部门职能重点不同，信息的获取不可避免的存在不足和缺陷，主要表现在以下两个方面：一是采集范围不全面，统计信息主要集中于管理方面。二是采集深度不够，淤地坝信息往往需要通过长期、连续的定点、定位观测和深入分析才可以获取，主管部门显然不具备这一职能和条件。

　　1.2.2 信息采集方式相对落后

　　传统的淤地坝监测信息采集手段，包括统计调查、小流域径流试验、小区试验等，一般都通过人工完成，信息自动化采集程度很低，采集效率低。完成一个淤地坝所在小流域的水土保持调查，通过人工现场调绘方式，最少需要几十个工日。管理部门检查工作，由于缺乏快速的获取信息手段，只能依赖于泛泛的现场巡视，影响了管理水平的提高。近年来，虽然“3S”等一些新技术在水土保持监测中得到了一定程度的应用。但总体上，这些新技术的应用仍然处于一个初期的、局部的阶段，并未从根本上解决淤地坝监测技术相对落后的状况。

　　1.2.3 信息的准确度低

　　对各类采集及统计、上报信息，目前各级主管部门还缺乏有效的核准手段，误报、虚报信息的现象比较严重。信息的传输，普遍采用人工报送的方式，传输速度缓慢。同一种信息在不同的部门往往需要多次录入或复制，费时费力。

　　1.2.4 信息的可比性差

　　由于各部门观测项目和设备不统一，径流泥沙采集技术不规范，因而获得的信息没有可比性。

　　1.2.5 信息资源的整合与利用程度不高

　　由于缺乏统一的存储手段和管理制度，各种途径获取的数据往往分别保存于不同的部门，数据难以共享，甚至存在二次采集现象，影响了信息资源价值的充分发挥。对于各类历史资料，尚未建立完整的数据存储体系，不利于信息查询和更新。

　　2 淤地坝监测的目的意义

　　2.1 有利于研究水土流失规律

　　通过淤地坝监测和坝系监测体系建设，认识和掌握淤地坝对流域水沙的拦截、调节和蓄存机理，以及流域水沙在坝系中的演进过程，揭示坝系相对稳定的规律；分析坡面侵蚀与沟道侵蚀间的相互联系和作用，量化流域泥沙来源中坡面泥沙和沟道泥沙指标，为淤地坝工程规划、设计、施工、运行管理、河道水资源的优化配置与合理利用，以及坝地防洪保收技术提供科学的依据。

　　2.2 有利于及时掌握工程建设信息

　　由于淤地坝数量多，分布广，传统的管理模式与现代的管理要求不相适应，通过建立科学、高效、权威、标准统一的监测体系，开展科学的监测工作，对于及时、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，确保工程质量、进度和效益，综合评价工程建设的功能和效果，更好地实现建设目标具有十分重要的意义。

　　2.3 有利于加强工程建设监管力度

　　淤地坝监测工作的实施和监测体系建设，将改进工程建设的管理手段和管理方式，加强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，也是提高工程建设质量、进度和投资效益的必然要求。

　　2.4 有利于科学评价淤地坝效益

　　淤地坝作为治理水土流失的关键措施之一，迫切需要人们全面认识淤地坝建设的实际效益。以往的坝系建设大都在建设完成后进行一次性验收或鉴定，很难正确估价其真实效果。通过建立科学、高效的淤地坝监测体系，利用现代信息技术、“3S”技术，快速获取淤地坝建设项目区的小流域、沟道、坡面等不同部位的水文、气象和坝体运行情况等信息，为科学评价淤地坝建设对流域植被恢复、土地利用结构调整、退耕还林（草）成果巩固、农民经济收入增长以及交通、教育、卫生等社会状况改善的作用，为正确评价淤地坝建设的实际效果提供科学依据。

　　3 黄土高原淤地坝监测总体规划

　　黄河上中游地区已累计建成淤地坝11.3万座，其中骨干坝近1500座，一些淤地坝系已初具规模。2003年，根据《全国生态环境建设规划》和《黄河近期重点治理开发规划》，水利部组织黄河水利委员会编制完成了《黄土高原地区水土保持淤地坝规划》。规划的主要目标是，到2010年，在多沙粗沙区的各支流上初步建成较为完善的沟道坝系和一批示范坝系。规划建设淤地坝6万座，年减少入黄泥沙2亿t。到2015年，在多沙区的各支流上初步建成较为完善的沟道坝系，累计建设淤地坝10.7万座，年减少入黄泥沙3亿t。到2020年，在黄土高原地区的主要入黄支流，建成较为完善的沟道坝系，累计建设淤地坝16.3万座，年减少入黄泥沙4亿t。规划的范围涉及39条入黄支流（片），总面积42.6万km2。规划范围内共修建淤地坝16.3万座，其中骨干坝3万座，中小型淤地坝13.3万座。规划总投资830.60亿元。在淤地坝规划中，针对今后淤地坝监测提出总体规划，按照项目区宏观区域、典型小流域坝系、典型淤地坝和典型样区等不同空间尺度开展淤地坝监测。

　　3.1 黄土高原地区淤地坝监测

　　监测工作重点是39条入黄的重点支流（片）。监测的主要内容包括：淤地坝的数量、质量、分布情况，及时了解淤地坝的建设动态；区域土壤侵蚀动态变化情况；重点区域水土流失的危害及水土保持治理概况。

　　3.2 典型小流域坝系监测

　　根据不同水土流失类型区的特点，在39条支流（片）中，各选择1～3条面积在100平方公里左右的小流域，共计78条，作为监测典型小流域，其中有20条作为示范小流域，在示范小流域中有3条为高科技监测示范小流域。

　　主要监测内容包括：小流域的降水情况、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年总径流量、径流中泥沙的含量等指标；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；监测水土保持措施的数量、质量和土地利用变化情况。

　　3.3典型淤地坝监测

　　在78条典型小流域中，各选择1座骨干坝、2座中小型淤地坝，共78座骨干坝、156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，包括：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它指标。

　　3.4 效益监测

　　在78条典型小流域中，布设样区（点）78套，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、生态效益等方面。

　　3.5 信息处理及应用系统建设

　　3.5.1 信息处理系统

包括：水文泥沙数据处理、调查与巡测数据处理、遥感影像处理、动态数据处理。

　　3.5.2 应用系统

　　包括：淤地坝工程管理系统、水土流失分析预测系统、淤地坝工程效益评价系统。

　　3.5.3 网络传输与发布演示系统

　　淤地坝监测信息传输网络结合黄河流域水土保持监测传输网络进行。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，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、数量和位置等。

　　4 淤地坝监测项目实施情况

　　4.1 黄土高原示范坝系监测项目

　　为了总结黄土高原淤地坝建设经验，加大示范推广力度，由黄河上中游管理局组织开展了黄土高原小流域坝系示范工程建设，包括青海省大通县景阳沟，甘肃省定安区称钩河、环县城西川，宁夏自治区西吉县聂家河，内蒙古自治区准格尔旗西黑岱、清水河县范四夭，陕西省横山县元坪、宝塔区麻庄、米脂县榆林沟，河曲县树儿梁、永和县岔口，河南省济源市砚瓦河等12条小流域坝系。涉及湟水河、渭河、皇甫川、无定河、延河、三川河及部分直接入黄支流，12条小流域坝系示范工程总面积970.3km2，水土流失面积914.3km2。监测项目计划总投资861万元，实施期为6年（2005～2010年）。

　　建设规模：建设雨量站27个，卡口（径流泥沙观测）站13个，观测用房13个，布设淤积（拦沙）监测点524个，蓄水用水监测点491个。结合不同小流域坝系的特点，开展工程建设动态监测、拦沙蓄水监测、坝地利用及增产效益监测、坝系工程安全监测，建立小流域坝系监测评价体系。

　　4.1.1工程建设动态监测

　　工程建设动态监测分为坡面治理动态监测和沟道工程建设动态监测两部分。

　　坡面治理动态监测的内容主要是坡面治理工程的数量及其变化。坡面治理工程包括梯田（包括种植农作物的人工与机修梯田、各种用于造林的水平台、水平阶等）、造林、种草、封禁及其它坡面措施，主要指标是逐年核实后的新增治理面积和累计治理面积。

　　沟道工程建设动态监测的内容主要是沟道坝系工程的数量及其变化。沟道工程包括骨干坝、中、小型淤地坝等。主要指标是已建成工程数量和在建工程数量及结构比例。

　　4.1.2 拦沙蓄水监测

　　包括拦沙量监测、输沙量监测、蓄水用水监测三部分。拦沙量监测主要是量测淤地坝的拦沙情况，实时监测淤地坝的拦沙量；输沙量监测主要监测经过流域出口的输沙量及径流量；蓄水用水监测主要是监测淤地坝内蓄水情况和生产、生活用水情况。包括淤地坝年末蓄水量、水面面积以及灌溉用水量、人畜用水量。

　　4.1.3 坝地利用及其增产效益监测

　　对已达到淤积库容的淤地坝内的坝地面积、坝地利用面积、坝地内农作物面积、坝地农作物单产以及其年增产情况进行监测。

　　4.1.4 坝系工程安全监测

　　坝系工程安全监测包括坝体及其泄水建筑物安全监测和坝系安全运行监测两部分。

坝体及其泄水建筑物安全监测主要监测淤地坝坝体及其泄水建筑物在运行期间有无滑坡、冲刷、渗流、沉陷、裂缝等问题。

　　坝系安全运行监测主要是对病、险坝数量，毁坏坝情况（包括水毁坝、人为毁坏坝的数量、毁坏情况、毁坏原因等）进行监测。

　　4.2 高科技坝系监测小流域建设

　　根据黄土高原淤地坝监测总体规划，建立陕西延安麻庄沟、榆林横山元平沟、绥德韭园沟三条高科技监测示范小流域，基本上实现自动化监测和信息自动传输。

　　自动遥测系统由远程的现场监控站、现场总控站、中继站、远程监控总站和通信网、主控中心等构成。现场监控站通过各种传感器自动采集、测量和处理监测现场的雨量、水位、含沙量、风速、风向、空气湿度、气压等水文气象信息，经调制解调后，由信号发送装置（如遥测单元）将信号通过通信网（如超短波、有线等）发送到现场总控站，现场总控站再经通信网将信号发送到远程监控总站，远程监控总站与主控中心的信息交换通过宽带网进行；主控中心对获取的水文气象等信息进行存储、分析、处理。自动遥测系统支持自报式、查询应答式、兼容式遥测，野外工作的现场监控站为无人值守的工作方式。自动遥测监测雨量、水位、含沙量等水文泥沙和日照、气温、湿度、风向、风速、蒸发等气象信息。在麻庄和元平流域内设远程监控总站。水文、气象现场监控站基本构成如图1所示（1个远程控制终端可连接1～8个水文、气象仪器），图2为坝体现场监测站基本组成示意图。

 

 

 

　　系遥测信息实现自动传输。信息的传送途径为：现场监控（总）站通过超短波传到远程监控总站，再通过Internet传到主控中心。

　　由于现阶段技术手段的限制，有些监测项目无法进行自动遥测，如淤地坝库容淤积等，有些项目1年只进行几次取样监测，如土壤理化性质、水质、地下水位等，同时为校核自动遥测数据的正确性和精确度并考虑到自动遥测的费用较高等因素，部分项目也需要采用人工监测的方式进行。

　　5 淤地坝监测系统的开发和应用

　　黄土高原淤地坝工程具有分布广、数量多、建设周期长等特点，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的基础工作，而且是科学、及时、准确地获取和反馈工程建设和管理动态信息，强化淤地坝工程建设监管力度的需要。

　　黄土高原淤地坝监测系统建设，以黄河流域水土保持生态环境监测系统为依托，以数据库建设为重点，以地面观测为基础，充分利用遥感、地理信息系统、全球定位系统以及计算机网络等现代技术，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水土保持决策服务。近年来已经开发完成了黄土高原淤地坝管理信息系统、淤地坝信息查询系统、淤地坝辅助规划设计系统，已在各级管理部门和业务单位推广使用，并逐步进行完善和改进。目前正在开发黄土高原淤地坝监测评价系统。

　　小流域坝系监测评价系统建设内容主要包括软件开发、数据处理、数据生产和小流域坝系监测数据库的建设与更新，典型坝系三维查询模块、坝系二维查询模块和坝系监测数据查询、分析、评价模块的开发等。

　　5.1 三维查询模块

　　三维查询模块是利用三维模拟技术，用1米分辨率的IKONOS卫星影像及1:1万DEM数据建立典型小流域的三维场景，建立已建坝和规划坝的淤地坝数据库，建立每一座坝的坝体模型；标出每一处监测设施（把口站、雨量站等）的位置及相应属性。可在三维模式下查询坝系相关的工程建设动态数据、拦沙蓄水数据、坝地利用及增产效益、坝系工程安全等。同时利用三维查询模块可以直观地了解小流域的地形地貌，坡面治理措施和沟道工程建设情况。

　　5.2 二维查询模块

　　二维查询模块是利用数据库技术和地理信息系统技术实现对坝系的图形数据的科学管理和快速查询。包括对小流域分布图、坝系规划图、设计图等相关图件的管理，叠加相关的行政界线和基础地理要素（水系、道路等）实现二维图形数据和属性数据的交互式查询、同时快速直观的显示每条小流域淤地坝分布、建设和运行情况，并快速统计输出制定报表等功能。

　　5.3 坝系监测数据查询、分析模块

　　坝系监测数据查询、分析模块是利用数据库技术和SQL查询方法，实现对坝系工程建设动态数据、拦沙蓄水数据、坝地利用及增产效益、坝系工程安全监测等数据有效管理和快速查询、统计和相关分析功能，同时制定报表输出。系统功能模块见框图3。

 

 

 

 

　　坝系监测数据传输是利用目前监测系统一期工程建立的监测网络VPN（虚拟专用网），使数据快速传输、及时更新，确保系统数据的现势性和系统的高效运行。数据流程见框图4。

 

 

 

 

　　6 今后淤地坝监测工作重点

　　1、抓好黄土高原示范坝系监测工程项目建设，按计划完成年度任务。

　　2、搞好高科技监测示范小流域建设，建立高科技坝系监测示范基地。

　　3、开发和完善淤地坝监测有关应用软件系统，广泛应用于工程建设中去。

　　4、加强淤地坝监测标准化建设，编写相关技术规程和标准。

　　5、加强技术培训和技术指导工作。