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摘要：三峡水库建成后，高峡出平湖，在长江中上游形成了一道亮丽的风景线。随着江面变宽阔，水流平缓，流域生态环境也随之发生了变化，对水库泥沙淤积问题越来越引起人们的关注，水库泥沙从何而来，如何监测，如何控制，成为各方专家探讨的科题。本文结合水土保持监测和水土保持治理，做出以下论述。
关键词：三峡库区 入库泥沙 监测探讨
一、库区水土流失现状
长江流域山高坡陡、沟壑纵横、地形破碎、土层浅薄，加之降雨充沛，一旦地表植被不复存在，就会发生严重的水土流失。三峡水库建成后，长江上游，良田无法满足日益膨胀的人口，人们向大山要耕地，使坡耕地成为长江水土流失最严重的地带，荒山荒坡、疏幼林地和滑坡、崩塌、泥石流等也带来大量泥沙，开发建设项目则造成了人为的水土流失。水土保持监测是水土流失防治的基础工作，是完善生态环境监测、落实国家生态保护与建设决策的重要支撑。
二、水土流失监测存在的问题
1、目前的监测主要采用驻点监测为主（站点稀疏），巡测为辅，无法准确掌握入库支流的泥沙情况。
2、监测队伍薄弱，监测手段单一，监测技术较为落后。
3、各系统对水土流失监测数据尚未共享。
三、建议
（一）加强水土流失治理
1、长江上游大于25度的坡耕地建议退耕还林。
2、在长江消落带进行植物措施治理。
3、长江中游禁止围湖造田。
（二）加强水土保持宣传
1、让水土保持走进校园，大力宣传水土保持对生态环境的重要性。
2、对于项目开发，宣传水土保持方案的审批，强化跟踪监督工作，严格把关。
（三）提高泥沙监测技术手段
1、推移质输沙率测验技术现状与建议
天然河道中的推移质位于河流底层，在时间和沿河床横向分布上随机性较大，上述因素给推移质测量造成了极大的困难，使得推移质测验技术多年来进展不大。目前，水土流失监测站开展推移质测验的方法主要为采样器法，基本思路是沿测量断面布设多个垂线，在各垂线依次投放采样器进行取样，再沿断面积分求得断面输沙率，所用的采样器主要由压差式和网式两类。然而，由于推移质输沙率对水流条件的变化极为敏感，而采样器投放到河底时对局部水流条件影响显著，加之采样器底部很难紧贴床面，使得现有采样器的采样效率较低（低于50%）;同时，现有断面输沙率测验方法自动化和信息化水平不高，完成一次采样历时较长（≤4小时），需要大量人力投入;上述因素使得河流断面推移质输沙率尚远未实现准确、实时、自动测量的目标。
2、悬移质输沙率测验技术现状与建议
在悬移质泥沙运动测量方面，最准确的方法仍然是传统的人工取样后实验室分析级配和浓度，这种方法虽然结果准确但是无法实施远程自动化观测。目前应用较多的实时在线监测方法主要有红外光或者超声波散射技术测量悬移质浓度。但这两种技术均存在明显的局限性，其中最严重的制约因素有两个：一是只适应于较低的泥沙浓度（稀疏颗粒），二是多局限于泥沙浓度的测量，然而泥沙浓度和级配测量二者存在极大相关性，仅仅测量单一参数会导致测量结果精度极低。
因此，建议研制适用于野外河流泥沙的浓度和级配耦合测量系统。拟基于超声波回波强度与泥沙浓度和级配的关系，采用多频率超声传感器测量泥沙浓度和级配。根据瑞利反向散射原理，超声波的回波信号强度与超声波入射强度、超声波频率、测点距离探头距离、测点水团的含沙量、泥沙粒径均存在相关关系。因此，在确定超声波入射强度、超声波频率和测点距离探头距离后，使用单一频率探头所得回波信号强度仍然同时受到含沙量和泥沙粒径分布的影响。因此，单一频率探头只能在泥沙粒径分布恒定的情况下标定后测量泥沙含沙量，当泥沙粒径分布改变时，测量结果便会发生较大误差。本项目拟在同一测点同时使用4种频率的传感器，中心频率分别为1.5、3.5、9.0、22.0MHz，覆盖带宽0.8～30MHz。根据瑞利散射公式可知可检测的最小粒径为D=0.0016mm，可檢测的最大粒径D=0.358mm，完全覆盖长江和黄河常见悬移质的粒径分布范围。在相同浓度相同粒径条件下，不同频率探头的回波强度不同，通过大量实验室标定实验，得到四探头条件下回波强度与泥沙粒径分布和浓度分布的关系。最终实现对泥沙粒径分布和浓度分布的同时测量。
3、库区淤积测量技术现状与建议
常规的水库淤积测量方法主要是断面法测量水深，通过两次的库容相差获得淤积量，操作较为简单，但因受前提断面位置假设的制约，精度难以保证。随着3S技术的迅速发展，水下地形测量方法取得了很大的进展。通过全球定位系统GPS获取平面坐标，高精度测深仪获取水深数据。例如，回声测深仪是一种单波束测深设备，双频测深仪根据两个频率测量深度，通过相差获得淤积层厚度。
为了保证淤积量的测量精度，需要对库区进行测线设计，GPS和测深采样也要按照水下地形测量规范等间距或等时间采样，如果水下地形出现变化，需加密测线。这样有利于提高在水下地形变化复杂的测区淤积测量精度。为了提高淤积量测量精度，有学者提出了更为准确的淤积量计算方法，例如“三角度体积法”等。通过先进的测控设备可以高效测量水库淤积量，在实际应用过程中应保证已有地形数据和实际中多种测量仪器测量数据结果之间的坐标基准匹配准确。
四、万州区刘家沟小流域综合观测站监测运行现状
（一）选址
刘家沟小流域控制站位于三峡库区腹心的重庆市万州区天城镇万河村，出口处地理坐标：东径108°21′45″、北纬30°53′45″，距万州主城区约5 km，交通十分便利。刘家沟闭合小流域面积1.64km2，主河道长3.10km，平均坡降20%，属长江流域一级支流。刘家沟小流域汛期及枯期的径流、泥沙变化悬殊大，在设计上采用了复合式堰，即由三角堰和矩形堰复合而成的平坦“V”型堰。建站目的是观测小流域治理前后径流、泥沙的变化，从而分析水土保持防洪减灾作用以及水资源优化配置在发展小流域经济方面的作用。
流域内土壤以黄壤和棕紫色沙壤土为主，天然植被以松、杉、柏等为主，主要分布在流域上游，林草覆盖率达到70%。人工植被以经果林为主，主要有油桐、桑树、柑桔、梨、板栗、杜仲等。
流域农业种植以水稻、小麦、玉米、红苕、洋芋等为主。
流域上游以成林和疏幼林为主，流失程度较轻;中游坡度大，荒山荒坡多，杂草杂树较多，下游虽然坡度较小，但是坡耕地多，垦殖指数高，流域中下段水土流失较为严重。流域内土壤侵蚀以面蚀为主。
（二）泥沙观测
刘家沟泥沙观测主要包括两方面：悬移质观测和推移质观测。
1、悬移质观测
主要采用人工观测和仪器观测相结合。目前，水位观测已基本实现自动化，并能进行远程传输，洪水发生时，人工观测就是在卡口出口处用采样器进行人工采样，仪器观测目前采用了ISCO采样器，通过水位触发的原理实现仪器的自动采样。
2、推移质观测
主要采用人工观测，刘家沟观测站在修建时，在卡口上游修建了沉沙池，推移质就是在沉沙池中人工采样计算得到。
泥沙数据均需通过采样后到实验室分析得到。
（三）立足刘家沟小流域的监测工作，提出以下想法：
1、利用遥感、无人机等现代信息技术绘制流域地形图，掌握万州区全域入库支流情况、项目开发情况、植被覆盖情况等。在入库重要支流合理布设监测站点，时时监测入库泥沙数据。
2、在自动化仪器不能及时跟进的情况下，采取人工观测结合仪器同时进行，尽量保证泥沙数据的准确度。
关键词：三峡库区 入库泥沙 监测探讨
一、库区水土流失现状
长江流域山高坡陡、沟壑纵横、地形破碎、土层浅薄，加之降雨充沛，一旦地表植被不复存在，就会发生严重的水土流失。三峡水库建成后，长江上游，良田无法满足日益膨胀的人口，人们向大山要耕地，使坡耕地成为长江水土流失最严重的地带，荒山荒坡、疏幼林地和滑坡、崩塌、泥石流等也带来大量泥沙，开发建设项目则造成了人为的水土流失。水土保持监测是水土流失防治的基础工作，是完善生态环境监测、落实国家生态保护与建设决策的重要支撑。
二、水土流失监测存在的问题
1、目前的监测主要采用驻点监测为主（站点稀疏），巡测为辅，无法准确掌握入库支流的泥沙情况。
2、监测队伍薄弱，监测手段单一，监测技术较为落后。
3、各系统对水土流失监测数据尚未共享。
三、建议
（一）加强水土流失治理
1、长江上游大于25度的坡耕地建议退耕还林。
2、在长江消落带进行植物措施治理。
3、长江中游禁止围湖造田。
（二）加强水土保持宣传
1、让水土保持走进校园，大力宣传水土保持对生态环境的重要性。
2、对于项目开发，宣传水土保持方案的审批，强化跟踪监督工作，严格把关。
（三）提高泥沙监测技术手段
1、推移质输沙率测验技术现状与建议
天然河道中的推移质位于河流底层，在时间和沿河床横向分布上随机性较大，上述因素给推移质测量造成了极大的困难，使得推移质测验技术多年来进展不大。目前，水土流失监测站开展推移质测验的方法主要为采样器法，基本思路是沿测量断面布设多个垂线，在各垂线依次投放采样器进行取样，再沿断面积分求得断面输沙率，所用的采样器主要由压差式和网式两类。然而，由于推移质输沙率对水流条件的变化极为敏感，而采样器投放到河底时对局部水流条件影响显著，加之采样器底部很难紧贴床面，使得现有采样器的采样效率较低（低于50%）;同时，现有断面输沙率测验方法自动化和信息化水平不高，完成一次采样历时较长（≤4小时），需要大量人力投入;上述因素使得河流断面推移质输沙率尚远未实现准确、实时、自动测量的目标。
2、悬移质输沙率测验技术现状与建议
在悬移质泥沙运动测量方面，最准确的方法仍然是传统的人工取样后实验室分析级配和浓度，这种方法虽然结果准确但是无法实施远程自动化观测。目前应用较多的实时在线监测方法主要有红外光或者超声波散射技术测量悬移质浓度。但这两种技术均存在明显的局限性，其中最严重的制约因素有两个：一是只适应于较低的泥沙浓度（稀疏颗粒），二是多局限于泥沙浓度的测量，然而泥沙浓度和级配测量二者存在极大相关性，仅仅测量单一参数会导致测量结果精度极低。
因此，建议研制适用于野外河流泥沙的浓度和级配耦合测量系统。拟基于超声波回波强度与泥沙浓度和级配的关系，采用多频率超声传感器测量泥沙浓度和级配。根据瑞利反向散射原理，超声波的回波信号强度与超声波入射强度、超声波频率、测点距离探头距离、测点水团的含沙量、泥沙粒径均存在相关关系。因此，在确定超声波入射强度、超声波频率和测点距离探头距离后，使用单一频率探头所得回波信号强度仍然同时受到含沙量和泥沙粒径分布的影响。因此，单一频率探头只能在泥沙粒径分布恒定的情况下标定后测量泥沙含沙量，当泥沙粒径分布改变时，测量结果便会发生较大误差。本项目拟在同一测点同时使用4种频率的传感器，中心频率分别为1.5、3.5、9.0、22.0MHz，覆盖带宽0.8～30MHz。根据瑞利散射公式可知可检测的最小粒径为D=0.0016mm，可檢测的最大粒径D=0.358mm，完全覆盖长江和黄河常见悬移质的粒径分布范围。在相同浓度相同粒径条件下，不同频率探头的回波强度不同，通过大量实验室标定实验，得到四探头条件下回波强度与泥沙粒径分布和浓度分布的关系。最终实现对泥沙粒径分布和浓度分布的同时测量。
3、库区淤积测量技术现状与建议
常规的水库淤积测量方法主要是断面法测量水深，通过两次的库容相差获得淤积量，操作较为简单，但因受前提断面位置假设的制约，精度难以保证。随着3S技术的迅速发展，水下地形测量方法取得了很大的进展。通过全球定位系统GPS获取平面坐标，高精度测深仪获取水深数据。例如，回声测深仪是一种单波束测深设备，双频测深仪根据两个频率测量深度，通过相差获得淤积层厚度。
为了保证淤积量的测量精度，需要对库区进行测线设计，GPS和测深采样也要按照水下地形测量规范等间距或等时间采样，如果水下地形出现变化，需加密测线。这样有利于提高在水下地形变化复杂的测区淤积测量精度。为了提高淤积量测量精度，有学者提出了更为准确的淤积量计算方法，例如“三角度体积法”等。通过先进的测控设备可以高效测量水库淤积量，在实际应用过程中应保证已有地形数据和实际中多种测量仪器测量数据结果之间的坐标基准匹配准确。
四、万州区刘家沟小流域综合观测站监测运行现状
（一）选址
刘家沟小流域控制站位于三峡库区腹心的重庆市万州区天城镇万河村，出口处地理坐标：东径108°21′45″、北纬30°53′45″，距万州主城区约5 km，交通十分便利。刘家沟闭合小流域面积1.64km2，主河道长3.10km，平均坡降20%，属长江流域一级支流。刘家沟小流域汛期及枯期的径流、泥沙变化悬殊大，在设计上采用了复合式堰，即由三角堰和矩形堰复合而成的平坦“V”型堰。建站目的是观测小流域治理前后径流、泥沙的变化，从而分析水土保持防洪减灾作用以及水资源优化配置在发展小流域经济方面的作用。
流域内土壤以黄壤和棕紫色沙壤土为主，天然植被以松、杉、柏等为主，主要分布在流域上游，林草覆盖率达到70%。人工植被以经果林为主，主要有油桐、桑树、柑桔、梨、板栗、杜仲等。
流域农业种植以水稻、小麦、玉米、红苕、洋芋等为主。
流域上游以成林和疏幼林为主，流失程度较轻;中游坡度大，荒山荒坡多，杂草杂树较多，下游虽然坡度较小，但是坡耕地多，垦殖指数高，流域中下段水土流失较为严重。流域内土壤侵蚀以面蚀为主。
（二）泥沙观测
刘家沟泥沙观测主要包括两方面：悬移质观测和推移质观测。
1、悬移质观测
主要采用人工观测和仪器观测相结合。目前，水位观测已基本实现自动化，并能进行远程传输，洪水发生时，人工观测就是在卡口出口处用采样器进行人工采样，仪器观测目前采用了ISCO采样器，通过水位触发的原理实现仪器的自动采样。
2、推移质观测
主要采用人工观测，刘家沟观测站在修建时，在卡口上游修建了沉沙池，推移质就是在沉沙池中人工采样计算得到。
泥沙数据均需通过采样后到实验室分析得到。
（三）立足刘家沟小流域的监测工作，提出以下想法：
1、利用遥感、无人机等现代信息技术绘制流域地形图，掌握万州区全域入库支流情况、项目开发情况、植被覆盖情况等。在入库重要支流合理布设监测站点，时时监测入库泥沙数据。
2、在自动化仪器不能及时跟进的情况下，采取人工观测结合仪器同时进行，尽量保证泥沙数据的准确度。