符素华简介

北京师范大学教授，博士研究生导师，研究领域为土壤侵蚀机理，土壤侵蚀模型预报与水土资源管理。主持国家自然科学基金“土壤特性对坡面流水流挟沙力影响”，参编著作有《北京土壤流失方程》、《自然资源评价教程》等。

年初，水利部出台《水利部关于加强水土保持监测工作的通知》（水保〔〕36号），要求各省市加强监测点水土流失监测，对监测站点进行标准化建设，未来要实现数据采集自动化、数据处理智能化。

目前，水土流失自动监测设备市场不够规范，产品标准化水平低，监测设备质量和使用效果良莠不齐。本期山泽研习社邀请北京师范大学符素华教授和我们聊一聊径流泥沙监测设备的选用。

本期专访问题涵盖：

“径流泥沙监测设备都有哪些？”

“坡面径流小区人工监测都需要哪些设备？该怎么取样？”

“半自动监测设备都有哪些？又有哪些采样方法？”

“小流域径流泥沙监测设施都有哪些？”

“监测站点升级改造到底该如何选择监测设备呢？”等。

以下是采访全文。

符老师，您好！现在径流泥沙监测设备都有哪些？

径流泥沙监测设备分为坡面径流小区的和小流域的。其中，坡面径流小区监测径流泥沙的设备按照自动化程度的高低可分为人工、半自动和自动监测三类。

坡面径流小区人工监测都需要哪些设备？该怎么取样呢？

人工进行坡面径流小区径流泥沙监测时，首先需要集流设施径流桶/池和分流桶/箱（图1），在径流桶和分流桶中人工观测。径流的观测通过测量径流桶/分流桶中的水深来得到的。

泥沙观测有搅拌取样、全剖面取样和分层取样三种方法。

搅拌取样是人工边搅拌，边取部分浑水样，测量其含沙量的方法（图2左）。该方法适用于水深小于30cm的情况。一旦桶内水深较大，就不易搅拌均匀，尤其当砾石多或泥沙含量大时，会导致测量误差大，严重低估含沙量。

全剖面采样器取样是将水下泥沙充分搅拌，然后将泥沙表面耙平后，用采样器采集全剖面浑水水柱样（图2右）。全剖面采样适用于水深大于30cm时。

分层取样是将表层清水被虹吸，人工弄平泥沙表面后测量泥沙厚度，然后搅拌取环刀样，测量其体积含水量。该方法适用于桶底淤积泥沙厚度大于30cm的情况。

半自动监测设备都有哪些？又有哪些采样方法呢？

半自动设备一般是径流采用全自动设备观测，浑水采样用设备自动进行，但含沙量测量需要人工进行。

径流的自动观测设备较多，按照测量原理有径流观测雷达水位计，超声波水位计、压力式水位计，翻斗流量计四种。

前三种水位计式测流设备是通过水位观测来计算流量，然后得到径流量；翻斗流量计直接测量水流流量来计算径流量。

浑水样自动取样方法有两大类，

一种是分流取样时，连续取部分浑水样存于一个小规格的径流桶中，降雨结束后再人工采取浑水样测量含沙量，如美国的Coschocton采样轮（图3），北京师范大学研发的B型轮式含沙量采样器（图4）；

一种是分流取样时，浑水样按一定时间间隔分别存于ml左右的采样瓶中，降雨结束后人工测量各采样瓶中的浑水样含沙量，然后计算平均含沙量，如中科院东北地理与生态研究所研发的ZK-XYZ无动力水土流失过程自动观测装置（图5），但该设备使用条件比较严格。

根据径流、含沙量测量方法的组合，目前我国已采用的半自动径流泥沙监测设备组合有北京师范大学研发的翻斗流量计+B型轮式含沙量采样器、H测流槽+水位计+美国的Coschocton采样轮、中科院东北地理与生态研究所研发的ZK-XYZ无动力水土流失过程自动观测装置。

符老师，全自动监测设备又是怎么完成监测工作的？

全自动径流泥沙监测设备径流和泥沙都可以自动监测。目前坡面小区上的含沙量自动监测主要有称重法和稳定近红外（nm）矩阵平面透射及定体积重力应变复合法两种方法。

前者如河北秦皇岛宏洋环保科技有限公司生产的径流泥沙自动监测仪，利用横轴径流表，记录产流流量；采取比重瓶和称重传感器，自动称量浑水水样重量，并通过与清水重量比较，计算出水样含沙量（图6）。

后者如中国农业大学雷廷武教授研发的水土流失自动监测站（图7），它采用新型的含沙水流流量自动观测方法和测量系统，发展了相应流量测量传感器，通过水力学分析推导出了进行无含沙水流流量标定的模型和含沙水流流量公式。采用稳定近红外（nm）矩阵平面透射及定体积重力应变复合法测量泥沙含量。

小流域径流泥沙监测设施都有哪些？

小流域径流泥沙监测设施一般为量水槽（H水槽（图8）、巴歇尔槽（图9）和三角槽（图10））和量水堰。当沟道含沙量较大时用量水槽，含沙量较小时用量水堰。

径流一般可采用超声波流量计或自动水位计（雷达水位计，超声波水位计、压力式水位计）进行自动监测。泥沙观测也有人工、半自动和自动三种方法。

目前的半自动方法主要是采用ISCO仪器（图11）进行浑水样的采集，ISCO浑水采样是利用蠕动泵每隔一定时间间隔抽取一定体积的浑水样，取浑水样的时间间隔用户可以自由设定。由降雨、水位或流量三种方式启动工作。自动方法可采用浊度仪（图12）进行含沙量的观测。浊度仪发出光线，使之穿过一段样品，并从与入90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。颗粒愈多（浊度愈高）光的散射就愈严重。但该法只适用于含沙量较小的情况。

符老师，您提了这么多监测设备，监测站点升级改造到底该如何选择监测设备呢？

目前市场上的设备都有各自的适用范围，没有一种设备是全能的，只有在量程范围内才能准确进行流量和含沙量的测定。因此用户在进行设备选择时一定要注意设备的量程和设计的流量与含沙量，只有二者互相配合才能得到合适的监测设备。

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