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6 结论

6.1 小流域坝系监测方法

本项目重点对小流域坝系监测方法的新技术应用做了详细的探讨,现将各种新方法做一简要概述。

6.1.1 GPS监测方法概述

1)控制测量:首先用GPS将国家大地坐标控制点建立控制网的基础上,利用静态控制将坐标点引入坝系监测小流域,作为坝系控制监测的控制坐标点,然后对每座监测淤地坝进行几何尺寸定位控制测量。我们通过在韭园沟控制测量,建立了王茂沟的控制网,可以得到其精度为WGS84-坐标系下三维自由网平差,基线解算最差边相对误差1∶745851,精度达1.3×10 -6 ,国家北京54坐标系,采用网配合法进行转换,基线解算最差边相对误差1∶369511,精度达2.7×10 -6 ,基线解算完全符合《GPS测量基本技术要求规范》。高程精度通过已知点正常高与大地高拟合,内符合精度中误差±206.972mm,拟合精度为±146.351mm,因此能够满足坝系监测的需求,同时是目前最为准确、快捷的监测方法。

2)碎部测量:利用引入小流域的大地坐标点,对监测坝淤积面积和淤积量进行差分动态监测。本项目的创新点在于将GPS应用于小流域坝系高程网点控制测量和淤地坝面积及淤地坝淤积监测。根据我们对王茂沟坝系监测,GPS差分动态相对定位模式,定位精度(相对基准点)可达1cm。根据我们对100m 2 的地块进行实际量算与GPS差分动态相对定位模式多次测量结果标明,GPS差分动态测量面积误差在±0.45%左右,完全可以满足淤地坝的面积测量。在实际测量过程中,其几何精度因子PDOP一般都在2与6之间,定位精度较高。但在部分沟道测量中,其定位精度有的超过分米级,特别是后差分动态测量时,在沟道狭窄的地方,几何精度因子PDOP有的超过了7,甚至达到10,定位精度较差,当然这还不能满足水土流失动态监测对精度方面的要求。造成这种精度差异除了仪器本身的原因外,还有一个重要的原因,即与黄土丘陵沟壑区地面开阔度对GPS接收机接收卫星信号强弱有关。但通过用其他测量仪器(全站仪、经纬仪、水准仪)进行修测和补测。

6.1.2 小流域坝系GIS监测概述

在制作监测流域数字高程模型(DEM)的基础上,利用GIS(ArcGis和ArcView),将监测流域空间数据按点、线、面地理特性分层管理,进一步提取监测流域等高线、水系、坡度、坡长、坡向和淤地坝控制和区间面积等空间信息,并基于GIS进行淤地坝淤地面积和淤积体积量算,形成以GIS为核心的3S集成系统。其创新点在于利用DEM进行空间数据的分析,应用GIS进行小流域坝系空间数据的提取、分析、计算、管理、三维虚拟景观的创建及3S技术集成。

6.1.3 小流域坝系RS监测法

本项目利用0.61m分辨率的QuickBird影像,并叠加小流域数字高程模型(DEM),在建立解译标志的基础上,根据RS影像纹理色彩,首先提取监测流域的土地利用、植被覆盖度,用DEM数据提取坡度信息,根据以上三种信息综合判定监测流域的土壤侵蚀等级,建立监测流域水土保持现状数据库;其次判读出淤地坝的数量、位置、坝地利用情况、小流域水资源情况等。创新点在于采用现代最高分辨率的RS影像对监测小流域进行了水土保持信息的梯田、淤地坝、乔木林、灌木林、经济林、人工草地等的提取。

6.1.4 常规监测技术方法

本项目将现有小流域淤地坝常规监测方法中的蓄水拦沙、淤地坝安全稳定、水文泥沙监测以及所涉及的生态(气象)监测、经济社会效益监测等方法归纳、总结,建立了小流域坝系监测方法的技术体系。其创新点在于一方面分析总结了常规监测各类监测方法的技术要点、分类监测指标等,并对监测数据进行了系统的分析;另一方面首次归纳分类和建立了小流域坝系监测方法的技术体系。

6.2 小流域坝系评价系统

项目提出小流域坝系监测评价系统,以和谐理论为前提,应用层次分析评价法,将小流域坝系庞大的各类监测数据,经近百位水土保持专家信息协商确定为39个评价指标,系统地分解为4个层次、2大系统、6个子系统,各个系统以和谐度进行分析评价,最终确定坝系小流域和谐度,进而得出定量的坝系小流域和小流域坝系的评价结果。其创新点在于把各类监测方法监测的数据成果选取出39个评价指标,基于和谐理论、层次分析法对小流域坝系进行分析评价。为小流域坝系建设进行系统监测和评价提供了系统可操作和先进实用性的技术方法和评价理论体系。

由于目前许多坝系小流域没有这么完整的指标体系,因此我们又进行必要的指标筛选,为各地小流域坝系的监测系统选择了9个指标来进行小流域坝系的监测,其中9个指标是:坝系建设子系统中的单位面积的骨干坝数量、中小型淤地坝与骨干坝配置比例、单位面积小型蓄水工程个数,坝系效益子系统中的坝系总库容、坝系拦泥库容、实际灌溉面积,坝系安全子系统中坝系防洪能力、降雨量、安全比(中小型坝垮坝数占总数量)。

利用这9个指标我们又对王茂沟小流域坝系监测进行了评价,其评价结果如下。通过王茂沟小流域坝系监测指标的权重值见表6-1。

表6-1 精简后的小流域坝系监测评价体系各指标权重值及其和谐度值表

可以看出,这里计算出的小流域坝系坝系建设子系统的和谐度0.925837,坝系效益子系统的和谐度0.679165,坝系安全子系统坝和谐度0.95596,与前面计算的和谐度值接近(用39个指标计算的坝系建设子系统的和谐度0.986648,坝系效益子系统的和谐度0.685582,坝系安全子系统和谐度0.980329),同时小流域坝系系统和谐度0.876496也与前面计算的结果基本吻合(39个指标计算的小流域坝系系统和谐度为0.894881),因此可以应用此方案进行计算小流域坝系监测评价。

同样可以得到王茂庄沟小流域坝系和谐性分析:坝系建设系统和谐度( C 1 )为0.926,处于基本和谐状态。可以看出王茂沟坝系的骨干坝、淤地坝搭配比较合理,坝系控制面积也较适中,但缺乏小型蓄水工程。王茂沟小流域坝系效益系统( C 2 )为0.679,处于近和谐状态。可以看出坝系总库容、可淤地面积、拦泥库容、利用面积比较合理,已淤库容、已淤地面积、保收面积接近合理,蓄水量、可灌溉面积、实际灌溉面积都不合理。坝系安全系统和谐度( C 3 )为0.98,处于基本和谐状态。从王茂沟小流域坝系评价过程从结果看, A =0.884。说明现阶段,王茂沟小流域坝系处于基本和谐状态。离完全和谐态还有一定距离。同时从局部而言一些系统有近和谐状态,经过分析有以下原因:

(1)在本坝系中没有必要的坝系蓄水、水地和小型蓄水工程,这就可以看出王茂沟流域在目前情况下要使系统和谐发展,必须采取修筑必要的蓄水池、旱井、涝池等工程,为其旱坝地变水浇地提供必要的支持,从而使生产得到发展。

(2)坝系小流域中保收面积较低,使流域内粮食产量得不到必要的保障,因此需要进行坝地的整治,尽量使坝系利用面积实现保收。

(3)经过计算,坡面治理度是达到了小流域治理的标准,但是梯田可发展的空间较大,因此应该适当可以在流域内发展一些梯田。

从王茂沟坝系小流域评价过程中,我们感觉到这一评价指标体系基本上可以反映了黄土高原坝系小流域系统现阶段和谐发展的基本要求。是可以应该到黄土高原坝系小流域监测评价中的。 EWB7YQ2X5XYks4NFVnMusdFk1zv7LwZxn9nlYyrzD4+XGcbpnjo6mUVlrTo/FxpY

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