江西水土保持科学研究所 水土保持监测新技术的引进与集成应用 二零一二年五月

报告提纲 概况 仪器介绍及应用 不足与展望

我所现有监测设备概况 我所根据水土保持监测以及科学研究需求，经过多年来水土保持监测科研仪器设备的资金投入，水土保持监测科研仪器设备现代化水平得到了大幅提升。基本上实现了水土保持监测数据的全自动接收和采集工作。

水土保持监测仪器设备介绍 水土保持科研监测设备 开发建设项目水土保持监测设备

水土流失影响因子监测设施与设备 水土保持科研监测设备 设施设备名称 数量 型号 功 能 全自动气象观测站 1座 集成设备 功 能 全自动气象观测站 1座 集成设备 配备气象因子（降水、风向、风速、大气温度、大气湿度、地表温度、地表湿度、水面蒸发、太阳辐射等）传感器，可以实时监测研究区域水土流失影响因子的动态变化情况。 便携式土壤墒情监测仪 1台 TZS-5X 可实时记录土壤温度、土壤水分、大气温度、大气湿度、露点5个参数。  便携式风速风向仪 PH-1 可以同时测量瞬时风速、瞬时风级平均风速、平均风级等参数。 土壤剖面水份速测仪 PR2/6 能对一米深的土壤进行固定间距的土壤剖面水分测量，使用方便，成本低，不受土壤盐分影响。 浮子式数字雨量传感器 2台 JFZ-01 可进行大气降水的监测，实现日降雨量、月降雨量和年降雨量的简单分析，并可监测单场降雨的整个过程。 RTK-GPS 1套 M600 可根据研究的需要，布点构建DEM图，进而实现对地形地貌因子的获取。  水土保持科研监测设备

水土流失影响因子监测设施与设备 根据我所科研项目实际需求，在江西水土保持生态科技园内建有一处综合气象观测站，主要针对地面气象因子进行观测。观测的主要指标包括降水、温度、湿度、大气压、太阳辐射、风向、风速、蒸发、地温等。

全自动气象观测站 气象观测站全貌

温度、湿度因子采集设备 目前，气象观测主要配备了常规温度计、湿度计和温度、湿度自动传感器两种。 常规干湿球温度计 常规毛发湿度计

温度、湿度因子采集设备 设备名称 主要技术指标 干湿球温度计 干湿球温度表是由两支型号完全一样的温度表组成。温度表是根据水银（酒精）热胀冷缩的特性制成的。分感应球部、毛细管、刻度磁板、外套管四个部分。分度值：0.2℃；尺寸：410mm；直径：16.5+0.5mm 毛发湿度计 毛发湿度计以毛发为湿度感应元件，利用其随空气相对湿度高低而改变其长度的特性，通过传动放大机构，带动记录笔尖在记录纸上作出相对湿度的记录曲线；测量范围:30％～100RH 相对湿度;记录范围:0～100％相对湿度;精度:±5％RH;分辨率:1％RH;钟简转一周时间:日记为26小时,周记为176小时;钟简走时误差:日记型为±5min（24h）:周记型为±30min（168h）:尺寸：310×210×180mm;重量:4kg。 温度湿度传感器 全天候实时监测，温度测量范围：-50～+80℃；精度：±0.2℃；湿度测量范围：10～95%RH；精度：±5%RH

降雨因子采集设备 设备 名称 主要技术 指标 优点 自计翻斗式 雨量计 翻斗式雨量计 承水口径:200mm； 主要技术 指标 优点 自计翻斗式 雨量计 承水口径:200mm； 测量降水强度:4mm/min以内; 测量最小分度: 0.1mm; 准确度:4%; 数据采集器存储容量:>32000条 全天候无人值守，自动测量存储数据； 采集器自带备电模块，实时采集、存储数据可断电工作7天。 翻斗式雨量计

风向、风速因子采集设备 目前，气象站风向、风速因子主要配备了风速、风向自动传感器两种。 主要技术参数： 测量范围： 风速：0 ~ 44 M/S 风向：0 ~ 358º 测量精度： 风速： ±0.5M/S 风向：±5º 风向、风速传感器

太阳辐射因子采集设备 太阳辐射是气象观测指标中重要内容，根据国际气象组织WMO标准要求，太阳辐射标准观测分为：(总辐射、散射辐射、直接辐射、反射辐射、净全辐射)，太阳辐射分光谱观测分为：(紫外光、可见光、紫蓝光、绿光、橙红光、近红外光，远红外光)对此项内容的记录分析将对人类研究太阳能、气象、环境海洋、农业生态、建筑材料等起到重大作用。 目前，气象站已配备一套太阳辐射标准观测站。 PC-2-T太阳辐射标准观测站

太阳辐射因子采集设备 设备名称 主要技术指标 总辐射表 净全辐射表 01.通道数：第1路；02.光谱范围：280----3000nm；03.灵敏度：7～14μV／w.m-2;04.响应时间：≤30秒(99%)；05.显示分辨率：1W；06.内阻：约350Ω；07.稳定性：±2%；08.余弦响应：≤±7%(太阳高度角10时)；09.温度特性：±2%(-20℃～+40℃)；10.非线性：±2%；11.重量：2.5kg；12.精度：<5%;13.测试范围：0～4000W/m2；14.信号输出：0～20mV 净全辐射表 01.通道数：第2路； 02.光谱范围：280-----50000nm ； 03.灵敏度：7～14μV／W.m-2；04.显示分辨率：1W； 05.内阻：约350Ω； 06.时间响应：不大于1分钟（99%）； 07.感应面一致性：±10%； 08.使用环境温度：-45℃～+40℃； 09.精度：±5%； 10.重量：0.5kg； 11.测试范围：0～4000W/m2； 12.信号输出：0～20mV；

太阳辐射因子采集设备 设备名称 主要技术指标 PC—2型太阳辐射记录仪具有测试精度高、人机界面友好、人工干预少、交直流电共用等特点。 直接辐射表 01.通道数：第3路；02.光谱范围：280----3000nm；03.灵敏度：7～14μV／W．m-2 ；04.响应时间：≤30秒(99%)；05.显示分辨率：1W；06.内阻：约100Ω；07.跟踪精度：24小时小于±1°；08.稳定性：±1%；09.温度特性：±1%(-20℃～+40℃)；10.重量：5kg；11.测试范围：0～4000W/m2；12.电源电压：DC 12V±l5% AC 220V±l0%；13.测试精度：±2% ；14.信号输出：0～20mV。 反射辐射表 01.通道数：第4路；02.光谱范围：280-----3000nm；03.灵敏度：7～14μV／w.m-2； 04.响应时间：≤30秒(99%)； 05.显示分辨率：1W；  06.内阻：约350Ω ；  07.稳定性：±2%；  08.余弦响应：≤±7% (太阳高度角10°时)；  09.温度特性：±2% (-20℃～+40℃)；  10.非线性：±2%； 11.重量：2.5kg； 12.精度：<5% ； 13.测试范围：0～4000W/m2；  14.信号输出：0～20mV 。 PC—2型太阳辐射记录仪具有测试精度高、人机界面友好、人工干预少、交直流电共用等特点。

水面蒸发因子采集设备 主要技术参数： 测量分辨率:0.01mm 测量精度 : ≤0.02mm 走时精度 : ≤±1分钟/月 CQS.FZR型水面蒸发测量仪

地温因子采集设备 主要技术参数： 测温范围：-20℃---+60℃； 分度值：0.5度。 气象站共布设7个地温计，其中， 地表布设3个温度计，同时土壤以下5、10、15、20cm分别布设1个温度计。 地温观测场

便携式水土流失影响因子监测设备 便携式土壤墒情监测仪 土壤温度探头温度范围：-20℃-100℃；温度误差：±0.5℃；大气温度：-20-80℃；大气精度：±0.4℃；大气湿度：0-100%RH；大气湿度精度：±3%；露点范围：-20-80℃；记录时间间隔：5秒-90小时连续可调

土壤水分因子采集设备 目前，江西水土保持生态科技园安装设备主要涉及土壤水分因子的观测与采集。主要 包括布置在3个土壤渗漏小区的固定TDR土壤水分测定仪和便携式的PR2土壤剖面水分检测仪两种。

土壤水分因子采集设备 该仪器能够对各类土壤和多种介质的水分进行测量，可作为水分定点监测或移动测量的基本工具。（主要布设在渗漏小区，不同深度（30、60、90cm）各小区上、中、下坡各安装3个，共安装27个传感器）。 主要技术参数： 测量参数：土壤容积含水量θV 单    位：%（m3/m3） 量    程：0～100%（m3/m3） 精    度：0～50%（m3/m3）范围内为±2%（m3/m3）； 测量区域：围绕中央探针的直径为3cm、长为6cm的圆柱体内； 稳定时间：通电后约10秒； 响应时间：1秒内进入稳态过程。 SM200型土壤水分传感器

土壤水分因子采集设备 主要技术参数： 探测深度：10, 20, 30, 40, 60, 100 cm；测量类别：土壤体积含水量(m3.m-3 或%vol) ；量程： 0-0.4 m3.m-3 （保证精度），0-1 m3.m-3 全量程；精度 ：±0.04 m3.m-3(0-40℃)针对土壤进行特殊标定，±0.06 m3.m-3(0-40℃)使用通用的标定曲线 ；测量点测量范围 ：探点直径10cm，上下高度高5cm 的圆柱体样土壤决定的了测量值95％的灵敏度，所以在这个圆柱体积内不能有金属、石头和根系，以免影响测量结果；工作环境 ：0-40℃ 保证精度指标，-20到70℃ 可操作范围，IP67防水等级 ；反应时间 ：1秒。 用途：能对一米深的土壤进行固定间距的土壤剖面水分测量，使用方便，成本低，不受土壤盐分影响。 原理：使用先进的FDR技术，在一根探杆上同时分布6个土壤水分探头，实现同一地点不同深度的土壤剖面含水量测试。 PR2土壤剖面水分速测仪

便携式风速风向仪 风速测量范围：0-30m/s ；风速测量精度：±(0.3+0.03*V)m/s(V实际风速) ；可显示的风速参数：瞬时风级，平均风速，平均风级；显示分辨率：0.1m/s (风速) 风向测量范围：0～360度，16个方位 ；起动风速：1.0m/s ；测量精度：±1/2 ；

浮子式数字雨量传感器 数字雨量传感器 实时数据监测窗口 该设备主要是结合长江委项目“马尾松林下水土流失规律试验研究”引进，本仪器的感雨灵敏度、测量精度、雨强适用范围均优于其它形式雨量计，适于装备我国南方强降雨区、北方沙尘环境条件的各种类型的雨量测站。

地形因子采集设备——RTK-GPS 坡耕地实地测量 RTK-GPS测定仪现场培训

RTK-GPS 测量模式分为:电台模式；GPRS模式；CORS站模式。根据测的指标可以完成地形图的构建和侵蚀面积的测量。 操作界面

土壤流失量监测设施与设备 水土保持科研监测设备 设施设备名称 数量 型号 功 能 地表径流自动监测仪 84套 QYJL-006 功 能 地表径流自动监测仪 84套 QYJL-006 该设备由径流测量仪、数据采集器和太阳能电板组成，可实时监测小区或流域的径流变化情况。 便携式泥沙测量仪 1台 QYNS-007 可进行径流试验小区、河流泥沙浓度的测定。 便携式径流泥沙采样仪 4台 ISCO6712 可按照个性化设置径流泥沙的采样格式，并可以安装触发模式，可根据降雨量与流量进行触发采样。 水土流失流动监测车 集成 一种用于野外水土流失监测的水土流失流动监测车。它携带了人工自动模拟降雨器、径流泥沙自动监测仪、数据自动采集器和供水、供电装置等先进设备，能在不同的实验场地进行各类水土流失产流产沙的流动监测。 水土保持科研监测设备

径流泥沙试验采集设备 径流泥沙数据的采集主要采取人工观测和仪器观测相结合的办法，在仪器设备观测方面，主要涉及到三种仪器设备，分别是HCJ型自计水位计、全自动浮子式自计水位计和泥沙变送器。目前，江西水土保持生态科技园所有小区已全部配备全自动浮子式自己水位计，达到了全自动信息化观测。 泥沙变送器 全自动自计水位计 HCJ型自计水位计 径流泥沙采集设备

径流（水位）因子采集设备 浮轮 浮子 QYSW-301自记水位计是专业用于感测天然水体水位变化的水位传感器，在水位测量的测井中，安装一个感测水位的浮子，当水位变化时，浮子灵敏的跟随液位变化做相应的涨落，同时把涨落的直线位移借助悬索传递给浮轮，变为相应的角位移量，并通过传感器将液位模拟量转换为数字信息量，用于实时在线记录、显示、传输和处理。 全自动浮子式自计水位计 测量范围：2m;准确度：≤±（0.1%FS+5）mm; 分辨力：1mm; 灵敏阈：≤0.1 ;最大液位变率: ≤170mm/s ;工作电压：DC 8-30V ;工作电流：<2mA ;工作环境温度：-10℃～50℃;工作环境湿度：≤95%RH ; 使用寿命：大于8年。 特点：重量轻，体积小，投资少，安装简单方便；测量精度高，稳定性良好，抗干扰能力强； 量程范围宽，适应范围广。

径流（水位）因子采集设备 自计水位计 QYSW-301自记水位计 位于科技园大坡面试验观测小区卡口站现已配备1套

径流（水位）因子采集设备 根据项目需要，已在宁都、于都野外试验卡口站安装3套，进行小流域径流量的实时动态监测。

便携式泥沙测量仪 测量单位:kg/m3；可进行径流小区泥沙量的监测、和过程样的采集和测量。 便携式泥沙测量仪

泥沙因子采集设备 主要技术参数： 测量范围：泥沙含量1-100kg斤/m3； 精确度：泥沙含量相对误差小于10% ； 全自动浮子式自计水位计

数据采集终端设备 以上提到的各种环境因子数据采集设备，采集到的数据最终要通过相关信号转变，汇集到最后的数据采集终端，在这里我们采用的数据终端是由清远测控仪器有限公司提供。 相关技术指标： 1.通讯接口：RS232；2.显示方式：两行液晶数字及字符显示；3.电压范围：AC 220V 50HZ DC 24V；4.工作环境：相对湿度≤90% （30℃～50℃）；工作温度 -10℃～50℃；5.数据容量：大于32000条；6.使用寿命:大于8年。7.数据通道数：60道。（目前江西省水土保持生态科技园共有2台，分别用来收集气象和小区径流泥沙因子）。

数据采集设备 采集系统软件界面

便携式径流泥沙采样仪 ISCO 6712系列径流泥沙自动采样器，采样仪是市场上功能最齐全，耐用表现最佳的采样仪，是公认的行业标准。设置过程快捷简单，在线帮助一键即得。可应用于最大日流量总量监测 、暴雨径流、河流、湖泊与河口、非点源污染物监测、污水排放、下水道合流溢流、工业强制监测等领域。 在标准程序模式下，控制器按顺序一步步引导您完成采样程序设置，您可以自由选择与应用相关的所有参数。扩展程序模式则能实现更复杂的程序设置。

便携式径流泥沙测量仪 培训现场

便携式径流泥沙测量仪 采样软件操作界面

水土流失流动监测车 水土流失流动监测车

水土流失流动监测车 人工模拟降雨、控制系统以及径流泥沙数据采集器

水土流失流动监测车 供电系统 供水系统

水土流失流动监测车 人工模拟降雨调试以及野外监测图片

水土流失流动监测车 QYJY-501人工模拟降雨器性能参数 1、雨强连续变化范围：10~ 200mm/h； 2、降雨面积：5*5m； 3、降雨均匀度：大于0.8； 4、雨滴大小调控范围：0.5～ 5.8mm； 5、降雨调节精度：7mm/h； 6、降雨高度：4m和6m两档调节 ； 7、降雨测量误差： ≤2%； 8、雨量计承雨口内径：Φ200±0.6mm； 9、雨量计分辨力：0.1mm； 10、主控制器工作电压：AC220V 50Hz 11、显示屏工作电压：DC24V； 12、数据采集器工作电压：DC24； 13、工作环境温度：0~+60℃； 14、工作环境湿度：≤95%RH(+40℃)； 15、数据采集器存储容量 ：≥32000条； 16、降雨采样间隔：10~9999秒，可调； 17、通讯方式：RS232； 18、设计使用寿命： 大于10年。 QYJL-006便携式地表坡面径流及泥沙自动测量仪性能参数 1.测量范围：泥沙含量1-100公斤/立方米， 径流流量 3-3000毫升/秒； 2.精确度： 泥沙含量相对误差小于10%， 流量测量误差小于3毫升/秒； 3.通讯接口：RS232； 4.显示方式：两行液晶数字及字符显示； 5.电压范围：AC 220V 50HZ DC 24V； 6.工作环境：相对湿度≤90% （30℃～50℃） 工作温度 -10℃～50℃； 7.数据容量：大于32000条； 8．使用寿命：大于8年；

水土流失流动监测车 QYJY-501人工模拟降雨器以及QYJL-006便携式地表坡面径流泥沙自动测量仪主要部件 编号 名 称 单 位 数 量 名 称 单 位 数 量 1 喷头 个 15 2 支架 副 3 供水管道 套 4 QDX1.5-32-1.1Z型水泵 台 5 回水阀 6 压力表 7 SL3-1型雨量计 8 QYCJ-102型数据采集器 9 配套软件 10 泥沙含量变送器 11 径流流量变送器 12 QYCJ-103型多参量数据采集器

水土保持科研监测设备应用 依托科技园和野外试验基地现有水土保持监测设备共申请立项20项课题，其中，水利部公益性项目3项、水利部推广项目2项、省科技支撑项目4项、国家自然基金项目1项以及其他项目10项，水土保持监测设备的更新换代为水土保持科研工作的开展提供了重要的技术支撑。

水土保持科研监测设备应用 案例：砂壤土质堤坡经济速成型狗牙根草茎建植护坡水土保持监测 2011年11月3日至9日受安徽省淮河河道管理局的委托，在涡河右堤试验现场，利用水土流失流动监测车及其配备的人工模拟降雨系统，分不同雨强，对狗牙根草籽种植、狗牙根草皮栽植、狗牙根撒茎覆土建植草坪成坪前堤坡及已成坪狗牙根堤坡四种情况进行了水土流失监测。分析各降雨条件下，不同坡面处理措施下的水土流失状况，揭示狗牙根撒茎覆土建植护坡技术的水土保持效果。为该项成果的鉴定提供了技术依据。

水土保持科研监测设备应用 砂壤土质堤坡经济速成型狗牙根草茎建植护坡水土保持监测试验

弃（堆）土（渣）场地水土流失监测设备 开发建设项目水土保持监测设备 设施设备名称 数量 型号 功 能 激光测距仪 1台 功 能 激光测距仪 1台 Contour XLRic 可进行 两点或三点测高差模式、水平距离测量模式 、斜率/坡度模式、水平线距离模式、长方形面积模式） 、面积/周长模式； 面积/周长模式是通过多点测量并计算出平面多边形 的面积和周长。典型的应用如：扰动范围面积测量， 构建筑物占地面积测量，以及围墙周长等。 GPS接收机 GeoExplorer 2008 可进行亚米级的地理信息采集工作，实现地理坐标、海拔、周长、面积等的获取和测量。还可以与激光测距仪采取联合作业，实现周长以及面积的测算工作。 开发建设项目水土保持监测设备

开发建设项目水土保持监测设备应用 GPS配合激光测距仪量测取、弃土场面积 利用GPS接收机和激光测距仪捆绑设备，仅需一人携带仪器在1.85km的反射范围内（不要求点间通视），进行激光枪打点，一二秒即可获取点位信息，信息通过蓝牙传输至GPS接收机，经GPS接收机自带软件智能处理，即可实时查询点、线、面信息。且储存管理方便。 总结这套方法的特点：便捷、高效、实时、精准。

开发建设项目水土保持监测设备应用 案例：武夷山至上饶高速公路取土场、弃土（渣）场占地面积量测 2010年9月，江西省水土保持科学研究所监测评估中心工作人员（参与人数3人），对武上高速取弃土场占地范围进行量测，武上高速路线全长52.966公里，沿线设取、弃土场31处，平均每处取、弃土场耗时5~10分钟，总耗时一天半左右时间。

开发建设项目水土保持监测设备应用 武夷山至上饶高速公路取土场、弃土（渣）场占地面积量测

不足与展望 虽然通过引进水土流失监测新技术并进行集成应用，可达到操作简单，数据精确，连续性好，持续时间长，间隔测量时间短的目的，提高了水土流失监测科技含量，实现水土保持监测的高度自动化、信息化。但是在进行野外监测的过程中也发现了一些不足： （1）引进的自动监测系统，只能适用于流域面积较小、含沙量小于100kg/m3的监测，对于含沙量大于100kg/m3时，其监测的数据误差大，满足不了监测需求。 （2）土壤水分测量仪使用的电池寿命短，电量弱时，误差较大。 （3）径流泥沙测量仪在南方红壤区有一定的局限性，在监测水土流失严重区域时常出现堵塞现象，影响数据的正常观测。 （4）南方阴雨天气较多，影响了野外监测仪器的正常运行。

不足与展望 承水口被泥沙和松针堵塞

请各位专家批评指正！ 谢谢