李智廣，馬力剛，王 平

(1.水利部 水土保持監(jiān)測(cè)中心，北京 100055； 2.湖北省水土保持監(jiān)測(cè)中心，湖北 武漢 430071；3.黑龍江省水土保持監(jiān)測(cè)站，黑龍江 哈爾濱 150080)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)水土流失觀(guān)測(cè)是水土保持監(jiān)測(cè)工作的基礎(chǔ)，是水土流失及其防治效益定量數(shù)據(jù)的直接來(lái)源，是標(biāo)定其他手段所得數(shù)據(jù)的“標(biāo)準(zhǔn)物”。布局合理、代表性強(qiáng)、功能完善的區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系，能夠精確測(cè)定造成水土流失的自然因素和人為活動(dòng)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水土流失及其防治狀況，為水土保持治理工程布局、措施設(shè)計(jì)與配置提供技術(shù)支撐。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)818個(gè)，但在布局、運(yùn)維和整體功能發(fā)揮等方面仍存在不足：一是監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布不盡合理、不均衡[1]，如全國(guó)水土保持區(qū)劃的41個(gè)三級(jí)分區(qū)中，有12個(gè)尚無(wú)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；云南省監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布不均，楚雄州的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量占全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的25%。二是監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合功能性、對(duì)象代表性不強(qiáng)[2-3]，如坡面徑流觀(guān)測(cè)場(chǎng)偏多(共316個(gè))，小流域綜合觀(guān)測(cè)站偏少(僅95個(gè))，風(fēng)蝕和凍融侵蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)更少(分別為35個(gè)和4個(gè))；坡面徑流場(chǎng)按照控制性試驗(yàn)的要求建設(shè)，自然屬性和原型屬性不強(qiáng)。三是運(yùn)維保障不力，設(shè)施設(shè)備多有損毀，升級(jí)改造不及時(shí)[4]。近10年來(lái)，絕大部分省份未開(kāi)展設(shè)施設(shè)備補(bǔ)充與升級(jí)改造，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)缺少常規(guī)儀器設(shè)備，特別是現(xiàn)代化的自動(dòng)化設(shè)備，日常觀(guān)測(cè)受到影響。對(duì)于水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)，可參考水文站網(wǎng)[5]、生態(tài)環(huán)境觀(guān)測(cè)研究臺(tái)站[6]、環(huán)境保護(hù)野外觀(guān)測(cè)研究站[7]、環(huán)境監(jiān)測(cè)站[8]、中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)[9]等相關(guān)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的規(guī)劃、功能評(píng)價(jià)和優(yōu)化調(diào)整等，其中水文站網(wǎng)由“容許最稀站網(wǎng)”向“最優(yōu)站網(wǎng)”發(fā)展，中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)站點(diǎn)的區(qū)域代表性和類(lèi)型代表性，站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)觀(guān)測(cè)和綜合觀(guān)測(cè)日益得到重視，尤其值得借鑒。本研究基于生態(tài)環(huán)境相關(guān)野外臺(tái)站建設(shè)和運(yùn)維管理的成就、經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步厘清區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)目標(biāo)與原則，構(gòu)建監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的指標(biāo)體系，建立全面科學(xué)、可操作的時(shí)空模型，以期為全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布局優(yōu)化和升級(jí)改造提供參考。

1 區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)目標(biāo)與原則

1.1 建設(shè)目標(biāo)

區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局涉及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的類(lèi)型、分布、數(shù)量及必需設(shè)施設(shè)備的建安程度與水平。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的類(lèi)型與監(jiān)測(cè)對(duì)象的種類(lèi)及其要素的數(shù)量直接對(duì)應(yīng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布與區(qū)域內(nèi)自然地理?xiàng)l件的異質(zhì)程度密切關(guān)聯(lián)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量與技術(shù)、人力、經(jīng)濟(jì)等的可行性相關(guān)。由于影響水土流失的人為活動(dòng)不斷地加速變化，原有監(jiān)測(cè)體系的數(shù)量、位置、結(jié)構(gòu)被迫發(fā)生變化，其整體功能也會(huì)發(fā)生衰變，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)是一個(gè)需要不斷調(diào)整、優(yōu)化、完善的過(guò)程。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建設(shè)過(guò)程(或者某一時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài))可用函數(shù)式表示，即

S=f(fund,tech,time)

(1)

式中：S為區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)狀況，由當(dāng)時(shí)(time)投入的資金(fund)、建設(shè)的技術(shù)條件(tech)決定。

隨著時(shí)間的推移，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件發(fā)生了變化，建設(shè)和運(yùn)維情況也發(fā)生了變化，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)必然會(huì)發(fā)生變化。在某一時(shí)刻(時(shí)期)，資金、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求匹配良好，監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系建設(shè)就會(huì)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，這個(gè)函數(shù)就出現(xiàn)了“極值”。這個(gè)“值”就是區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的目標(biāo)。因此，區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的目標(biāo)，可以描述為：建成結(jié)構(gòu)合理、密度適當(dāng)、位置科學(xué)、整體功能強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系，達(dá)到“疏而不漏”地全面監(jiān)測(cè)水土流失及其防治要素，“可靠穩(wěn)定”地準(zhǔn)確把握水土流失時(shí)空變化規(guī)律，“日益增長(zhǎng)”地滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。

1.2 建設(shè)原則

水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的基本原則就是在投資規(guī)模一定的條件下，達(dá)到最優(yōu)功能的建設(shè)目標(biāo)，即建成具有良好的空間分布、類(lèi)型搭配的監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系。從優(yōu)化和完善我國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的角度出發(fā)，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、時(shí)序安排等角度講，建設(shè)原則包括如下幾個(gè)方面：

(1)統(tǒng)一規(guī)劃，突出重點(diǎn)。基于區(qū)域水土保持區(qū)劃，在主要的分區(qū)均應(yīng)布設(shè)對(duì)應(yīng)類(lèi)型的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的區(qū)域代表性。對(duì)于水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、重點(diǎn)治理區(qū)及其他重點(diǎn)區(qū)域，適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)；對(duì)于沒(méi)有歷史資料或重點(diǎn)關(guān)注的分區(qū)，適當(dāng)提前布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(2)對(duì)位設(shè)點(diǎn)，突顯原型。應(yīng)以能夠進(jìn)行多要素、多對(duì)象觀(guān)測(cè)的綜合性監(jiān)測(cè)點(diǎn)為主，如水蝕區(qū)的小流域綜合觀(guān)測(cè)站、風(fēng)蝕區(qū)的風(fēng)蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)、凍融侵蝕區(qū)的凍融侵蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)[10]。增加自然坡面徑流場(chǎng)，減少控制性試驗(yàn)坡面徑流場(chǎng)，增設(shè)有代表性的林草地監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地，提高監(jiān)測(cè)點(diǎn)的類(lèi)型代表性和自然原型模擬性[2,4,11]，保證水土流失預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的精度和效率。

(3)達(dá)標(biāo)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)功能。建設(shè)和升級(jí)改造時(shí)，堅(jiān)持寧缺毋濫、毋殘，務(wù)必做到監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備與儀器的標(biāo)準(zhǔn)化、樣品采集與分析的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸與處理的智能化，保證每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)具備必需的要素觀(guān)測(cè)、水土流失因子率定、遙感遙測(cè)校核驗(yàn)證、代表范圍水土流失調(diào)查等功能。

(4)加強(qiáng)協(xié)作，資源共享。加強(qiáng)與周邊地區(qū)、相關(guān)部門(mén)的協(xié)作共建，充分利用現(xiàn)有的水文小河站、相關(guān)部門(mén)野外臺(tái)站等，盡量增加可利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，合作開(kāi)展水土流失觀(guān)測(cè)，保證規(guī)律分析和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的置信水平。

2 區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)模型

區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)模型是區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系建設(shè)狀態(tài)的各個(gè)影響因素之間的運(yùn)算法則，反映各個(gè)影響因素之間及其與區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)狀態(tài)的關(guān)系。好的模型，可以把監(jiān)測(cè)點(diǎn)體系建設(shè)的過(guò)程模式化，把各個(gè)因素與建設(shè)狀態(tài)的因果關(guān)系模式化，把影響因素與建設(shè)狀態(tài)之間的關(guān)系用邏輯的、數(shù)學(xué)的算法序列表達(dá)出來(lái)，也可以用來(lái)進(jìn)行區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的過(guò)程模擬和狀態(tài)模擬，即進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的時(shí)空優(yōu)化。

2.1 影響監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的因素

區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量、種類(lèi)和位置，主要受區(qū)域范圍內(nèi)的自然地理?xiàng)l件的異質(zhì)性、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)功能的需求、物質(zhì)與人力資源的多寡等影響。

(1)區(qū)域自然地理?xiàng)l件的異質(zhì)性。這是區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的決定性因素，決定了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置、種類(lèi)及其疏密程度。自然地理?xiàng)l件異質(zhì)性越高，必須設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和種類(lèi)就越多，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量就越多，密度也就越大。

(2)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求。這是區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的拉動(dòng)性因素。如同樣本容量大小與推斷估計(jì)準(zhǔn)確性的關(guān)系一樣，水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性要求的精度標(biāo)準(zhǔn)越高，必須設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量就越多。隨著人們對(duì)美好生態(tài)環(huán)境需求的日益增長(zhǎng)，推算估計(jì)準(zhǔn)確性要求的精度標(biāo)準(zhǔn)將不斷提高，如時(shí)間維度的間隔不斷加密、空間維度的位置不斷精準(zhǔn)等。

(3)物質(zhì)與人力資源的支撐能力。這是區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的可行性因素。如果物質(zhì)、人力不足，就無(wú)法建設(shè)能夠充分反映自然地理?xiàng)l件異質(zhì)性和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。物質(zhì)與人力資源主要包括監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備、監(jiān)測(cè)人才及其結(jié)構(gòu)、觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)積累及其分析處理能力等。

經(jīng)過(guò)普遍調(diào)查和重點(diǎn)對(duì)象研究，提出影響區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 影響區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局的主要指標(biāo)

注：①為突顯不同指標(biāo)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)作用程度的差異，設(shè)定的指標(biāo)分值有大有??；②為區(qū)別指標(biāo)的第二與第三級(jí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的影響，將這兩級(jí)分值的差距設(shè)定得較大；③當(dāng)某指標(biāo)分值為0時(shí)，表示該監(jiān)測(cè)點(diǎn)不得建設(shè)，即“一票否決”。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)模型結(jié)構(gòu)

2.2.1 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的時(shí)空模型，是監(jiān)測(cè)點(diǎn)在空間維度上的分布位置與在時(shí)間維度上的進(jìn)度安排的綜合模型。其中，空間維度是優(yōu)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局和結(jié)構(gòu)的必要條件，其標(biāo)準(zhǔn)是約束性的、必須確保全面達(dá)成的指標(biāo)，即如果有了空間維度的必要性，就應(yīng)在支撐能力滿(mǎn)足時(shí)及時(shí)建設(shè)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)；如果沒(méi)有空間維度的必要性，就不必新建監(jiān)測(cè)點(diǎn)，或優(yōu)化撤銷(xiāo)重復(fù)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。時(shí)間維度是設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的時(shí)間先后的指標(biāo)，它是數(shù)量化的、區(qū)分功能實(shí)現(xiàn)難易的指標(biāo)，即應(yīng)優(yōu)先安排建設(shè)和完善具備更好的時(shí)間維度各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以保證能夠全面實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)期功能。因此，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)模型兼顧空間維度、時(shí)間維度及其相互作用與關(guān)系。具體方程為

NS=f1(R，O)

(2)

NT=f2(L，M，E，F(xiàn)，D)

(3)

上二式中：NS為空間維度確定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)總數(shù)；f1為空間維度的函數(shù)關(guān)系；R為區(qū)域代表性；O為對(duì)象代表性；NT為時(shí)間維度可支撐建設(shè)和完善的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量；f2為時(shí)間維度的函數(shù)關(guān)系；L為土地可使用性；M為建設(shè)經(jīng)費(fèi)強(qiáng)度；E為日常監(jiān)測(cè)與管護(hù)能力；F為設(shè)施設(shè)備完備性；D為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累積時(shí)長(zhǎng)。

2.2.2 模型運(yùn)算法則

上述方程組的運(yùn)算，應(yīng)按照先空間維度、后時(shí)間維度的次序進(jìn)行，即只有在確定了監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的必要性之后，才能設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)的時(shí)序。具體步驟如下：

(1)確定區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總體布局。按照區(qū)域水土保持區(qū)劃與每個(gè)分區(qū)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總數(shù)與每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大致位置。一般地，監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)等于區(qū)域內(nèi)各個(gè)分區(qū)監(jiān)測(cè)對(duì)象整數(shù)倍數(shù)的合計(jì)，其中整數(shù)倍數(shù)是一個(gè)既能反映水土流失監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)精度標(biāo)準(zhǔn)，又與分區(qū)面積相關(guān)的參數(shù)。計(jì)算公式為

(4)

式中：NS′為監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)的總數(shù)；m為區(qū)域水土保持區(qū)劃分區(qū)的總數(shù)；NOi為第j個(gè)分區(qū)的第i個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的整數(shù)倍數(shù)；n為第j個(gè)分區(qū)監(jiān)測(cè)對(duì)象的總數(shù)。

(2)優(yōu)化區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建設(shè)時(shí)序。對(duì)于空間維度確定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析計(jì)算每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間維度指標(biāo)的分值與總分值，提出優(yōu)化建設(shè)的先后次序。為了一次性建成或完善監(jiān)測(cè)點(diǎn)的功能，盡早發(fā)揮建設(shè)效益，總是優(yōu)先對(duì)具有較好支撐能力的監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)施建設(shè)和完善工作，而將條件較差的監(jiān)測(cè)點(diǎn)置于后面。監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間維度的總分值計(jì)算公式為

(5)

3 案例分析

3.1 黑龍江省監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)方案

基于全面的調(diào)研，掌握了黑龍江省“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”的基本情況，分析提出了各水土保持分區(qū)“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”的類(lèi)型和數(shù)量，采用時(shí)空模型綜合評(píng)價(jià)得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合評(píng)分與近期優(yōu)化建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初步結(jié)果：在“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”和“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”組成并集的28個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有水蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)25個(gè)(占89.3%)、風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)(占7.1%)、凍融侵蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè)(占3.6%)，體現(xiàn)了以水蝕為主、兼顧風(fēng)蝕和凍融侵蝕的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)總體格局。全省各個(gè)方位都有監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布：北端有漠河北極村監(jiān)測(cè)點(diǎn)，南端有賓縣孫家溝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，西端有齊齊哈爾臥牛吐監(jiān)測(cè)點(diǎn)，東端有牡丹江麻花溝監(jiān)測(cè)點(diǎn)。從水土保持區(qū)劃看，28個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布設(shè)于全省8個(gè)水土保持分區(qū)，其中：23個(gè)分布在國(guó)家水土流失重點(diǎn)防治區(qū)(重點(diǎn)治理區(qū)17個(gè)、重點(diǎn)預(yù)防區(qū)6個(gè))，5個(gè)分布在非國(guó)家重點(diǎn)預(yù)防區(qū)；8個(gè)水文站分別位于全省較大的河流上，包括松花江、烏裕爾河、呼蘭河、湯旺河、牡丹江、螞蟻河、呼瑪河，控制總面積48.04萬(wàn)km2，與其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)相呼應(yīng)，可用于開(kāi)展區(qū)域尺度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析。全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布見(jiàn)表2和圖1。

經(jīng)調(diào)研認(rèn)為，可將綜合評(píng)分在65分以上的21個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為近期優(yōu)化建設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中，坡面徑流場(chǎng)4個(gè)、小流域控制站4個(gè)、小流域綜合觀(guān)測(cè)站1個(gè)、水文站9個(gè)、風(fēng)蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)2個(gè)、凍融侵蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)1個(gè)。鑒于分區(qū)面積小且對(duì)應(yīng)的國(guó)家級(jí)分區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，西部低山丘陵土壤保持區(qū)沒(méi)有布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其他7個(gè)分區(qū)中均有監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布。監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分及其綜合評(píng)分見(jiàn)表3。

表2 黑龍江省水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)統(tǒng)計(jì)

注：“區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象”欄為監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)量和類(lèi)型，“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”欄為與“區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象”對(duì)應(yīng)的應(yīng)布設(shè)的監(jiān)測(cè)對(duì)象及其監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”欄為目前現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)對(duì)象及其監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，“優(yōu)化建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”欄為經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)后確定的監(jiān)測(cè)對(duì)象及其監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量。后三者全部采用“加法等式”的形式表達(dá)，以便清楚表示監(jiān)測(cè)對(duì)象及其監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，如“9=1+3+2+3”表示總共9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由1個(gè)小流域綜合觀(guān)測(cè)站、3個(gè)坡面徑流場(chǎng)、2個(gè)小流域控制站和3個(gè)水文站組成。

3.2 湖北省監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)方案

基于全面的調(diào)研，掌握了湖北省“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”的基本情況，分析提出了各水土保持分區(qū)“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”的類(lèi)型和數(shù)量，采用時(shí)空模型綜合評(píng)價(jià)得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合評(píng)分與近期優(yōu)化建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初步結(jié)果：在“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”和“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”組成并集的45個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有小流域綜合觀(guān)測(cè)站11個(gè)、坡面徑流場(chǎng)24個(gè)、控制站3個(gè)、水文站7個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的類(lèi)型與數(shù)量結(jié)構(gòu)基本科學(xué)、合理。全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布見(jiàn)表4。另外，通過(guò)綜合評(píng)分可知，在應(yīng)布設(shè)的29個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，除2個(gè)條件不理想應(yīng)暫緩建設(shè)外，其余27個(gè)的評(píng)分均在60分以上，可作為近期優(yōu)化建設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。這27個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)于全省13個(gè)水土保持分區(qū)中的10個(gè)。其中，鄂東沿江丘陵平原農(nóng)田防護(hù)區(qū)和江漢平原農(nóng)田防護(hù)區(qū)為平原區(qū)，暫不設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；大洪山丘陵保土區(qū)不具有土地和經(jīng)費(fèi)條件，無(wú)法建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖1 黑龍江省水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布優(yōu)化圖

注：圖中監(jiān)測(cè)點(diǎn)上面標(biāo)注的代碼編碼規(guī)則為：第一位為監(jiān)測(cè)點(diǎn)類(lèi)型代碼，其中1代表坡面徑流場(chǎng)、2代表小流域控制站、3代表小流域綜合觀(guān)測(cè)站、5代表風(fēng)蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)、6代表凍融侵蝕觀(guān)測(cè)場(chǎng)、7代表水文站；第二、三、四位分別表示有無(wú)“應(yīng)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”“優(yōu)化建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”，1代表“有”，0代表“無(wú)”。

4 結(jié)論與討論

本研究對(duì)區(qū)域水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間分布、優(yōu)化建設(shè)的時(shí)間安排及其影響因素的量化等進(jìn)行了體系化研究，認(rèn)為區(qū)域的自然地理?xiàng)l件異質(zhì)性決定了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間布局與類(lèi)型結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段對(duì)水土流失監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性、可靠性需求標(biāo)準(zhǔn)的高低影響著監(jiān)測(cè)點(diǎn)的密度，物質(zhì)與人力資源的豐缺影響著監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)和升級(jí)改造的可行性與功能實(shí)現(xiàn)程度。水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的時(shí)空模型及其主要影響因素、因子分值、運(yùn)算法則等，適用于省級(jí)和全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)。關(guān)于如何應(yīng)用監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化時(shí)空模型，討論如下：

(1)本研究將區(qū)域自然地理?xiàng)l件作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間布局與類(lèi)型結(jié)構(gòu)的決定性因素，將土地可使用性、建設(shè)經(jīng)費(fèi)強(qiáng)度、設(shè)施設(shè)備完備性、日常監(jiān)測(cè)與管護(hù)能力、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累積時(shí)長(zhǎng)等作為確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)時(shí)間及其升級(jí)改造先后次序的可行性指標(biāo)，并據(jù)此構(gòu)建了模型及其運(yùn)算法則，既科學(xué)體現(xiàn)了客觀(guān)條件和主觀(guān)因素對(duì)區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)的作用，又客觀(guān)反映了客觀(guān)條件和主觀(guān)因素的地位和相互之間的關(guān)系。

表3 黑龍江省水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合評(píng)分

表4 湖北省水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)統(tǒng)計(jì)

注：表中“既有監(jiān)測(cè)點(diǎn)”欄中的(1，水文站)和(2，水文站)，表示在對(duì)應(yīng)分區(qū)中以往將水文站作為水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但從監(jiān)測(cè)對(duì)象上分析，并不需要這種類(lèi)型。

(2)本研究提出的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化的主要影響因素模型指標(biāo)及其分值對(duì)案例區(qū)域具有良好的適用性。在用于其他區(qū)域時(shí)，可進(jìn)行量的增加，但不可進(jìn)行質(zhì)的變化，即：對(duì)于決定性指標(biāo)、可行性指標(biāo)等兩類(lèi)指標(biāo)，不可改變兩者的性質(zhì)，也不可互換兩者的關(guān)系；對(duì)于同一類(lèi)指標(biāo)，可根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，尤其是區(qū)域各個(gè)因素的特征，調(diào)整指標(biāo)的分值大小。

(3)本研究提出的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化建設(shè)模型，不僅適用于全國(guó)和地方水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化和升級(jí)改造，而且對(duì)相關(guān)的資源、環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)野外監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布局的調(diào)整、完善也有一定的參考價(jià)值。

(在本文撰寫(xiě)過(guò)程中，任志勇、李洪星、衣強(qiáng)等同行朋友提供了大量幫助，在此表示衷心感謝!)