CN116861186A - 一种公路水土保持监测评估的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公路水土保持监测评估的系统与方法，该系统包括：监测模块，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的水土资源状态相关的监测数据，处理模块，其能够将公路全线体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个监测模块通讯连接，其中，处理模块基于配置在各监测单元区域中的若干监测模块发送的监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数，以至少确定公路全线体系中水土保持参数未达到设定阈值的监测单元区域及与该监测单元区域具有相同分类类型的其他路域区域。该方法包括如下步骤：类型划分、划定区域、实时监测、运算评估。

Description

一种公路水土保持监测评估的系统与方法

技术领域

本发明涉及水土流失监测技术领域，尤其涉及一种公路水土保持监测评估的系统与方法。

背景技术

目前，水土流失是自然界的一种现象，是指地球的表面不断受到风、水、冰融等外力的磨损，地表土壤及母质、岩石受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象，包括土壤侵蚀及水的流失。狭义的“水土流失”是特指水力侵蚀地表土壤的现象，使水土资源和土地生产力受到破坏和损失，影响到人类和其他动植物的生存。人类对土地的利用，特别是对水土资源不合理的开发和经营，使土壤的覆盖物遭受破坏，裸露的土壤受水力冲蚀，流失量大于母质层育化成土壤的量，土壤流失由表土流失、心土流失而至母质流失，终使岩石暴露。

随着社会的现代化建设，公路的建设是必不可免的，因此由于建设公路所带来的水土流失也是必不可免的。水土流失会破坏大自然的环境和生态平衡，如何在公路施工和运营期间尽量减少水土流失，或者能够预测水土流失从而提前采取措施来控制水土流失，是本领域急需解决的痛点问题。

CN103235845A公开了一种用于公路施工中进行水土流失监测的方法，包括：收集待监测公路路段的公路施工图和遥感影像，利用路基横断面设计图中记录的待监测路段的桩号和关键点的高程信息，编辑公路平面总体设计图中的高程信息图层的高程信息，并得到高程信息图层对应的矢量格式文件，再应用3D分析模块，生成DEM，进一步得到坡长和坡度因子；确定公路施工中不同工程部位的土壤侵蚀因子；将公路施工部位原有的植被覆盖度设置为0，通过ArcGIS软件得到植被覆盖因子分布；采用通用水土流失方程来监测公路路段的水土流失模式分布。

CN214503616U公开了一种公路施工中水土流失监测装置，包括水箱、泥沙放置箱、称重传感器以及水阀，水箱的下表面设置有四个支腿，水箱的上表面分别设置有水泵以及计时器，水箱与水泵之间通过输送管道连接，输送管道的外表面设置有流量计，水箱的下表面设置有出水管，出水管的下表面设置有扩散板，扩散板的下表面设置有多个喷头，出水管的外表面设置有水阀。

CN214503619U公开了一种高速公路施工中水土流失监测防治装置，涉及水土流失监测防治技术领域，针对在高速公路施工过程中，不便于对预施工路段的水土信息进行监测和预防治处理，从而导致因水土状况影响后续施工进度或施工方案的问题，现提出如下方案，其包括箱体，所述箱体的内部滑动安装有呈竖直设置的限位筒，所述限位筒的内部固定安装有两个结构相同的限位管，两个所述限位管均呈竖直设置，且两个所述限位管的内部均固定安装有电动推杆。

然而现有技术中当前习用的公路边坡水土流失监测方法与体系存在较大的问题。公路水土流失监测体系涵盖了边坡、取弃土场等工程部位，常采用插钎法来测定各类场地的水土流失，但这种技术与方法体系在应用中存在诸多问题。

示例性地，各类场地分类监测体系覆盖不足，监测方法多参照水利、农林部门的一般小区布设法，对公路行业的适用性不足，针对性不强，没有充分利用公路各场地的基础设施条件，小区布设工程量大，监测繁琐，精度不足，监测指标少，如难以监测坡面土壤保水量，难以评估植被的水源涵养能力、植被水土保持功能恢复情况等。

示例性地，缺乏与水土流失特点匹配的公路边坡分类及水土流失监测体系。现有的水土流失监测中，监测边坡的选择随意性大，典型性不足，不能覆盖公路边坡不同技术措施种类，也不能体现公路边坡的水土流失特点，以至于公路全路域水土流失量估算偏差大。

示例性地，水土保持监测方法较为烦琐、落后、工作量大，精度也不足。样方布设操作难度大，尤其在一些坡度较陡，又不适于攀爬的区域，坡度对样方布设限制大；插钎布设的难度大，由于公路边坡很多是开挖后的强风化岩，甚至是土夹石边坡，钎子很难插入土壤，边坡多种类型土壤，松散土滑塌流失时也会导致插钎失稳，导致插钎法监测水土流失失败。对土壤的干扰效应大，插钎时不可避免的要扰动原坡面的土壤形态，使临近插钎区域的土壤变得疏松易流失，以致监测数据失真不准确。同时，插钎法监测的是坡面小区流失量，而不是边坡流失量，以坡面小区流失量估测边坡流失数据不准确，与边坡实际流失量悬殊较大。实际上，公路工程新增水土流失应该监测控制责任区范围内流入公路系统外的水土流失量。插钎法监测的仅是坡面的水土流失量，所流失的土壤可能在坡脚堆积，或沉降于路侧边沟中，而这部分土壤流失量并没有进入环境，即并没有流入系统外；在公路养护中随着边沟清淤，泥沙清理后一般再次堆放于边坡平台或邻近区域，又重新留存在公路系统之中。因此以插钎法估算公路系统水土流失量会导致数据与实际土壤流失量相差较大。

示例性地，水利部门主要应用标准小区研究边坡的侵蚀规律，对公路边坡的参考意义有限。水利部门标准小区的建设条件为：选取垂直投影长20m、宽5m、坡度5°或15°，坡面经耕耙平后，纵横向平整，至少撂荒1年，无植被覆盖。这种小区主要针对农业类或自然类边坡，其水土流失规律对坡率较陡、也较固定的公路边坡参考意义不大。公路受用地限制，边坡常常为1:0.5、1:0.75等少数几个类型，其水土流失规律常建设一般小区进行研究，但一般小区主要在公路边坡上截取一小片面积进行，这样虽然提高了参照性，但与现场工程措施相结合时，又不适用，使得小区水土流失监测成果很难推广到全线或全坡面，从而获得更大尺度范围的水土流失量。

示例性地，对于公路取弃土场水土流失监测，当前也利用无人机等设备进行监测，无人机监测技术主要利用两个时段的影像进行分析，通过影像变化评估水土流失模数，但该方法一般得出的是较长时间间隔的侵蚀情况，而利用本发明提出的监测系统可以得出每一场引起水土流失的降雨的流失量，监测实时性得到大幅提高。

此外，在水土流失监测实践中，很多情况下插钎样方只能布设于接近坡面分级平台的位置，且选择易插入的土壤作为代表样方，其代表性就比较低，也严重影响了水土流失监测与测算评估的精度。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明旨在提供了一种公路水土保持监测评估的系统与方法，以解决当前习用的公路边坡水土流失监测方法与体系存在的一种或多种问题，从而为公路行业水土流失提供了适用于评估公路全线、不同工程部位水土流失量的监测方案，并可以评估不同工程防护技术措施、植被绿化工程的水土保持功能恢复效果，其包括土壤流失、水源涵养等。本发明的系统与方法既能符合公路环境与建设特点，又具有较强的可操作性和自动化，还能够提高监测效率和监测精度，从而达到生态效益最佳，以提高实用性。

优选地，本发明公开了一种监测评估系统，其包括：

监测模块，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的监测数据，

处理模块，其能够将待监测评估体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个所述监测模块通讯连接，该待监测评估体系中的任一分类能够基于现实配置的改变而调整。现实配置的改变是指对工程现场的局部实体在配置方式的改变。

优选地，所述监测单元区域能够被划定在待监测评估体系所划定的至少一个分类中，以通过配置于该监测单元区域中的所述监测模块获取待监测评估体系中同一分类下的监测数据，所述处理模块能够基于各分类下的监测数据得到用于确定待检测评估体系中部分分类类型的现实配置的改变方式的运算结果。

根据一种优选实施方式，在待监测评估体系中基于不同分类类型划定的监测单元区域能够以避免外界干扰的方式独立于同一分类的其他区域进行划定，其中，被划定的监测单元区域能够被所述处理模块基于其分类赋予相应编号。

根据一种优选实施方式，监测评估系统还包括：

决策模块，所述决策模块能够基于所述处理模块得到的运算结果从预先储存的若干应对方案中选取情况匹配重合度相对更高的优化方式，该优化方案至少针对监测数据异常的监测模块所配置的监测单元区域及与该监测单元区域属于同一分类的其他区域，以至少执行现实配置的改变。

优选地，本发明还公开了一种公路水土保持监测评估系统，该系统可以是上述监测评估系统在公路水土保持领域中的应用，其包括：

监测模块，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的水土资源状态相关的监测数据，

处理模块，其能够将公路全线体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个所述监测模块通讯连接。

优选地，所述处理模块基于配置在各监测单元区域中的若干监测模块发送的监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数，以至少确定公路全线体系中水土保持参数未达到设定阈值的监测单元区域及与该监测单元区域具有相同分类类型的其他路域区域。

根据一种优选实施方式，处理模块能够将公路全线体系按照工程部位类型至少分为包含公路典型边坡的第一工程部位、包含取弃土场的第二工程部位及包含互通立交区的第三工程部位，其中，第一工程部位能够再按照工程防护类型、土壤固持方式、水分拦蓄方式、植物覆被特征进行类型细分。

根据一种优选实施方式，处理模块能够基于公路全线体系的底层划分逻辑所确定的任一类型的路域划定出至少一个监测单元区域，设置于监测单元区域的监测模块所获取的监测数据能够用于表征公路全线体系中该类型路域的水土资源状态。优选地，指针对公路全线体系可具有多层类型划分方式，例如，第一层为基于工程部位划分为第一工程部位、第二工程部位及第三工程部位，第二层为针对各工程部位的进一步细分，还可根据实际需要进行进一步地划分，而底层划分逻辑是公路全线体系划分至最底层后经排列组合形成的所有可实施类型。

根据一种优选实施方式，被划定于第一工程部位内的监测单元区域包含坡面、截水沟及挡水堰，分别被配置在截水沟上、下游的两个挡水堰能够将监测单元区域从第一工程部位中分隔，其中，监测模块在监测单元区域中的配置方式至少能够基于所述第一工程部位的细分类型而调整。

根据一种优选实施方式，处理单元至少能够为被配置在工程现场的监测模块赋予相应的标签，该标签至少能够表征相应监测模块在公路全线体系的相对位置，其中，该相对位置至少包含该监测模块在工程现场的位置关系和/或该监测模块在公路全线体系内的位置次序。

根据一种优选实施方式，处理模块评估得到的公路全线体系中局部水土保持参数未达到设定阈值时能够启动预先储存有若干应对方案的决策模块，以基于情况匹配重合度确定针对监测数据异常的监测单元区域及与该监测单元区域属于同一分类的其他路域区域的优化方案。

优选地，本发明还公开了一种公路水土保持监测评估方法，所述监测评估方法至少包括如下步骤：

类型划分：将公路全线体系基于预设类型标准进行分类；

划定区域：基于公路全线体系的底层划分逻辑所确定的任一类型的路域划定出至少一个监测单元区域；

实时监测：在任一监测单元区域采集水土资源状态相关的监测数据；

运算评估：基于监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明的水土流失监测技术可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本发明提出了一种公路水土保持监测评估系统及方法，相比于现有技术，其在适用范围上，针对边坡的分类体系更加完善，能够充分监测不同类型边坡、不同工程防护技术实施的效果；其在监测形式上，对公路路基边坡利用分级平台截水沟、对其他典型场地也结合地形分级平台的截排水沟等永久性排水沟，设置排水径流泥沙采样计(监测模块)，从而能够充分结合各类场地的特点，较既往的径流冲刷小区的布设方法大大减少了工作量；其在数据采集方式上，利用排水径流泥沙采样计(监测模块)，可以实现数据的自动化采集与远程传输，较既往的插钎法大大提高了工作效率，并提升了监测精度；其在监测评价指标上，覆盖了自然与人工边坡水分流失量/土壤保水量、土壤侵蚀量，监测要素更齐全，能够满足公路全线水土保持效果、以及具体工程防护技术的水土保持效果监测要求，能够定量评价公路绿化工程水土保持功能恢复情况。

2、本发明基于边坡水土流失的特点与主要影响因素，提出了边坡分类体系，从边坡防护类型、水分拦挡方式、土壤固持方式、植被覆被特征等方面进行分类，更能全方面反映公路工程建设中采用的技术类型特征及水土流失特点。通过具体坡面防护类型分类、水土保持监测单元的构成设计，实现了全坡面的水土流失特征与工程防护结构单元侵蚀特征结合，从而可对坡面水土流失规律研究推进到工程防护单元的规格、尺寸等参数影响上，弥补了既往只在一般坡面防护尺度开展水土流失规律研究；在土壤固持方式上，实现了原生土壤、表土利用、客土技术等多种土壤基础条件的区分，弥补了既有土壤侵蚀监测泛泛监测，对各种土壤固定技术缺乏针对性的不足；在植物覆被特征划分上，将植物群落类型根据早期特征(灌乔与草本类似)与后期特征(草灌乔特征分异明显)进行分类，同时，将与植物覆被较类似的其他覆盖方式(无纺布、植物纤维毯等)一并纳入进行考虑，也是对现有监测体系的进一步丰富与深化。本发明通过各监测指标、监测对象的系统分类，所建立监测体系更系统、更有针对性，提高了监测的准确性与适用性。

3、本发明所提出的边坡水土流失监测方法，利用各类典型边坡边沟布设排水径流泥沙采样计，并根据边坡防护形式，在边坡上设置多个监测单元区域，进行各监测单元区域的水土保持监测。这种方法可以实现水土流失的自动化监测与监测数据的远程传输，更为简单易操作。此外，由于监测单元区域是依托坡面的排水沟设置挡水堰安装排水径流泥沙采样计而布设的，监测的水土流失可以做到精确量化流出“公路全线体系”外的部分，而当前的插钎法仅量化监测流出“公路坡面”的部分，这部分土壤流失量并没有完全流出公路系统，而是在坡脚或边沟内沉积，随着生长植被而固定或由公路养护工人清淘而重新固结于公路系统内。从而本发明提出的水土流失监测方法精度大为提高，大大减少了系统误差。同时，本发明提出的监测单元区域的布设形式，通过在分级平台截排水边沟的布设，将横向排水与纵向排水结合起来，通过将单元外的水流通过纵向排水排除，选择性地监测单元内排水，可以充分结合公路边坡地形分级的特征，较既往径流收集池收集径流后排除难，减少了排除的人工工作量。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的包含监测单元区域的第一工程部位的平面图及局部平面投影图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的配置有监测单元的第一工程部位的断面示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的包含上边坡的二级坡面平台的监测单元区域的配置示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的包含上边坡的二级坡面平台的监测单元区域的局部放大图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的三种不同种植方式的种植区示意图；

图6是本发明提供的一种优选实施方式的包含下边坡的一级坡面平台的监测单元区域的局部放大图；

图7是本发明提供的一种优选实施方式的第二工程部位中取土场断面示意图；

图8是本发明提供的一种优选实施方式的第二工程部位中弃土场断面示意图；

图9是本发明提供的一种优选实施方式的第三工程部位中互通立交区的监测模块配置示意图；

图10是本发明提供的一种优选实施方式的自然边坡的监测模块配置示意图；

图11是本发明提供的一种优选实施方式的监测评估系统的简化模块连接关系示意图。

附图标记列表

100：监测模块；200：处理模块；300：决策模块；400：种植区。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明，其中，附图均为本发明提供的一种优选实施方式的示例图。

图1是包含监测单元区域的第一工程部位的平面图及局部平面投影图；图2是配置有监测单元的第一工程部位的断面示意图；图3是包含上边坡的二级坡面平台的监测单元区域的配置示意图；图4是包含上边坡的二级坡面平台的监测单元区域的局部放大图；图5是三种不同种植方式的种植区400示意图，其中，图5(a)为条栽试验种植方式，图5(b)为块栽试验种植方式，图5(c)为草皮破碎作表土试验种植方式；图6是包含下边坡的一级坡面平台的监测单元区域的局部放大图；图7是第二工程部位中取土场断面示意图；图8是第二工程部位中弃土场断面示意图；图9是第三工程部位中互通立交区的监测模块100配置示意图；图10是自然边坡的监测模块100配置示意图；图11是监测评估系统的简化模块连接关系示意图。

实施例1

本发明公开了一种监测评估系统，其包括：

监测模块100，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的监测数据，

处理模块200，其能够将待监测评估体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个所述监测模块100通讯连接，该待监测评估体系中的任一分类能够基于现实配置的改变而调整。

优选地，所述监测单元区域能够被划定在待监测评估体系所划定的至少一个分类中，以通过配置于该监测单元区域中的所述监测模块100获取待监测评估体系中同一分类下的监测数据，所述处理模块200能够基于各分类下的监测数据得到用于确定待检测评估体系中部分分类类型的现实配置的改变方式的运算结果。

根据一种优选实施方式，在待监测评估体系中基于不同分类类型划定的监测单元区域能够以避免外界干扰的方式独立于同一分类的其他区域进行划定，其中，被划定的监测单元区域能够被所述处理模块200基于其分类赋予相应编号。

根据一种优选实施方式，监测评估系统还包括：

决策模块300，所述决策模块300能够基于所述处理模块200得到的运算结果从预先储存的若干应对方案中选取情况匹配重合度相对更高的优化方式，该优化方案至少针对监测数据异常的监测模块100所配置的监测单元区域及与该监测单元区域属于同一分类的其他区域，以至少执行现实配置的改变。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本发明公开了一种公路水土保持监测评估的系统，其可以是实施例1在公路水土保持领域的应用，其包括至少用于获取局部区域水土资源流失量的至少一个监测模块100和能够接收监测装置发出的监测数据的处理模块200，其中，监测模块100可被配置为带有通讯组件的采样测量仪，其获取的监测数据能够通过通讯组件发送至带有运算功能的处理模块200中，以通过对监测数据进行运算处理来获取用于对目标路域的水土资源状态进行评估的运算结果。进一步地，目标路域可以是公路全线或公路局部路段。

优选地，监测模块100可被配置在目标路域的任一监测单元中，其中，监测单元为目标路域中被指定或划定的一个单元区域，即在目标路域中监测模块100能够获取水土资源状态相关的监测数据所必要的所有结构特征构成的最小单元体。进一步地，在目标路域中可包含若干监测单元，以使得在各监测单元中均可配置有对应的监测模块100，以实现对相应监测单元的水土资源状态相关的监测数据的获取。

优选地，监测单元区域能够以如下方式在目标路域中被指定或划定：多个监测单元区域可分别被配置在目标路域的不同工程部位中，且不同类型的工程部位中至少配置有一个监测单元区域，其中，目标路域可包含一种或多种工程部位，例如，第一工程部位可以是公路典型边坡，第二工程部位可以是取弃土场，第三工程部位可以是除第一工程部位和第二工程部位之外的其他类型的工程部位，如互通立交区、服务区、停车区、其他施工区等。目标路域还可包含其他示例性地，对于包含第一工程部位、第二工程部位和第三工程部位的目标路域，可在各类型的工程部位中分别指定或划定出一个或多个对应的监测单元区域，并在各监测单元区域内配置至少一个监测模块100。

进一步地，各类型的工程部位还可基于其特定分类方式或地形情况被划分成更细分的小类，以使得在对目标路域进行监测单元区域的指定或划定时，能够以更细分的小类确定监测单元区域的划定规则。

优选地，作为公路典型边坡的第一工程部位可按照工程防护类型、土壤固持方式、水分拦蓄方式和植物覆被特征的四方面结合方式再进行分类。

优选地，以工程防护类型进行分类可考虑防护形式、边坡坡率、尺寸和防护规格等因素，其中，防护形式包括拱形格、矩形格、人字格等圬工构造与土壤结合方式；坡率分类根据沿线的典型坡比进行分类，典型坡比如1:0.3、1:0.5、1:0.75、1:1、1:1.5、1:2等；尺寸分类根据采用的典型框格规格，即横向长度乘以纵向长度，当框格纵向投影变化时视为框格尺寸发生变化；典型工程防护方式应覆盖90％以上的边坡面积或根据实际需要确定其他比例。

优选地，以土壤固持方式进行分类可考虑客土或原状土及其固定方式等因素，如客土喷播、回填土(种植土)、植生袋固土、生态袋固土、原状土(生土)、回填土(生土)等。

优选地，以水分拦蓄方式进行分类可考虑沿线坡面截排水方式等因素，对上边坡根据有无框格挡水牙选择；对下边坡有无路面挡水牙或框格挡水牙分类(或分级平台截流沟槽)。

优选地，以植物覆被特征进行分类可考虑植被类型、植物长势及覆盖措施等因素，其中，植物类型可包括草本、灌木、草灌、草灌乔等，在群落灌木、乔木生长高度未达到相关植物种类高度时，统一划入草本植被类型；覆盖措施分类按照无覆盖、无纺布覆盖、植物纤维毯覆盖、其他覆盖等进行分类。进一步地，在植被成坪前未揭除覆盖物时可只选择覆盖措施进行分类，在植被成坪且揭除覆盖物后可只选择植物措施分类。进一步地，植物可栽种于公路路域中划定的种植区400内，其栽种方式可包括条栽试验种植方式、块栽试验种植方式、草皮破碎作表土试验种植方式等，其中，上述方式可尤其适用于下边坡。优选地，种植区400可采用植生袋装土拌种结合灌乔建植试验的穴播繁殖方式，或采用植生袋装土拌种结合灌乔建植试验的育苗栽植方式，或采用植生袋装土拌种结合速生草灌乔的穴播繁殖方式，或采用植生袋装土拌种结合速生草灌乔的育苗栽植方式。

优选地，基于公路全线的类型划分，监测单元区域可以被划定在任一类型的路域中，其中，监测单元区域至少能够以尽量覆盖全类型路域的方式被划定，即同一类型的路域可至少划定有一个监测单元区域，以使得设置在不同监测单元区域内的监测模块100所获取的各类型路域的监测数据能够表征公路全线水土流失和保持情况。

优选地，划定于第一工程部位的监测单元区域可至少包含沿公路纵向延伸的一段单级坡面、一段导流沟和两个挡水堰(或挡水埝)，其中，公路纵向为汽车在该公路上的标准行驶方向，即公路全线自起点延伸向终点的方向或其反方向。进一步地，当第一工程部位的坡面有圬工防护时，监测单元区域应包含若干个数量完整的圬工防护结构，其中，每个监测单元涵盖的横向圬工防护结构的数量及面积，可结合区域暴雨强度公式、边坡坡率、坡面径流系数等进行收集量的计算，并与监测模块100的流量要求匹配，当布置处径流水量过大超过量测范围时，也可采用分流器分流之后再进入监测模块100。优选地，导流沟的开设长度大致与划定的若干个数量完整的圬工防护结构的横向总宽度相同，以使得在导流沟的上下游设置的挡水堰能够大致位于监测单元区域的边界。

优选地，监测模块100可至少包含检测主机、进水口、出水口、通讯部件、电源等，其中，检测主机可例如径流泥沙采样测量仪主机，电源可例如太阳能板。

优选地，监测模块100在设置于第一工程部位所划定的监测单元区域时，基于监测单元区域所包含的坡面平台对应位置和级数而具有不同的设置方式，其中，基于坡面平台与地面线之间的位置关系可分为位于地面线之上的上边坡和位于地面线之下的下边坡，基于坡面平台与地面线之间的层级远近可分为一级坡面平台、二级坡面平台等。进一步地，监测单元区域所包含的单元坡面可表示仅有同一级数的坡面平台可被划定至一个监测单元区域内，任一监测单元区域不会同时包含两个级数的坡面平台。

进一步地，监测单元区域的导流沟可设置在相应级数坡面平台的下方，以使得该监测单元区域内的水流能够基于重力作用而流向导流沟，其中，导流沟的外侧可设置有挡水牙，以防止势能过大的水流在进入导流沟时从导流沟的外侧冲出导流沟，进而影响监测数据的采集及结果分析。进一步地，导流沟的上下游设置的挡水堰能够防止监测单元区域之外的水流进入，以避免干扰监测数据的多余采集，还能够引导水流流向配置于监测单元区域内的监测模块100，以避免目标监测数据的遗漏采集。进一步地，监测模块100可配置于导流沟的下游，以使得水流能够从进水口进入监测模块100进行至少包含径流泥沙采样的数据采集工作，并使得经过检测的水流可以从出水口流出监测单元区域，其中，图中所示的监测模块100的进水口和出水口结构仅为设置方位的示例，并未限定仅能够以图示方式进行设置，其能够以任一允许水流正常进出监测模块100的方式设置。

优选地，若设置于导流沟上游的挡水堰阻挡了其他区域水流的正常流动，可通过在该挡水堰外侧设置竖向排水沟等绕流方式避开监测单元区域的导流沟。示例性地，对于包含上边坡的二级坡面平台的监测单元区域，其导流沟上游的挡水堰外侧可设置竖向排水沟以排除外侧汇水，相应的监测模块100可设置于导流沟下游的挡水堰内侧，以使得其出水口可通过竖向排水沟排至一级坡面平台。进一步示例性地，对于包含上边坡的一级坡面平台的监测单元区域，导流沟位于该段坡面的坡脚平台处，可在坡侧碎落台设置汇流槽，水流经进水口进入监测模块100后可被排至路侧边沟，其中，边沟可设置在公路路基外侧，该外侧是公路靠近边坡的一侧。优选地，在无法设置竖向排水沟时，可将监测模块100布置于横向排水沟水流流向分界节点处。

示例性地，下表为一个实施例的公路工程中的边坡分类列表：

优选地，划定于第二工程部位的监测单元区域能够以设置径流小区的方式对各类取弃土/渣场根据汇流出口排水去向、挡渣墙/堤与排水沟设置情况等进行监测。

进一步地，若监测单元区域的汇流出口流出公路全线体系之外时，可至少在径流出口处设置监测模块100，其中，公路全线体系相当于待监测评估体系，是将整个施工或运营的全线路域的各工程部位拟合成一个整体，以判断体系内外的物质流通情况，该物质流通情况可例如是位于初始位置的泥沙随着水流流动而转移的目标地是位于体系内或体系外，若仍在体系内，则该物质流通情况即为体系内的物质流通情况，其后续还能够以其他形式留存于体系内；若位于体系外，则该物质流通情况即为体系外的物质流通情况，流出于本体系的物质通常难以返回至体系内。优选地，若径流出口不方便设置监测模块100时，可截取一段典型结构的排水沟，以统计该排水沟的汇流面积。进一步地，监测模块100为单独使用或配合分流器协同使用可基于暴雨强度公式计算的场地汇流量来确定。

进一步地，对于没有设置外排水沟的第二工程部位，当该工程部位被划定为监测单元区域时，可选择在挡墙泄水孔设置监测模块100，并统计第二工程部位的渣场面积、挡墙长度以及单位长度挡墙的泄水孔个数等，再结合监测模块100测定数值进行第二工程部位整个场地产水产沙量的计算。

优选地，划定于第三工程部位的监测单元区域能够以设置监测小区的方式对公路立交区、服务区、桥梁、隧道等工程区域以基于地表径流汇集形态的形式进行监测。

进一步地，当第三工程部位为立交区时，可根据匝道环绕区排水沟渠设置与水流汇集处选取监测断面。

进一步地，当第三工程部位为服务区及其他工程责任区域时，可根据场地内排水沟及外排水沟的设置选取监测断面。

进一步地，当第三工程部位为隧道工程时，可选取隧道口上侧边坡截水沟进行监测，其中，当隧道工程边坡类型与路基边坡相同时，可不单独监测。

优选地，监测模块100还可被配置于覆盖了自然植被的监测单元区域，以获取自然背景的水土流失数据。进一步地，监测模块100可选择能够反映公路扰动的，且植被类型、覆盖度、边坡坡度等具有典型代表性的边坡自然植被进行监测。优选地，地形坡度过渡顺滑，上侧汇水坡面面积较少且易于测量，位于挖方路段或斜坡路堤上方有流人路界地表径流情形的边坡，在所设置拦截地表径流的截水沟处进行监测。进一步地，布置监测模块100时，布置处的排水沟上游设置急流槽(管)以排除上游来水对水沙收集的干扰，或直接布置于边沟水流向分界点(双向水流)旁侧，以避免监测模块100与相邻截水沟水流相互干扰。

优选地，监测模块100可以将采集的数据信息发送至处理模块200进行数据的运算处理，其中，处理模块200还能够获取降雨观测站所收集的降雨信息。优选地，处理模块200可基于集雨边坡面积、工程防护形式、坡率、土壤、植被、覆盖等对每个监测单元区域进行编号，并可对其覆盖的公路沿线边坡类型等进行编号，建立数据资料实时汇总与分析，建立边坡防护基础数据库，对植被、覆盖等随时间变动类数据定期跟踪更新。优选地，处理模块200可根据每场降雨量的大小、持续时间、坡面防护与径流状况，评估坡面水土保持效益。

优选地，处理单元可将获取的监测数据用以评价公路全线土壤侵蚀情况，其中，结合各路域区域的数量面积计算第一工程部位、第二工程部位、第三工程部位等各路域区域的土壤侵蚀数据，汇总评价公路全线的土壤侵蚀强度。

进一步地，监测数据的计算方法如下：

T_loss＝S_sidslop+S_filand+S_excland+S_xland

式中，T_loss为公路全线体系土壤侵蚀量，S_sidslop为公路边坡土壤侵蚀量，S_filand为公路弃土场土壤侵蚀量，S_excland为公路取土场土壤侵蚀量，S_xland为公路其他场地土壤侵蚀量。

进一步地，公路边坡土壤侵蚀量的计算方式如下：

S_sidslop＝S_{1_type}+S_{2_type}+S_{3_type}+......+S_{n_type}

式中，S_{1_type}......S_{n_type}分别为边坡类型1至边坡类型n的土壤侵蚀量，公路边坡土壤侵蚀量为各类边坡排水径流泥沙采样计采集的泥沙量，换算单位平面面积的侵蚀量，再与该类边坡面积的乘积。

进一步地，第二工程部位和第三工程部位的土壤侵蚀量可根据该类场地监测排水径流泥沙采样计采集的泥沙量，计算单位面积的侵蚀量，再与该类边坡面积的乘积。

优选地，处理单元可将获取的监测数据用以评价不同边坡生态防护措施的水土保持效果，通过路域各类工程防护形式的水土流失监测数据，包括不同工程防护类型、土壤固持方式、水分拦蓄方式、植被覆被特征等的水土流失监测数据对比分析等，比较不同措施的水土保持效果，包括减水效益、水源涵养性能、土壤侵蚀强度等。

进一步地，在计算各类边坡防护土壤侵蚀强度的基础上，进一步比较各类边坡的减水效益、水源涵养性能，通过边坡排水径流泥沙采样计采集的径流量，即为坡面水分流失量。

优选地，处理单元可将获取的监测数据用以评价公路边坡植被恢复水土保持功能，通过比较路域各类边坡在减水效益、减沙效益等方面即可评价植被恢复措施的水土保持功能。

优选地，处理单元可将获取的监测数据用以评价路域植被生态功能恢复情况，将公路边坡各类生态防护与自然环境水土流失结合，分析路域植被功能恢复情况，其中，主要步骤可包括：

利用自然环境坡面的水土流失数据，分析自然植被生态功能：利用自然坡面截水沟监测的水沙数据，根据截水沟汇流面积，获得单位面积的产流产沙量；

利用路域边坡坡面监测的水土流失数据，分析路域边坡植被生态功能：分析不同工程防护类型、土壤固持方式、水分拦蓄方式、植被覆被特征等设计组合形式下，坡面不同拦蓄水形式或不同植被建植模式的土壤贮水量、流失量等参数数据分析公路生态防护的植被功能恢复情况，包括水源涵养能力；

分析自然环境坡面与路域坡面监测的水土流失数据差异，评价路域植被功能恢复情况，包括水源涵养与土壤侵蚀强度。

优选地，处理单元可根据各类工程坡面的现场水土流失量测定数据，反推计算各处坡面的径流系数、土壤蓄水量等参数，上述参数可被发送至预先储存有若干应对方案的决策模块300中，决策模块300能够基于情况匹配重合度拟定出最适宜的优化方案，例如，优化工程防护、植物种植模式、群落结构等。

优选地，被配置在工程现场的监测模块100可被处理模块200赋予相应的标签，其中，该标签至少能够表征监测模块100在公路全线体系的相对位置，该相对位置不仅体现该监测模块100在工程现场的位置关系，还体现该监测模块100在公路全线体系内的位置次序，且监测模块100的位置次序通常受限于其在工程现场中设置的位置关系。

优选地，在工程现场具有上下游关系的位置关系的若干监测模块100在被处理模块200赋予标签时，其在公路全线体系内的位次序列被关联，以使得处理模块200在进行数据处理时可至少对标签具有关联关系的监测模块100的监测数据进行结合处理。

进一步地，位置次序越靠后的监测模块100越靠近体系内外间的边界，即具有最末位置次序的一个或多个监测模块100通常可用于获取体系外的物质流通情况。优选地，处理模块200可基于最末位置次序的监测模块100所获取的数据信息及前序位置序列的其他监测模块100所获取的数据信息，判断体系内的实际水土流失情况。

优选地，处理模块200在判断最末位置次序的监测模块100所获取的数据信息与前序位置序列的其他监测模块100所获取的数据信息之间的差值累计超出预设阈值时，启动决策模块300以制定应对方案，其中，上述情形多出现于体系内的物质流通情况，且属于物质的大量流通。

进一步地，决策模块300可至少制定出第一应对方案和第二应对方案，其中，第一应对方案可以是对水土流失量异常的路域进行水土保持方案的改进，第二应对方案可以是对水土流失量异常的路域进行流失泥沙的回填。优选地，第一应对方案可通过分析监测模块100所获取的数据信息中的异常数据信息，基于该监测模块100的标签找到水土流失数据异常的监测单元区域及与该监测单元同类型的其他全部路域，可从数据库中选取水土保持效果更优的设计方案对上述路域进行改进。优选地，第二应对方案可将流失的囤积于体系内局部区域内的泥沙进行清淤回收，以使得被回收的泥沙可至少回填至水土流失量异常的路域。

优选地，第二应对方案可采用潜水泥浆泵将局部区域的淤泥泵送至淤泥脱水装置中进行脱水干化处理，以使得脱水干化后的淤泥能够经过称重并按照决策模块300提供的分配比例分别输送至相应的水土流失异常的路域中。进一步地，被输送至相应路域的淤泥可在被平整后铺设能够用于栽种植物的种植土。

实施例3

本实施例是对实施例1和/或2的进一步改进，重复的内容不再赘述。

所述监测评估方法至少包括如下步骤：

类型划分：将公路全线体系基于预设类型标准进行分类；

划定区域：基于公路全线体系的底层划分逻辑所确定的任一类型的路域划定出至少一个监测单元区域；

实时监测：在任一监测单元区域采集水土资源状态相关的监测数据；

运算评估：基于监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种应对方案，而这些应对方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一种优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种监测评估系统，其特征在于，其包括：

监测模块(100)，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的监测数据，

处理模块(200)，其能够将待监测评估体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个所述监测模块(100)通讯连接，该待监测评估体系中的任一分类能够基于现实配置的改变而调整，

其中，

所述监测单元区域能够被划定在待监测评估体系所划定的至少一个分类中，以通过配置于该监测单元区域中的所述监测模块(100)获取待监测评估体系中同一分类下的监测数据，所述处理模块(200)能够基于各分类下的监测数据得到用于确定待检测评估体系中部分分类类型的现实配置的改变方式的运算结果。

2.根据权利要求1所述的监测评估系统，其特征在于，在待监测评估体系中基于不同分类类型划定的监测单元区域能够以避免外界干扰的方式独立于同一分类的其他区域进行划定，其中，被划定的监测单元区域能够被所述处理模块(200)基于其分类赋予相应编号。

3.根据权利要求1或2所述的监测评估系统，其特征在于，所述监测评估系统还包括：

决策模块(300)，所述决策模块(300)能够基于所述处理模块(200)得到的运算结果从预先储存的若干应对方案中选取情况匹配重合度相对更高的优化方式，该优化方案至少针对监测数据异常的监测模块(100)所配置的监测单元区域及与该监测单元区域属于同一分类的其他区域，以至少执行现实配置的改变。

4.一种公路水土保持监测评估系统，其特征在于，其包括：

监测模块(100)，其被配置在任一被划定的监测单元区域中获取相应的水土资源状态相关的监测数据，

处理模块(200)，其能够将公路全线体系基于预设类型标准进行分类并与至少一个所述监测模块(100)通讯连接，

其中，

所述处理模块(200)基于配置在各监测单元区域中的若干监测模块(100)发送的监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数，以至少确定公路全线体系中水土保持参数未达到设定阈值的监测单元区域及与该监测单元区域具有相同分类类型的其他路域区域。

5.根据权利要求4所述的监测评估系统，其特征在于，所述处理模块(200)能够将公路全线体系按照工程部位类型至少分为包含公路典型边坡的第一工程部位、包含取弃土场的第二工程部位及包含互通立交区的第三工程部位，其中，第一工程部位能够再按照工程防护类型、土壤固持方式、水分拦蓄方式、植物覆被特征进行类型细分。

6.根据权利要求4或5所述的监测评估系统，其特征在于，所述处理模块(200)能够基于公路全线体系的底层划分逻辑所确定的任一类型的路域划定出至少一个监测单元区域，设置于监测单元区域的监测模块(100)所获取的监测数据能够用于表征公路全线体系中该类型路域的水土资源状态。

7.根据权利要求4～6任一项所述的监测评估系统，其特征在于，被划定于第一工程部位内的监测单元区域包含坡面、截水沟及挡水堰，分别被配置在截水沟上、下游的两个挡水堰能够将监测单元区域从第一工程部位中分隔，其中，监测模块(100)在监测单元区域中的配置方式至少能够基于所述第一工程部位的细分类型而调整。

8.根据权利要求4～7任一项所述的监测评估系统，其特征在于，所述处理单元至少能够为被配置在工程现场的监测模块(100)赋予相应的标签，该标签至少能够表征相应监测模块(100)在公路全线体系的相对位置，其中，该相对位置至少包含该监测模块(100)在工程现场的位置关系和/或该监测模块(100)在公路全线体系内的位置次序。

9.根据权利要求4～8任一项所述的监测评估系统，其特征在于，所述处理模块(200)评估得到的公路全线体系中局部水土保持参数未达到设定阈值时能够启动预先储存有若干应对方案的决策模块(300)，以基于情况匹配重合度确定针对监测数据异常的监测单元区域及与该监测单元区域属于同一分类的其他路域区域的优化方案。

10.一种公路水土保持监测评估方法，其特征在于，所述监测评估方法至少包括如下步骤：

类型划分：将公路全线体系基于预设类型标准进行分类；

划定区域：基于公路全线体系的底层划分逻辑所确定的任一类型的路域划定出至少一个监测单元区域；

实时监测：在任一监测单元区域采集水土资源状态相关的监测数据；

运算评估：基于监测数据计算公路全线体系的水土流失强度，评估公路全线体系中包含各种防护形式的土壤流失差异及不同植被类型的水土保持效果的水土保持参数。