1.2 侵蚀沟监测的内容和要求
1.2.1 侵蚀沟监测的内容
1. 侵蚀沟的形态监测
不同类型的侵蚀沟在不同的发展阶段具有不同的几何形态，研究侵蚀沟不同阶段的形态有助于认清土壤侵蚀过程。例如，黄土高原沟壑区在降雨条件下，坡面侵蚀是一个逐渐发展演化的过程。在降雨初期，由于雨滴击溅和坡面薄层水流侵蚀的作用，坡面上主要发生面蚀；随着降雨的进行，坡面逐渐出现跌坎并发展演化成细沟，坡面侵蚀形态由面蚀逐渐向细沟侵蚀演化；随着细沟的发育发展，细沟侵蚀逐渐向切沟侵蚀演变。
通过常用的测量手段可以获得侵蚀沟不同发育阶段的沟长、沟宽、面积和体积等参数，从而了解和掌握不同阶段的沟蚀演变。例如，Hancock 等(2006)利用三维激光地形测量技术进行了切沟沟头定位，获得了较高的精度；Evans 等(2010)利用三维激光扫描仪进行了切沟系统制图和参数提取，也获得了较高的精度。
2. 侵蚀速率监测
侵蚀速率是反映地貌形态变化的重要指标，与地貌形态有着密切的关系。对于人工径流小区侵蚀沟侵蚀速率的监测可直接采用手工、示踪法或三维激光扫描(terrestrial laser scanning， TLS)测量方式；而对于野外切沟、冲沟侵蚀速率的监测可以采用直接法和间接法两类方法(Whitford et al.，2010)。直接法主要进行周期性观测以及对侵蚀沟参数进行定期调查；间接法包括使用不同年份的航空影像或数字高程模型对比等。与直接法相比，间接法在监测较大时空尺度的切沟侵蚀时更有优势。侵蚀速率监测的传统方法主要采用插钎法或测针观测等，而现代方法多采用三维激光扫描仪、全球定位系统(global positioning system， GPS)、卫星以及航空遥感影像解译等方法。一般来说，插钎法、三维激光扫描仪以及GPS 技术等方法更适合应用于短期内，进行小范围内的侵蚀沟监测；而遥感影像解译适用于较大时空尺度的侵蚀沟监测，通过不同时段的高分辨率影像，提取侵蚀沟变化特征，从而获得侵蚀沟的侵蚀速率。
于章涛(2005)从侵蚀沟线性特征、面状特征和体积参数出发，研究侵蚀沟的侵蚀速率，通过GPS 测量数据生成的一维、二维、三维空间形态上的变化来揭示侵蚀速率的快慢，并探讨了侵蚀速率与地形特征的关系。
3. 侵蚀量监测
通过测量采集的点数据经插值处理，运用GIS 分析功能，结合历史数据进行体积变化计算，从而估算侵蚀量。侵蚀量的估算对于摸清土壤侵蚀程度，分析侵蚀沟形态的动态演变过程，并对制订水土保持措施具有重要意义。侵蚀量的估算从侵蚀钎、纵断面测绘器、水准测量、树根裸露分析、摄影和示踪法等发展到3S技术(GPS、GIS、RS)、激光扫描仪的应用。张鹏等(2008)对比分析了高精度GPS、徕卡(Leica)激光扫描仪和测针板法对坡面侵蚀量的估算精度。对三种测量方法采集的点数据经栅格插值处理，运用三维分析功能进行体积量计算，估算侵蚀量，发现徕卡激光扫描仪估算侵蚀量的精度*高，其误差仅为4.56%，高精度GPS 的估算误差为7.38%，而测针板法为?17.19%。
1.2.2 侵蚀沟监测的要求
侵蚀沟监测是在一定时间尺度内对地理空间对象的监测，因此具有时间与空间两方面的要求。
时间方面，通常侵蚀沟的监测要在一段时间内按照一定的周期进行连续监测。理想的侵蚀沟监测应基于次降雨观测，但是因为难以预知准确的降雨时间，所以监测的代价大，且受降雨影响不便于即时测量。因此，通常是采用暴雨前和暴雨后分别观测，利用高精度测量技术观测侵蚀沟的形态变化，同时记录侵蚀沟产流降雨过程。
空间方面主要包括尺度与精度两项要求。监测的空间尺度主要由研究区域的大小决定，可以是流域内复杂的侵蚀沟系统或单条侵蚀沟。显然，监测的空间尺度越大，监测的工作量越大，代价越高。监测精度则主要由研究目的或相应模型的类型与特性决定。过高的监测精度要求会使监测工作的复杂度、时间以及费用增加，而过低的精度又会造成监测的误差过大，无法满足相应的研究分析需求。因此，需要根据相应的精度要求与实验条件，选定合适的监测技术。
从已有的侵蚀沟研究成果来看，插钎法、三维激光扫描仪和GPS 技术等方法更多应用于短期(1～2 年)小范围内的侵蚀沟监测；而遥感、航空摄影测量等可以对侵蚀沟进行较大时空尺度的监测(十几年至几十年)。尤其是在时间尺度上，因为短期的侵蚀速率不能代表长期的侵蚀速率，所以高分辨率遥感影像在较大时间尺度的侵蚀速率分析上比实地监测技术更具有优势。但是受到分辨率的限制，对侵蚀沟的短期发展变化还无法进行分析。在我国，目前主要是基于GPS 技术对侵蚀沟进行短期(1～2 年)的监测，随着技术的发展，近景摄影测量、三维激光扫描甚至无人机(unmanned aerial vehicle， UAV)技术，也逐渐开始在侵蚀沟监测中得到应用。例如，在研究次降雨对侵蚀沟发育的影响时，已经开始应用近景摄影测量和三维激光扫描等高精度地面监测方法。
1.3 常见侵蚀沟监测技术
近年来，侵蚀沟监测技术的不断发展，使得侵蚀沟监测从传统的皮尺、插钎等测量方法，发展到GPS 技术、三维激光扫描地形测量和高分辨率遥感影像等新技术的应用。
1.3.1 传统皮尺、坡度计监测与地形剖面测量仪
传统皮尺、坡度计监测就是在不同时间，利用皮尺、坡度计沿侵蚀沟每隔一定的距离，测量侵蚀沟的横截面参数(上下截面宽、左右坡度和坡长)以及沟长、沟岸的各种形状参数，以此计算侵蚀沟的体积，比较不同时间的体积变化情况，从而确定侵蚀沟的土壤侵蚀速率。此方法可以通过测量切沟不同部位的横断面的面积和横断面的间距来获得切沟的体积，具有操作简便的优点。但是此方法只能测量切沟整体体积的变化，无法对沟内具体部位的侵蚀/堆积进行监测。
地形剖面测量仪是研究人员为测量地形剖面而研制的测量设备。早期多为测针式地形剖面测量仪，目前结合激光测距技术，已出现了激光地形剖面测量仪。该方法成本低，但费时费力，测量精度受测量人员专业水平以及侵蚀沟的复杂程度影响，误差具有一定的不确定性。
Casalí 等(2006)分析了使用皮尺和测针式剖面地形测量仪对细沟和浅沟的剖面进行测量时，测量间距对侵蚀沟体积计算误差的影响。结果表明，测量间距为1～5m 时，体积计算误差小于10%。Castillo 等(2011)分析对比了几种实地测量技术对切沟测量的精度。结果表明，在剖面面积测量方面，激光地形剖面测量仪的误差超过10%；在体积计算方面，激光地形剖面测量仪的测量值均偏小，且误差较大。

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