趙輝
(水利部水土保持監(jiān)測中心,100055,北京)
水土保持監(jiān)測是我國水土保持事業(yè)的重要組成部分和基礎(chǔ)性工作[1]。2011年3月1日施行的修訂后的《中華人民共和國水土保持法》明確要求加強水土保持監(jiān)測工作,發(fā)揮它在政府決策、經(jīng)濟社會發(fā)展和社會公眾服務(wù)中的作用[2]。扎實推進(jìn)水土保持監(jiān)測,是履行水土保持法律職責(zé)的需要,是國家生態(tài)建設(shè)宏觀決策的需要,是滿足社會公眾知情權(quán)、監(jiān)督權(quán)與參與權(quán)的需要,是保證水土保持事業(yè)科學(xué)發(fā)展的需要[1-3],意義重大。
《辭海》[4]中定義:“監(jiān)”有監(jiān)視、督察之意,如《詩·小雅·節(jié)南山》“何用不監(jiān)”;“測”有測量、估計或猜想、推想之意?!氨O(jiān)測”則為“監(jiān)視測量”之意。我國早在20世紀(jì)20年代就開始了徑流泥沙監(jiān)測,經(jīng)過近90年的發(fā)展,在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、制度體系和人才隊伍建設(shè)以及科學(xué)研究等方面取得了長足進(jìn)展,但在監(jiān)測基礎(chǔ)理論、監(jiān)測方法、監(jiān)測評價、設(shè)施設(shè)備研發(fā)以及預(yù)測預(yù)報模型等方面的研究仍需進(jìn)一步深入[5-10]。
一般認(rèn)為,水土保持監(jiān)測是運用多種技術(shù)對水土流失的成因、數(shù)量、強度、影響范圍、危害及其防治成效進(jìn)行的動態(tài)監(jiān)測與評估[1,11],但在準(zhǔn)確定義水土保持監(jiān)測方面,目前國內(nèi)尚未形成共識[12]。實踐中,如何界定水土保持監(jiān)測與試驗研究、土壤侵蝕模型、觀測與評價等的關(guān)系,也存在一定的困惑[11];因此,開展水土保持監(jiān)測類型與方法研究,理清關(guān)系,界定性質(zhì),對推進(jìn)新時期水土保持監(jiān)測發(fā)展,具有十分重要的理論與實踐指導(dǎo)意義。
依據(jù)工作性質(zhì),可將我國水土保持監(jiān)測劃分為研究性監(jiān)測、實驗性監(jiān)測、生產(chǎn)性監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測4種類型。
研究性監(jiān)測是針對水土保持監(jiān)測中的特定對象,采用科學(xué)研究的手段與方法,以提出理論指導(dǎo)或揭示內(nèi)在規(guī)律為目的而進(jìn)行的研究與探索。與傳統(tǒng)意義上的科學(xué)研究不盡相同,研究性監(jiān)測多結(jié)合生產(chǎn)實踐開展,其成果具有原創(chuàng)性、前瞻性和指導(dǎo)性。依據(jù)研究內(nèi)容,可分為:1)監(jiān)測理論研究,包括監(jiān)測尺度理論研究、土壤侵蝕模型研究、監(jiān)測評價研究等,主要是為水土保持監(jiān)測提供理論基礎(chǔ);2)監(jiān)測方法研究,包括地面觀測、遙感監(jiān)測、空間分析以及數(shù)據(jù)分析處理等方法及其適用性與可靠性研究;3)監(jiān)測技術(shù)或手段研究,包括監(jiān)測設(shè)施設(shè)備、信息采集與傳輸、分析處理手段和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等研制與開發(fā);4)監(jiān)測管理研究,包括管理體制、政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)與制度體系建立等;5)其他針對特定對象開展的研究性監(jiān)測。
研究性監(jiān)測具有較強的針對性、服務(wù)對象的特定性和結(jié)果的不確定性,探索研究是本類型的主要特征。目前,常用的方法有文獻(xiàn)研究、實證研究、數(shù)學(xué)模型研究、模擬研究等,也可分為定量研究或定性研究。開展研究性監(jiān)測的既可以是科研機構(gòu),也可以是生產(chǎn)實踐部門,但更好的是二者的有機結(jié)合。
實驗性監(jiān)測是按設(shè)定的實驗方案或設(shè)計,對所選定的監(jiān)測對象,采用實驗手段而進(jìn)行的驗證性活動。依據(jù)實驗內(nèi)容或?qū)ο?,可分?1)監(jiān)測方法實驗,包括實驗和情景模擬,以確定方法的適用范圍、邊界條件和特征參數(shù),進(jìn)而優(yōu)化;2)監(jiān)測技術(shù)或手段實驗,包括監(jiān)測設(shè)施設(shè)備中試或定型試驗、信息采集技術(shù)試驗、分析處理手段實驗等;3)其他實驗性監(jiān)測,諸如土壤侵蝕模型實驗分析與評價、監(jiān)測評價驗證等。
實驗或試驗、觀測是本監(jiān)測類型常用的方法。觀測是實驗的前提,實驗是觀測的證實和發(fā)展,二者相互依存。開展實驗性監(jiān)測,首先要明確實驗?zāi)康?,然后再進(jìn)行實驗設(shè)計和實驗方法確定??煞譃殡S機性和非隨機性實驗2種,如樣本量較多(30個以上),可將實驗對象隨機分為實驗組和對照組,進(jìn)行對比實驗;但受樣本量限制,水土保持監(jiān)測中更多的是采用非隨機性實驗,人為干預(yù)的強度更大,更具目的性。目前常用的方法有定性實驗、定量實驗、析因?qū)嶒?、對照實驗和模擬實驗等。成果要求明確、可檢測和可重復(fù)。
生產(chǎn)性監(jiān)測是運用成熟的監(jiān)測理論與方法,圍繞特定的生產(chǎn)實踐目的,對水土流失及其防治情況進(jìn)行的監(jiān)測與評價。按營利與否,可分為:1)公益性監(jiān)測,包括監(jiān)測站點常規(guī)監(jiān)測、監(jiān)督監(jiān)視性監(jiān)測、糾紛仲裁監(jiān)測(如水土流失功能損失評價)、考核驗證監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測等;2)非公益性監(jiān)測,包括咨詢服務(wù)性監(jiān)測(如生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測)、認(rèn)證或論證性監(jiān)測(如監(jiān)測設(shè)備認(rèn)證)。由于水土保持監(jiān)測是對客觀狀況的觀測與評價,因此,應(yīng)堅持獨立、科學(xué)、公正的原則,逐步回歸社會公益性。
目前,常用的方法有地面觀測、遙感監(jiān)測、調(diào)查(包括普查、典型調(diào)查、抽樣調(diào)查)等。尺度不同、內(nèi)容指標(biāo)不同,采用的具體方法或獲取手段就千差萬別,但均要求成熟、簡單、操作性強。往往一個具體指標(biāo)就對應(yīng)一種特定方法,如不同的氣象、徑流、泥沙指標(biāo),就需采用不同的監(jiān)測方法和獲取手段。生產(chǎn)性監(jiān)測通常任務(wù)或合同形式明確,一般由各級監(jiān)測機構(gòu)及其站點承擔(dān),并用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程或規(guī)范來統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范行為。
預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測是依托已有監(jiān)測成果,運用數(shù)學(xué)方法或建立模型,對未來水土流失及其防治狀況進(jìn)行的預(yù)警、預(yù)判或預(yù)測預(yù)報,可分為預(yù)警性監(jiān)測和預(yù)報性監(jiān)測。預(yù)警性監(jiān)測一般是通過影響因子觀測,分析事物發(fā)生發(fā)展規(guī)律,對未來發(fā)生某事件或現(xiàn)象的可能性進(jìn)行預(yù)判,并給予警示,如長江上游滑坡泥石流預(yù)警等。預(yù)報性監(jiān)測則是運用數(shù)學(xué)模型,對未來發(fā)展趨勢或狀況,進(jìn)行預(yù)測預(yù)報。
觀測、數(shù)學(xué)分析、模型運用是本類型常用的方法與手段。建立適用范圍明確、邊界條件清晰、擬合精度高的預(yù)測預(yù)報模型是基礎(chǔ),其中基于長時間序列資料建立的經(jīng)驗性模型可通過序列延長,對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測預(yù)報,如坡面侵蝕經(jīng)驗?zāi)P?而具有理論基礎(chǔ)的物理成因模型,可通過規(guī)律揭示,預(yù)測預(yù)報未來狀況,如水文分布式物理模型。預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測離不開實時觀測,但通過模型運用,可較大程度地簡化監(jiān)測行為,實現(xiàn)提前預(yù)知。
我國水土保持監(jiān)測具有涉及學(xué)科專業(yè)多、內(nèi)容豐富、方法千差萬別等特征,作為一個發(fā)展中的事物體,盡管可人為劃分為不同類型,但它們具有相同的理論基礎(chǔ),并接受指導(dǎo)。土壤侵蝕理論、水土保持原理、土壤學(xué)、水文水資源、統(tǒng)計學(xué)與概率論、地理信息系統(tǒng)等都是水土保持監(jiān)測的基礎(chǔ)理論。不同類型,有時也需要一些特定的基礎(chǔ)理論指導(dǎo),如監(jiān)測設(shè)備研發(fā)中的機電一體化理論、模型建立中的數(shù)學(xué)分析與建模理論等。相同的理論基礎(chǔ),建立起了不同類型間的有機聯(lián)系,并使之統(tǒng)一于水土保持監(jiān)測這一統(tǒng)一體和矛盾體中,保證水土保持監(jiān)測能遵循事物發(fā)展的邏輯規(guī)律不斷向前發(fā)展。實踐中,用以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范行為的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度體系,則屬另一種理論指導(dǎo),它也是水土保持監(jiān)測實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、規(guī)范化的保障。
概括地說,我國水土保持監(jiān)測的目標(biāo)是觀測評價、提供依據(jù)、輔助決策,不同監(jiān)測類型間具有高度的統(tǒng)一性,但它們的工作性質(zhì)與內(nèi)容各有側(cè)重。其中研究性監(jiān)測重點關(guān)注理論的發(fā)展和薄弱環(huán)節(jié),實驗性監(jiān)測重點解決實踐難題和理論與實踐的接軌問題,生產(chǎn)性監(jiān)測重點是應(yīng)用與實踐,預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測則是更高層次的應(yīng)用。不同監(jiān)測類型間的演替遵循事物發(fā)展的內(nèi)在邏輯規(guī)律。研究性監(jiān)測是基礎(chǔ),實驗性監(jiān)測是研究性監(jiān)測的延續(xù)、檢驗或應(yīng)證和反饋,是研究性監(jiān)測與生產(chǎn)性監(jiān)測間的過渡與銜接,實驗信息反饋直接作用于研究性監(jiān)測;同時,沒有研究性監(jiān)測和實驗性監(jiān)測發(fā)展形成的成熟理論、方法或技術(shù),生產(chǎn)性監(jiān)測就難以開展,即便開展,也會困難重重,更難以保證成果的科學(xué)性;而預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測離不開大量的理論探索、實證檢驗和生產(chǎn)實踐的豐富積累,是前3個類型不斷發(fā)展的結(jié)果和成果體現(xiàn)。應(yīng)充分認(rèn)識并遵循這一客觀規(guī)律,并用以指導(dǎo)實踐,只有這樣,才能把握水土保持監(jiān)測發(fā)展的正確方向,少走彎路。
水土保持監(jiān)測的不同類型既統(tǒng)一,又矛盾。我國的水土保持監(jiān)測具有較強的時代特點,不同類型間表現(xiàn)為相互嵌套,相互依存,不可完全割裂。研究性監(jiān)測直接服務(wù)于水土保持監(jiān)測實踐,其成果的可靠性、穩(wěn)定性和可操作性,需通過實驗性監(jiān)測來驗證,實驗性監(jiān)測形成的成熟方法和技術(shù)直接指導(dǎo)或規(guī)范生產(chǎn)性監(jiān)測,而生產(chǎn)性監(jiān)測又可為研究性監(jiān)測和實驗性監(jiān)測提出新命題、新需求或新領(lǐng)域。作為更高發(fā)展層次的預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測也離不開研究性和實驗性監(jiān)測的支撐和補充,也需要生產(chǎn)性監(jiān)測的驗證。不同類型間相輔相成,有機統(tǒng)一。
與此同時,水土保持監(jiān)測是多學(xué)科、多專業(yè)、多系統(tǒng)的綜合體,不同學(xué)科、專業(yè)間存在發(fā)展不平衡現(xiàn)象。如我國當(dāng)前地面小尺度觀測技術(shù)(如坡面小區(qū)和小流域控制站)、區(qū)域遙感監(jiān)測技術(shù)均較為成熟,但不同監(jiān)測空間域的尺度效應(yīng)和尺度轉(zhuǎn)換問題,卻依然是普遍關(guān)注的熱點和難點;又如氣象、徑流觀測設(shè)備與技術(shù)已相對成熟,但泥沙觀測仍缺少滿足精度要求、可靠性高、操作簡便的觀測設(shè)備;等等。這些不平衡發(fā)展現(xiàn)象的客觀存在,不僅強調(diào)了開展監(jiān)測理論研究與實驗分析的必要性,也增強了不同類型間的有機聯(lián)系。實踐中,應(yīng)在推進(jìn)監(jiān)測生產(chǎn)實踐的同時,高度重視研究性監(jiān)測和實驗性監(jiān)測。不能機械區(qū)分監(jiān)測類型,完全割裂它們的關(guān)系,否則將加劇發(fā)展中的不平衡現(xiàn)象,進(jìn)而影響水土保持監(jiān)測事業(yè)的全面、健康和可持續(xù)發(fā)展。
盡管經(jīng)過不斷努力,我國水土保持監(jiān)測取得了一定成績,但起步晚、底子薄、積累少、發(fā)展不平衡等,將對水土保持監(jiān)測的發(fā)展產(chǎn)生深層次影響。另一方面,現(xiàn)階段,國家又給水土保持監(jiān)測賦予了更多新的職責(zé)與任務(wù),提出新的、更高的實踐要求。水土保持監(jiān)測既有自身完善與發(fā)展的客觀需要,又有滿足實踐需求、被動發(fā)展的迫切要求;因此,要正視現(xiàn)實,對我國水土保持監(jiān)測的發(fā)展準(zhǔn)確定位。毋庸置疑,我國水土保持監(jiān)測總體尚處在發(fā)展的初級階段,不同監(jiān)測類型間相互嵌套,相互依存;因此,不同監(jiān)測類型的任務(wù)和性質(zhì)都不可能是單純的。生產(chǎn)性監(jiān)測不僅要滿足生產(chǎn)實踐的需要,而且是研究性監(jiān)測和實驗性監(jiān)測的支撐和基礎(chǔ)。如坡面小區(qū)觀測,既屬常規(guī)性監(jiān)測,又可為水土流失規(guī)律研究、設(shè)施設(shè)備實驗提供平臺和基礎(chǔ)信息。另外,當(dāng)前研究和實驗性監(jiān)測需優(yōu)先解決生產(chǎn)實踐中急需解決的理論困惑和實踐難題,就有了較強的針對性和功利性。預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測在我國基礎(chǔ)仍極為薄弱,當(dāng)前應(yīng)開展對潛在危害大、影響范圍廣、關(guān)注度高的水土流失危害的預(yù)警性監(jiān)測,并加強理論研究和實踐積累,為后期建立模型,開展預(yù)報性監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。
只有正視發(fā)展現(xiàn)狀,準(zhǔn)確定位,才能在實踐中科學(xué)處理水土保持監(jiān)測中不同專業(yè)、學(xué)科、系統(tǒng)和監(jiān)測類型之間的關(guān)系,把握優(yōu)先發(fā)展方向,重點突破與著眼長遠(yuǎn)發(fā)展相結(jié)合,統(tǒng)籌水土保持監(jiān)測科學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展。
當(dāng)前,在我國水土保持監(jiān)測存在組網(wǎng)不完善、采集手段落后、信息化程度低、成果可靠性差等問題,這些與監(jiān)測理論和實驗研究不夠深入、學(xué)科或?qū)I(yè)發(fā)展不平衡、設(shè)施設(shè)備創(chuàng)新性研發(fā)欠缺等因素有關(guān)。各級水土保持監(jiān)測站點普遍存在系統(tǒng)性差、手段單一、配置低、重復(fù)建設(shè)等問題,尚不能建立大、中、小不同監(jiān)測尺度間的有機聯(lián)系,實現(xiàn)監(jiān)測信息的尺度上推和尺度下推。在土壤侵蝕模型研究方面,雖然近些年來,各地相繼引進(jìn)了大量國外分布式模型,進(jìn)行了大量本土化研究;但由于缺乏基礎(chǔ)理論研究,對模型構(gòu)建的物理基礎(chǔ)、邊界條件等不甚明了,或缺少長時間序列觀測數(shù)據(jù)的支撐,模型研究遠(yuǎn)未取得實質(zhì)性突破。類似事例不勝枚舉。當(dāng)前唯有加強水土保持監(jiān)測理論和實驗研究,才是解決問題的有效途徑。
現(xiàn)階段,應(yīng)圍繞水土保持監(jiān)測理論和實驗研究的重點、難點,或關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備,開展理論和實驗研究,包括土壤侵蝕機制研究、流域水沙過程及其機制研究、監(jiān)測空間尺度特征與尺度效應(yīng)研究、監(jiān)測信息尺度轉(zhuǎn)換研究、監(jiān)測設(shè)施設(shè)備智能化與集成研究、土壤侵蝕模型與評價研究等。應(yīng)加強監(jiān)測生產(chǎn)實踐部門與科研院校的合作與配合,加大科研投入力度,發(fā)揮科研院校在人才、設(shè)備、學(xué)科專業(yè)等方面的綜合優(yōu)勢,形成合力,集中攻關(guān),重點突破,夯實水土保持監(jiān)測發(fā)展的基礎(chǔ)。
通過全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)一、二期工程建設(shè),我國各級水土保持監(jiān)測機構(gòu)已初步完成監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)和設(shè)備配套,這些為系統(tǒng)開展生產(chǎn)性監(jiān)測奠定了堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)前,應(yīng)針對實踐中存在的問題,科學(xué)規(guī)劃,合理布局,扎實開展生產(chǎn)性監(jiān)測。一是要科學(xué)制訂水土保持監(jiān)測規(guī)劃,明確中長期建設(shè)目標(biāo)和主要任務(wù),加強規(guī)劃指導(dǎo)。二是要從滿足不同監(jiān)測尺度、不同侵蝕類型全覆蓋以及保證監(jiān)測的系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性的要求出發(fā),合理布局,增強監(jiān)測站點代表性,完善并優(yōu)化水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。三是要明晰監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo),優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)與方法,生產(chǎn)性監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)做到簡單明了、內(nèi)涵清晰、方法成熟可行;對于部分承擔(dān)研究或?qū)嶒炄蝿?wù)的監(jiān)測站點,可增加相應(yīng)的研究實驗內(nèi)容。四是要確保水土保持監(jiān)測工作經(jīng)費。五是要開展長期、持續(xù)、定位監(jiān)測,積累長序列、全面、綜合的監(jiān)測信息和資料,反過來促進(jìn)研究性監(jiān)測和實驗性監(jiān)測科學(xué)發(fā)展,并為開展預(yù)警預(yù)報性監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。
近期,應(yīng)開展國家水土保持基礎(chǔ)信息平臺建設(shè),完善全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),組織實施好全國水土流失動態(tài)監(jiān)測項目,以大工程建設(shè),帶動監(jiān)測事業(yè)大發(fā)展。
首先,要建立健全水土保持監(jiān)測管理制度,規(guī)范管理,提高效能。管理制度包括水土保持監(jiān)測管理辦法、監(jiān)測站點建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、日常觀測制度、監(jiān)測設(shè)施設(shè)備準(zhǔn)入與認(rèn)證制度、水土保持監(jiān)測信息管理制度、監(jiān)測成果整編匯編制度、成果上報與發(fā)布制度等。其次,要建立科學(xué)、完善的水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。目前,我國已制定或頒布了與水土保持監(jiān)測相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范共有23項,其中國標(biāo)13項,行標(biāo)10項,這些為規(guī)范水土保持監(jiān)測實踐行為創(chuàng)造了條件。近期應(yīng)細(xì)化水土保持監(jiān)測技術(shù)與方法,圍繞重要技術(shù)環(huán)節(jié)、技術(shù)領(lǐng)域和關(guān)鍵儀器設(shè)備,逐一制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以統(tǒng)一、規(guī)范和指導(dǎo)水土保持監(jiān)測技術(shù)行為。第三,要加強水土保持監(jiān)測成果的應(yīng)用與開發(fā)研究,增強水土保持監(jiān)測的決策和服務(wù)支撐能力,擴大社會影響。
當(dāng)前,我國水土保持監(jiān)測技術(shù)隊伍已初具規(guī)模,但大部分地方仍不同程度地存在專業(yè)配置不合理、基層專業(yè)技術(shù)人員緊缺等問題,與事業(yè)發(fā)展和時代要求極不適應(yīng)。因此,首先要加強水土保持監(jiān)測技術(shù)隊伍和人才建設(shè),要抽調(diào)專業(yè)技術(shù)人員,或鼓勵大學(xué)生下基層,充實水土保持監(jiān)測生產(chǎn)一線部門,改善基層站點人才隊伍狀況;其次,要加大現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)力度,建立定期輪訓(xùn)制度,提高人員素質(zhì)和技術(shù)水平;第三要加強高校和科研單位的水土保持監(jiān)測學(xué)科建設(shè),完善專業(yè)設(shè)置和學(xué)生培養(yǎng)機制,要增設(shè)與水土保持監(jiān)測相關(guān)的專業(yè)課程,加大學(xué)生實習(xí)力度,著重培養(yǎng)動手操作能力和創(chuàng)新能力;第四要加大水土保持監(jiān)測的國際交流與合作力度,著眼世界,找準(zhǔn)差距,加快自身發(fā)展與進(jìn)步。
我國水土保持監(jiān)測工作具有較強的時代特點,總體仍處在發(fā)展的初級階段。不同監(jiān)測類型相互嵌套,相互依存。當(dāng)前,應(yīng)正視發(fā)展現(xiàn)狀,辯證分析不同監(jiān)測類型間的關(guān)系,按照水土保持監(jiān)測發(fā)展的一般性邏輯規(guī)律,科學(xué)處理不同監(jiān)測類型間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題,準(zhǔn)確定位,把握優(yōu)先發(fā)展方向,在加強水土保持監(jiān)測理論和實驗研究的同時,加強水土保持監(jiān)測生產(chǎn)實踐,并健全制度,規(guī)范管理,加強水土保持監(jiān)測人才隊伍和學(xué)科建設(shè),以此進(jìn)一步推動水土保持監(jiān)測科學(xué)、全面、可持續(xù)發(fā)展,更好地發(fā)揮水土保持監(jiān)測工作在政府決策、經(jīng)濟社會發(fā)展和社會公眾服務(wù)中的作用。
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