濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高程測(cè)量方法領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法。本發(fā)明的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，用于地表加積區(qū)或侵蝕區(qū)測(cè)量，包括以下步驟:(1)將地表高程測(cè)量?jī)x固定在測(cè)量點(diǎn)；(2)在測(cè)量點(diǎn)放置水平標(biāo)志層；(3)在測(cè)量點(diǎn)放置豎直染色砂棒，染色砂棒頂端與沉積面重合；(4)一段時(shí)間t后，讀取地表高程測(cè)量?jī)x獲得地表高程變化S。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：能夠適應(yīng)濱海濕地復(fù)雜區(qū)域的地表高程測(cè)量，所用的測(cè)量方法不會(huì)因?yàn)楸粵_刷掉就失去測(cè)量能力，不管是在地表高程增加還是降低時(shí)均可實(shí)現(xiàn)地表高程的測(cè)量，適用范圍更加廣泛；所測(cè)得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確；染色砂棒的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)、方便。
【專利說(shuō)明】
濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高程測(cè)量方法領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濱海濕地分布于沿海低地，一般從平均海拔高程至特大高潮所涉及的范圍均有濕地分布。其高程受控于兩種因素:外源礦物質(zhì)沉積和濕地植被有機(jī)質(zhì)積累，但是隨著長(zhǎng)時(shí)間的高程加積外源輸入會(huì)減少，濕地植被的生長(zhǎng)由于頻繁的水位淹沒(méi)使其中的植被生長(zhǎng)無(wú)法與處于高海拔的陸生植被相比較。因此，濱海濕地對(duì)有關(guān)影響高程變化的過(guò)程十分敏感，大尺度的高程變化會(huì)導(dǎo)致濕地轉(zhuǎn)化為低海拔的裸灘或高海拔的陸生植被生態(tài)系統(tǒng)，小尺度的高程變化會(huì)使優(yōu)勢(shì)植被發(fā)生變化，進(jìn)而促進(jìn)土壤的生物地球化學(xué)性質(zhì)和其他進(jìn)程的變化。
[0003]濱海濕地地表高程變化與沉積物淤積或侵蝕厚度之間的差異，我們統(tǒng)稱為地表以下土壤下沉，地表以下土壤下沉厚度=沉積厚度-地表高程變化。引起地表以下土壤下沉的因素包括沉積物壓實(shí)下沉，有機(jī)物分解等。目前測(cè)量地表以下土壤下沉多采用地表高程測(cè)量?jī)x和水平標(biāo)志層法:地表高程測(cè)量?jī)x能夠精確地測(cè)量出地表高程的變化；水平標(biāo)志層法通過(guò)在濕地地表平鋪一層標(biāo)志性物質(zhì)(如長(zhǎng)石粉)，一段時(shí)間后，在普通標(biāo)志性物質(zhì)處進(jìn)行鉆孔取樣，用游標(biāo)卡尺測(cè)量出人工標(biāo)志層與新形成的地表之間的垂直高度，從而計(jì)算出沉積物淤積厚度。
[0004]水平標(biāo)志層法只能提供濕地表層沉積物的加積情況，沉積物加積是非常重要、復(fù)雜的過(guò)程，濕地植被的持續(xù)性很大程度上取決于直接影響濕地相對(duì)高程變化的區(qū)域泛濫規(guī)律。高程和泛濫時(shí)間的變化受沉積物加積的直接影響，同時(shí)也受海平面上升、區(qū)域沉降、淺層壓實(shí)、地下根系的形成與分解。濱海濕地處于海陸交互帶，動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜，特別是濱海濕地潮灘，很多地方沉積物受到侵蝕，水平標(biāo)志層可能會(huì)被沖刷掉而無(wú)法獲得沉積侵蝕厚度，從而影響濕地地表動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠適用于濱海濕地復(fù)雜環(huán)境中的地表高程與加積(或侵蝕)速率測(cè)量方法。
[0006]本發(fā)明所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，用于地表加積區(qū)或侵蝕區(qū)地表高程動(dòng)態(tài)變化和加積速率測(cè)量，包括以下步驟:
[0007](I)將地表高程測(cè)量?jī)x固定在測(cè)量點(diǎn)；
[0008](2)在測(cè)量點(diǎn)放置水平標(biāo)志層；
[0009](3)在測(cè)量點(diǎn)放置豎直染色砂棒，染色砂棒頂端與沉積面重合；
[0010](4) 一段時(shí)間t后，讀取地表高程測(cè)量?jī)x獲得地表高程變化S ;
[0011]加積區(qū):
[0012](5)然后鉆孔取樣，獲得水平標(biāo)志層與新形成的地表層之間的垂直高度H1為地表加積厚度；
[0013](6)根據(jù)公式計(jì)算地表加積速率H/t ；
[0014](7)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉厚度A1= H !-S ;
[0015]侵蝕區(qū):
[0016](5)然后測(cè)量染色砂棒的剩余長(zhǎng)度，獲得染色砂棒減少的長(zhǎng)度&為被侵蝕的沉積物的厚度；
[0017](6)測(cè)量侵蝕終界面與剩余的染色砂棒頂面的距離D ;
[0018](7)根據(jù)公式計(jì)算地表侵蝕速率A = (H2-D) /t ;
[0019](8)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉速率V = [S-(H2_D)]/t。
[0020]在濱海濕地高程測(cè)量時(shí)，如果水平標(biāo)志層被海水沖走，則表明地表高程下降，此時(shí)被侵蝕的沉積物厚度為通過(guò)染色砂棒獲得的高度H2,此時(shí)為侵蝕區(qū)；如果染色砂棒被地表層掩埋，此時(shí)為加積區(qū)。在加積速率測(cè)量中放置染色砂棒，以及在侵蝕速率測(cè)量方法中放置水平標(biāo)志層的原因均是為了方便判斷是正加積(加積)還是負(fù)加積(侵蝕):如染色砂棒被掩埋，則表示在水平標(biāo)志層之上淤積了新的沉積物，采用加積區(qū)所述步驟測(cè)量，如染色砂棒裸露在外，水平標(biāo)志層被沖走，則采用侵蝕區(qū)所述步驟測(cè)量。
[0021]優(yōu)選的，為增加測(cè)量的準(zhǔn)確性，所述S、Hn H2, D均為采集的多個(gè)數(shù)值的算術(shù)平均值。
[0022]優(yōu)選的，所述地表高程測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂上設(shè)有9個(gè)測(cè)量棒。
[0023]優(yōu)選的，所述水平標(biāo)志層為無(wú)色或著色沙、磚灰、熒光粉、長(zhǎng)石粉、固態(tài)聚酯樹脂層或?yàn)V紙。
[0024]所述染色砂棒采用下述方法制備而成:
[0025](I)取待測(cè)點(diǎn)海灘沙、焚光素、瓊脂粉，其質(zhì)量比為:待測(cè)點(diǎn)海灘沙:焚光素:瓊脂粉=9000 ?13000:10 ?30:5 ?20 ;
[0026](2)將海灘沙用淡水沖洗數(shù)次，晾干備用；
[0027](3)將熒光素和晾干的海灘沙攪拌均勻；
[0028](4)將瓊脂放于水中煮沸，使瓊脂完全溶解，撤火，降溫至50°C以下，瓊脂和水質(zhì)量比為1:200?300 ；
[0029](5)把冷卻的瓊脂溶液和步驟(3)得到的混合物攪拌均勻，至無(wú)干沙存在為止，陰干備用；
[0030](6)將步驟(5)陰干好的砂做成棒狀。
[0031]在上述染色砂棒的制備方法中，優(yōu)選的，海灘沙、熒光素、瓊脂粉的質(zhì)量比為10000:20:10，瓊脂和水的質(zhì)量比為1:250。所述染色砂棒為細(xì)條狀，優(yōu)選長(zhǎng)度為10?30cm，更加優(yōu)選的長(zhǎng)度為20cm，所述染色砂棒優(yōu)選為長(zhǎng)方體形或柱形，為長(zhǎng)方體形時(shí)，優(yōu)選高度為20cm，長(zhǎng)度為2cm，寬度為0.5cm。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:能夠適應(yīng)濱海濕地復(fù)雜區(qū)域的地表高程測(cè)量，所用的測(cè)量方法不會(huì)因?yàn)楸粵_刷掉就失去測(cè)量能力，不管是在地表高程增加還是降低時(shí)均可實(shí)現(xiàn)地表高程的測(cè)量，適用范圍更加廣泛；所測(cè)得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確；染色砂棒的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)、方便。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明測(cè)量原理示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2示意圖；
[0035]其中，1-地表高程測(cè)量?jī)x；2_水平標(biāo)志層；3_染色砂棒；
[0036]F1-沉積物初始界面；F2_地表沉積侵蝕終界面；I。-染色砂棒初始高度；In-染色砂棒剩余高度；H2-侵蝕厚度；D_沉積侵蝕終界面到剩余染色砂棒頂部的高度。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋。
[0038]實(shí)施例1
[0039]按照如圖1所述的方法，放置地表高程測(cè)量?jī)x1、水平標(biāo)志層2和染色砂棒3。
[0040]所述水平標(biāo)志層2，可以是無(wú)色或著色沙、磚灰、熒光粉、長(zhǎng)石粉、固態(tài)聚酯樹脂層或?yàn)V紙。
[0041]所述染色砂棒3采用下述方法制得:1.取待測(cè)點(diǎn)海灘散沙10kg，熒光素(fluorescein) 20g，瓊脂粉1g ;2.把取來(lái)的海灘沙，用淡水沖洗數(shù)次，晾干備用；3.把按比例稱好的熒光素和晾干的沙攪拌均勻；4.把1g瓊脂放于水2500中煮沸，使瓊脂完全溶解，撤火，降溫至50攝氏度以下；5.把冷卻的瓊脂溶液和攪拌好的沙再攪拌均勻(至沒(méi)有干砂存在為止)，陰干備用；6.將陰干好的砂子做成高約20cm，長(zhǎng)約2cm，寬約0.5cm的染色砂棒。
[0042]所述測(cè)量方法可用于測(cè)量地表高程動(dòng)態(tài)變化和地表加積速率測(cè)量，包括以下步驟:
[0043](I)將地表高程測(cè)量?jī)x固定在測(cè)量點(diǎn)；
[0044](2)在測(cè)量點(diǎn)放置水平標(biāo)志層；
[0045](3)在測(cè)量點(diǎn)放置豎直染色砂棒，染色砂棒頂端與沉積面重合；
[0046](4) 一段時(shí)間t后，讀取地表高程測(cè)量?jī)x獲得地表高程變化S1;
[0047](5)然后鉆孔取樣，獲得水平標(biāo)志層與新形成的地表層之間的垂直高度H1為地表加積厚度；
[0048](6)根據(jù)公式計(jì)算地表加積速率H/t ；
[0049](7)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉厚度A1= H fSp
[0050]實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例除以下特征外，與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)相同:
[0052]所述測(cè)量方法可用于測(cè)量地表高程動(dòng)態(tài)變化和地表侵蝕速率、地表以下土壤下沉速率測(cè)量，包括以下步驟:
[0053](I)將地表高程測(cè)量?jī)x固定在測(cè)量點(diǎn)；
[0054](2)在測(cè)量點(diǎn)放置水平標(biāo)志層；
[0055](3)在測(cè)量點(diǎn)放置豎直染色砂棒，染色砂棒頂端與沉積面重合；
[0056](4) 一段時(shí)間t后，讀取地表高程測(cè)量?jī)x獲得地表高程變化S2;
[0057](5)然后測(cè)量染色砂棒的剩余長(zhǎng)度，獲得染色砂棒減少的長(zhǎng)度&為被侵蝕的沉積物的厚度，H2= I 0-1?;
[0058](6)測(cè)量侵蝕終界面匕與剩余的染色砂棒頂面的距離D ;
[0059](7)根據(jù)公式計(jì)算地表侵蝕速率A = (H2-D) /t ;
[0060](8)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉速率V = [S2-(H2-D) ]/t。
[0061]地表高程測(cè)量?jī)x(SET系統(tǒng))，是測(cè)量小尺度濕地表層高程的高精度儀器，用于野外測(cè)量(下面是安裝和測(cè)量過(guò)程)，并在完成測(cè)量后帶離測(cè)量點(diǎn)，其使用方法和操作規(guī)范按照SET的常規(guī)操作方法使用即可。SET系統(tǒng)包括的部分有I)建立在測(cè)量點(diǎn)的永久性測(cè)量平臺(tái)；2)連接測(cè)量平臺(tái)和SET儀器的連接裝置；3) SET儀器，包括縱向和水平測(cè)量臂，并有測(cè)量相對(duì)平臺(tái)表面高程的測(cè)量棒。其連接裝置的設(shè)計(jì)原則是每次放置的位置完全相同。連接裝置需確保SET每次的空間基準(zhǔn)面是相同的，并且在SET固定好之后的測(cè)量中，做標(biāo)記的水平測(cè)量棒的測(cè)量點(diǎn)都是相同的。因此，連接裝置需要確保的是濕地地表完全重復(fù)測(cè)量。SET的水平測(cè)臂可以旋轉(zhuǎn)，并有螺絲扣和水平校準(zhǔn)氣泡，這樣可以確保無(wú)論什么方向都可以是水平的。九個(gè)測(cè)量棒可以放置在上面測(cè)量沉積物表層的高程。RSET的測(cè)量針是通過(guò)一個(gè)53cm長(zhǎng)的測(cè)量臂上連接9個(gè)測(cè)量針，而且該測(cè)量臂能夠自平衡以減少對(duì)基準(zhǔn)臺(tái)的扭矩。
[0062]由于人為踐踏可能會(huì)影響當(dāng)?shù)馗叱毯椭参?，所以永久性或臨時(shí)性的取樣平臺(tái)和木棧道可以用于接近SET測(cè)量設(shè)備和標(biāo)記水平層(標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)點(diǎn))位置。永久性的取樣平臺(tái)和木棧道通常由防腐木材制作。每個(gè)支架由兩條木腿和一個(gè)橫木組成，木腿是用2X4s木材(實(shí)際大小為3.8X8.9cm)制作，橫木用2 X 6s木材(實(shí)際大小為3.8 X 14.0cm)制作，橫木使用螺栓栓在木腿上。使用長(zhǎng)柄大錘將木腿鑿進(jìn)濕地土壤中。支架距離通常是2到2.4米，一個(gè)2 X 1s (3.8X23.5cm)，長(zhǎng)為2.4米的木材放于支架間來(lái)提供水平棧道。棧道在取樣的時(shí)候可以用螺栓固定在合適的位置，也可以帶到SET設(shè)備安置地點(diǎn)。SET設(shè)備安置地點(diǎn)周圍的四個(gè)支架可以提供一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)可以同時(shí)到達(dá)SET設(shè)備安置地點(diǎn)和它旁邊的標(biāo)記層，一條直線上的單個(gè)支架可以提供棧道到達(dá)該平臺(tái)。平臺(tái)的設(shè)計(jì)和棧道的范圍依賴于濕地內(nèi)部基質(zhì)的堅(jiān)硬性和永久性建筑使用的當(dāng)?shù)乜紤]。如果永久性平臺(tái)和棧道不能使用，可以考慮搭建臨時(shí)性的平臺(tái)。臨時(shí)性的平臺(tái)通常是由木板或鋁板及兩側(cè)的塑料蹬梯組成，蹬梯腿的底部栓有木板，可以分布重力于濕地表面，減少對(duì)周圍的影響。
[0063]設(shè)置砂棒時(shí)，必須在染色砂棒周圍設(shè)計(jì)標(biāo)志，以便在此后的每一固定時(shí)間找到砂棒。用四個(gè)木粧框出一個(gè)正方形，每?jī)蓚€(gè)相鄰木粧之間的間隔為3m。在正方形的每條邊均勻的布設(shè)兩個(gè)染色砂棒，兩個(gè)染色砂棒的間隔為lm，每個(gè)染色砂棒與最近的木粧距離也是lm。北東方向的木粧為I號(hào)木粧，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，南東方向?yàn)?號(hào)木粧，南西方向?yàn)?號(hào)木粧，北西方向?yàn)?號(hào)木粧。從I號(hào)木粧開始順時(shí)針?lè)较蚓帉懭旧鞍籼?hào)碼分別為SI，S2，S3...SS0使用時(shí)，把砂棒豎直插入沉積物中，并使頂端與沉積面一致。埋設(shè)前測(cè)量染色砂棒的長(zhǎng)度并記錄下來(lái)。找砂棒時(shí)，首先通過(guò)手持GPS在潮灘上找到木粧，然后再定位砂棒的位置，并挖出砂棒，用尺子測(cè)量出砂棒的長(zhǎng)度lm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，用于地表加積區(qū)或侵蝕區(qū)測(cè)量，其特征在于，包括以下步驟: (1)將地表高程測(cè)量?jī)x固定在測(cè)量點(diǎn)； (2)在測(cè)量點(diǎn)放置水平標(biāo)志層； (3)在測(cè)量點(diǎn)放置豎直染色砂棒，染色砂棒頂端與沉積面重合； (4)一段時(shí)間t后，讀取地表高程測(cè)量?jī)x獲得地表高程變化S ; 加積區(qū): (5)然后鉆孔取樣，獲得水平標(biāo)志層與新形成的地表層之間的垂直高度H1為地表加積厚度； (6)根據(jù)公式計(jì)算地表加積速率氏/t； (7)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉厚度A1=H1-S ; 侵蝕區(qū): (5)測(cè)量染色砂棒的剩余長(zhǎng)度，獲得染色砂棒減少的長(zhǎng)度&為被侵蝕的沉積物的厚度； (6)測(cè)量侵蝕終界面與剩余的染色砂棒頂面的距離D; (7)根據(jù)公式計(jì)算地表侵蝕速率A= (H2-D)/t ; (8)根據(jù)公式計(jì)算地表以下土壤下沉速率V=[S-(H2-D)]/t。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化加積蝕速率測(cè)量方法，其特征在于，所述S、H0H2, D均為采集的多個(gè)數(shù)值的算術(shù)平均值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，其特征在于，所述地表高程測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂上設(shè)有9個(gè)測(cè)量棒。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，其特征在于，所述水平標(biāo)志層為白色或著色沙、磚灰、熒光粉、長(zhǎng)石粉、固態(tài)聚酯樹脂層或?yàn)V紙。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，其特征在于，所述染色砂棒采用下述方法制備而成: (1)取待測(cè)點(diǎn)海灘沙、熒光素、瓊脂粉，其質(zhì)量比為:待測(cè)點(diǎn)海灘沙:熒光素:瓊脂粉=9000 ?13000:10 ?30:5 ?20 ; (2)將海灘沙用淡水沖洗數(shù)次，晾干備用； (3)將熒光素和晾干的海灘沙攪拌均勻； (4)將瓊脂放于水中煮沸，使瓊脂完全溶解，撤火，降溫至50°C以下，瓊脂和水質(zhì)量比為 1:200 ?300 ； (5)把冷卻的瓊脂溶液和步驟(3)得到的混合物攪拌均勻，至無(wú)干沙存在為止，陰干備用； (6)將步驟(5)陰干好的砂做成棒狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，其特征在于，海灘沙、熒光素、瓊脂粉的質(zhì)量比為10000:20:10。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濱海濕地地表高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率測(cè)量方法，其特征在于，瓊脂和水的質(zhì)量比為1:250。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濱海濕地高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率的測(cè)量方法，其特征在于，所述染色砂棒為長(zhǎng)方體形或柱形。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濱海濕地高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率的測(cè)量方法，其特征在于，所述染色砂棒的長(zhǎng)度為10?30cm。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濱海濕地高程動(dòng)態(tài)變化與加積速率的測(cè)量方法，其特征在于，所述長(zhǎng)方體染色砂棒的高度為20cm，長(zhǎng)度為2cm，寬度為0.5cm。
【文檔編號(hào)】G01C5/00GK105987681SQ201510046080
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日
【發(fā)明人】葉思源, 趙廣明, 袁紅明, 丁喜桂, 王錦
【申請(qǐng)人】青島海洋地質(zhì)研究所