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农村毕业论文:水土流失监测

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2015-11-18

通过现代地形测量技术可以甄别出水土流失和沉积在地形上表现出的细微变化。利用数字高程模型(DEM)可以直接计算水土流失量和沉积量,或者利用 DEM 提取的坡度、坡向和坡长等地貌特征值,并结合相关统计资料和模型来分析水土流失量和沉积量。这些研究主要有: 利用三维激光扫描仪获得侵蚀量等高线图,分析坡度和侵蚀面积和体积的关系[7]; 利用全球定位系统(GPS) 获取目标多时相 DEM 并将其配准到同一坐标系,对比得到研究区的水土流失量; 应用数字影像处理、影像匹配、模式识别等技术,将拍摄对象以数字的方式表达,研究冲沟侵蚀的发育过程及地形因素对冲沟发育的影响[8]; 利用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR) 对地形变化进行监测,以获取水土流失量; 低空无人飞行器遥感测量系统解决了传统航空摄影技术对机场和天气条件的依赖性、成本高、周期长等问题,在水土流失监测中具有广泛的应用前景; 光电侵蚀针根据探针传感器产生的电压与探针暴露长度正比例关系推算侵蚀深度[9]并对水土流失和沉积过程进行监测。

随着核素分析技术发展,在水土流失监测中核素示踪技术已逐渐成为一种新方法并被广泛使用。目前137Cs、210Pbex 和 7Be 等应用放射性核素示踪水土流失成为研究热点。我国许多学者使用核素示踪技术来研究影响水土流失速率因子,分析流域输沙模数的变化,示踪喀斯特地区水土流失的季节性变化和工程建设弃土弃渣场的水土流失速率[10 -12].

沉积泥沙反演法是利用积沙量计算湖泊或塘库淤沙模数、河流含沙量、泥沙输移率、水土流失速率或者利用保存在泥沙中的各种物理、化学、生物和放射性示踪泥沙来源,研究流域侵蚀时空分布,主要包括沉积泥沙测量法、沉积泥沙断代和泥沙来源"指纹"识别等方法。现代原位监测技术不同于径流小区、侵蚀针等传统原位监测,随着现代数据采集、计算机分析技术和数据无线传输技术的发展,已经成为水土流失监测发展的新方向。现代原位监测具有监测数据时效性和完整性的特点,而且能够适应系统化、自动化需求。

实践证明,不同的监测方法有其适用的前提和时空尺度,三维激光扫描技术、核素示踪技术、沉积泥沙反演和现代原位监测等新的监测方法和技术符合水土流失监测理论,满足实际的需要,具有巨大的发展潜力。

2 风力侵蚀监测

风力侵蚀是水土流失主要类型之一,是干旱半干旱及半湿润地区荒漠化的主要原因。目前,国内外风蚀量的监测方法包括集沙盘法、降尘缸法、风蚀盘法、风蚀圈法、粒度对比分析法、示踪法、遥感监测法及风蚀深度监测等。

集沙盘法会对地表造成扰动,张华等在集沙盘上增加托盘,避免了每次收集风蚀物时对地表的扰动,但此法不能确定沙的来源,还有待于进一步研究; 降尘缸法分为干法、湿法和玻璃球法 3 种,湿法和玻璃球法的集尘效率明显高于干法,但这 3 种方法仍不清楚降尘的具体过程[13],国外学者在以往设备基础上改进了玻璃球集尘仪(MD-CO) ,具有集尘效率高的优点[14],但目前的集尘装置都不同程度低估了尘粒物质的数量; 风蚀盘法估算区域风蚀量可以定量研究不同下垫面的风蚀特征[15],但由于风蚀盘不能使土样与地表土壤良好结合,不适合进行长时间段的风蚀量估算; 赵沛义等[16]受风蚀盘启发,研制出了由 PVC管及尼龙布嵌套而成的高 2 cm,外径 25cm 的风蚀圈,可做野外长期监测,实现土壤风蚀的定量观测,但风蚀圈取放土样困难,可能会影响测量值的准确性; 粒度对比分析法当前可用于测定和估算风蚀量,但由于其应用较少还需进一步验证; 通过建立风蚀率 137Cs 评估模型,估算风蚀速率,从而得出风蚀量; 遥感法不能直接得到区域土壤风蚀的数量值,可以用于调查水土流失面积及变化、研究影响侵蚀的因子并探讨相应的风蚀防治措施等; 测钎(侵蚀针) 法可用于直接测量风蚀深度,但需有一定的强度且足够细,不易被折弯,国外学者 Gupta 等使用 1m 长的铁钎测量了印度拉贾斯坦的裸露砂质平原风蚀量。目前,在我国的生产建设项目中多使用测钎法。

与水蚀相比,风蚀物质迁移过程和路径更为复杂,且难以捕捉。在将来的风蚀监测中,不仅在深入研究风蚀机理的基础上,不断改进观测设备,还应该深入研究观测设备在野外布设和安装技术及其对观测精度的影响,提高观测精度,以期解决点观测资料在面尺度上的问题。

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