滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法
【专利摘要】本发明属于高程测量方法领域，具体地说，涉及一种滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法。本发明的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，用于地表加积区或侵蚀区测量，包括以下步骤:(1)将地表高程测量仪固定在测量点；(2)在测量点放置水平标志层；(3)在测量点放置竖直染色砂棒，染色砂棒顶端与沉积面重合；(4)一段时间t后，读取地表高程测量仪获得地表高程变化S。与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够适应滨海湿地复杂区域的地表高程测量，所用的测量方法不会因为被冲刷掉就失去测量能力，不管是在地表高程增加还是降低时均可实现地表高程的测量，适用范围更加广泛；所测得的数据更加准确；染色砂棒的制备过程简单，经济、方便。
【专利说明】
滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法
技术领域
[0001]本发明属于高程测量方法领域，具体地说，涉及一种滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法。
【背景技术】
[0002]滨海湿地分布于沿海低地，一般从平均海拔高程至特大高潮所涉及的范围均有湿地分布。其高程受控于两种因素:外源矿物质沉积和湿地植被有机质积累，但是随着长时间的高程加积外源输入会减少，湿地植被的生长由于频繁的水位淹没使其中的植被生长无法与处于高海拔的陆生植被相比较。因此，滨海湿地对有关影响高程变化的过程十分敏感，大尺度的高程变化会导致湿地转化为低海拔的裸滩或高海拔的陆生植被生态系统，小尺度的高程变化会使优势植被发生变化，进而促进土壤的生物地球化学性质和其他进程的变化。
[0003]滨海湿地地表高程变化与沉积物淤积或侵蚀厚度之间的差异，我们统称为地表以下土壤下沉，地表以下土壤下沉厚度=沉积厚度-地表高程变化。引起地表以下土壤下沉的因素包括沉积物压实下沉，有机物分解等。目前测量地表以下土壤下沉多采用地表高程测量仪和水平标志层法:地表高程测量仪能够精确地测量出地表高程的变化；水平标志层法通过在湿地地表平铺一层标志性物质(如长石粉)，一段时间后，在普通标志性物质处进行钻孔取样，用游标卡尺测量出人工标志层与新形成的地表之间的垂直高度，从而计算出沉积物淤积厚度。
[0004]水平标志层法只能提供湿地表层沉积物的加积情况，沉积物加积是非常重要、复杂的过程，湿地植被的持续性很大程度上取决于直接影响湿地相对高程变化的区域泛滥规律。高程和泛滥时间的变化受沉积物加积的直接影响，同时也受海平面上升、区域沉降、浅层压实、地下根系的形成与分解。滨海湿地处于海陆交互带，动力环境复杂，特别是滨海湿地潮滩，很多地方沉积物受到侵蚀，水平标志层可能会被冲刷掉而无法获得沉积侵蚀厚度，从而影响湿地地表动态的监测工作。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种能够适用于滨海湿地复杂环境中的地表高程与加积(或侵蚀)速率测量方法。
[0006]本发明所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，用于地表加积区或侵蚀区地表高程动态变化和加积速率测量，包括以下步骤:
[0007](I)将地表高程测量仪固定在测量点；
[0008](2)在测量点放置水平标志层；
[0009](3)在测量点放置竖直染色砂棒，染色砂棒顶端与沉积面重合；
[0010](4) 一段时间t后，读取地表高程测量仪获得地表高程变化S ;
[0011]加积区:
[0012](5)然后钻孔取样，获得水平标志层与新形成的地表层之间的垂直高度H1为地表加积厚度；
[0013](6)根据公式计算地表加积速率H/t ；
[0014](7)根据公式计算地表以下土壤下沉厚度A1= H !-S ;
[0015]侵蚀区:
[0016](5)然后测量染色砂棒的剩余长度，获得染色砂棒减少的长度&为被侵蚀的沉积物的厚度；
[0017](6)测量侵蚀终界面与剩余的染色砂棒顶面的距离D ;
[0018](7)根据公式计算地表侵蚀速率A = (H2-D) /t ;
[0019](8)根据公式计算地表以下土壤下沉速率V = [S-(H2_D)]/t。
[0020]在滨海湿地高程测量时，如果水平标志层被海水冲走，则表明地表高程下降，此时被侵蚀的沉积物厚度为通过染色砂棒获得的高度H2,此时为侵蚀区；如果染色砂棒被地表层掩埋，此时为加积区。在加积速率测量中放置染色砂棒，以及在侵蚀速率测量方法中放置水平标志层的原因均是为了方便判断是正加积(加积)还是负加积(侵蚀):如染色砂棒被掩埋，则表示在水平标志层之上淤积了新的沉积物，采用加积区所述步骤测量，如染色砂棒裸露在外，水平标志层被冲走，则采用侵蚀区所述步骤测量。
[0021]优选的，为增加测量的准确性，所述S、Hn H2, D均为采集的多个数值的算术平均值。
[0022]优选的，所述地表高程测量仪的测量臂上设有9个测量棒。
[0023]优选的，所述水平标志层为无色或着色沙、砖灰、荧光粉、长石粉、固态聚酯树脂层或滤纸。
[0024]所述染色砂棒采用下述方法制备而成:
[0025](I)取待测点海滩沙、焚光素、琼脂粉，其质量比为:待测点海滩沙:焚光素:琼脂粉=9000 ?13000:10 ?30:5 ?20 ;
[0026](2)将海滩沙用淡水冲洗数次，晾干备用；
[0027](3)将荧光素和晾干的海滩沙搅拌均匀；
[0028](4)将琼脂放于水中煮沸，使琼脂完全溶解，撤火，降温至50°C以下，琼脂和水质量比为1:200?300 ；
[0029](5)把冷却的琼脂溶液和步骤(3)得到的混合物搅拌均匀，至无干沙存在为止，阴干备用；
[0030](6)将步骤(5)阴干好的砂做成棒状。
[0031]在上述染色砂棒的制备方法中，优选的，海滩沙、荧光素、琼脂粉的质量比为10000:20:10，琼脂和水的质量比为1:250。所述染色砂棒为细条状，优选长度为10?30cm，更加优选的长度为20cm，所述染色砂棒优选为长方体形或柱形，为长方体形时，优选高度为20cm，长度为2cm，宽度为0.5cm。
[0032]与现有技术相比，本发明的有益效果是:能够适应滨海湿地复杂区域的地表高程测量，所用的测量方法不会因为被冲刷掉就失去测量能力，不管是在地表高程增加还是降低时均可实现地表高程的测量，适用范围更加广泛；所测得的数据更加准确；染色砂棒的制备过程简单，经济、方便。
【附图说明】
[0033]图1为本发明测量原理示意图；
[0034]图2为本发明实施例2示意图；
[0035]其中，1-地表高程测量仪；2_水平标志层；3_染色砂棒；
[0036]F1-沉积物初始界面；F2_地表沉积侵蚀终界面；I。-染色砂棒初始高度；In-染色砂棒剩余高度；H2-侵蚀厚度；D_沉积侵蚀终界面到剩余染色砂棒顶部的高度。
【具体实施方式】
[0037]下面结合实施例对本发明做进一步解释。
[0038]实施例1
[0039]按照如图1所述的方法，放置地表高程测量仪1、水平标志层2和染色砂棒3。
[0040]所述水平标志层2，可以是无色或着色沙、砖灰、荧光粉、长石粉、固态聚酯树脂层或滤纸。
[0041]所述染色砂棒3采用下述方法制得:1.取待测点海滩散沙10kg，荧光素(fluorescein) 20g，琼脂粉1g ;2.把取来的海滩沙，用淡水冲洗数次，晾干备用；3.把按比例称好的荧光素和晾干的沙搅拌均匀；4.把1g琼脂放于水2500中煮沸，使琼脂完全溶解，撤火，降温至50摄氏度以下；5.把冷却的琼脂溶液和搅拌好的沙再搅拌均匀(至没有干砂存在为止)，阴干备用；6.将阴干好的砂子做成高约20cm，长约2cm，宽约0.5cm的染色砂棒。
[0042]所述测量方法可用于测量地表高程动态变化和地表加积速率测量，包括以下步骤:
[0043](I)将地表高程测量仪固定在测量点；
[0044](2)在测量点放置水平标志层；
[0045](3)在测量点放置竖直染色砂棒，染色砂棒顶端与沉积面重合；
[0046](4) 一段时间t后，读取地表高程测量仪获得地表高程变化S1;
[0047](5)然后钻孔取样，获得水平标志层与新形成的地表层之间的垂直高度H1为地表加积厚度；
[0048](6)根据公式计算地表加积速率H/t ；
[0049](7)根据公式计算地表以下土壤下沉厚度A1= H fSp
[0050]实施例2
[0051]本实施例除以下特征外，与实施例1结构相同:
[0052]所述测量方法可用于测量地表高程动态变化和地表侵蚀速率、地表以下土壤下沉速率测量，包括以下步骤:
[0053](I)将地表高程测量仪固定在测量点；
[0054](2)在测量点放置水平标志层；
[0055](3)在测量点放置竖直染色砂棒，染色砂棒顶端与沉积面重合；
[0056](4) 一段时间t后，读取地表高程测量仪获得地表高程变化S2;
[0057](5)然后测量染色砂棒的剩余长度，获得染色砂棒减少的长度&为被侵蚀的沉积物的厚度，H2= I 0-1?;
[0058](6)测量侵蚀终界面匕与剩余的染色砂棒顶面的距离D ;
[0059](7)根据公式计算地表侵蚀速率A = (H2-D) /t ;
[0060](8)根据公式计算地表以下土壤下沉速率V = [S2-(H2-D) ]/t。
[0061]地表高程测量仪(SET系统)，是测量小尺度湿地表层高程的高精度仪器，用于野外测量(下面是安装和测量过程)，并在完成测量后带离测量点，其使用方法和操作规范按照SET的常规操作方法使用即可。SET系统包括的部分有I)建立在测量点的永久性测量平台；2)连接测量平台和SET仪器的连接装置；3) SET仪器，包括纵向和水平测量臂，并有测量相对平台表面高程的测量棒。其连接装置的设计原则是每次放置的位置完全相同。连接装置需确保SET每次的空间基准面是相同的，并且在SET固定好之后的测量中，做标记的水平测量棒的测量点都是相同的。因此，连接装置需要确保的是湿地地表完全重复测量。SET的水平测臂可以旋转，并有螺丝扣和水平校准气泡，这样可以确保无论什么方向都可以是水平的。九个测量棒可以放置在上面测量沉积物表层的高程。RSET的测量针是通过一个53cm长的测量臂上连接9个测量针，而且该测量臂能够自平衡以减少对基准台的扭矩。
[0062]由于人为践踏可能会影响当地高程和植物，所以永久性或临时性的取样平台和木栈道可以用于接近SET测量设备和标记水平层(标记法实验点)位置。永久性的取样平台和木栈道通常由防腐木材制作。每个支架由两条木腿和一个横木组成，木腿是用2X4s木材(实际大小为3.8X8.9cm)制作，横木用2 X 6s木材(实际大小为3.8 X 14.0cm)制作，横木使用螺栓栓在木腿上。使用长柄大锤将木腿凿进湿地土壤中。支架距离通常是2到2.4米，一个2 X 1s (3.8X23.5cm)，长为2.4米的木材放于支架间来提供水平栈道。栈道在取样的时候可以用螺栓固定在合适的位置，也可以带到SET设备安置地点。SET设备安置地点周围的四个支架可以提供一个平台，该平台可以同时到达SET设备安置地点和它旁边的标记层，一条直线上的单个支架可以提供栈道到达该平台。平台的设计和栈道的范围依赖于湿地内部基质的坚硬性和永久性建筑使用的当地考虑。如果永久性平台和栈道不能使用，可以考虑搭建临时性的平台。临时性的平台通常是由木板或铝板及两侧的塑料蹬梯组成，蹬梯腿的底部栓有木板，可以分布重力于湿地表面，减少对周围的影响。
[0063]设置砂棒时，必须在染色砂棒周围设计标志，以便在此后的每一固定时间找到砂棒。用四个木粧框出一个正方形，每两个相邻木粧之间的间隔为3m。在正方形的每条边均匀的布设两个染色砂棒，两个染色砂棒的间隔为lm，每个染色砂棒与最近的木粧距离也是lm。北东方向的木粧为I号木粧，顺时针旋转，南东方向为2号木粧，南西方向为3号木粧，北西方向为4号木粧。从I号木粧开始顺时针方向编写染色砂棒号码分别为SI，S2，S3...SS0使用时，把砂棒竖直插入沉积物中，并使顶端与沉积面一致。埋设前测量染色砂棒的长度并记录下来。找砂棒时，首先通过手持GPS在潮滩上找到木粧，然后再定位砂棒的位置，并挖出砂棒，用尺子测量出砂棒的长度lm。
【主权项】
1.一种滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，用于地表加积区或侵蚀区测量，其特征在于，包括以下步骤: (1)将地表高程测量仪固定在测量点； (2)在测量点放置水平标志层； (3)在测量点放置竖直染色砂棒，染色砂棒顶端与沉积面重合； (4)一段时间t后，读取地表高程测量仪获得地表高程变化S ; 加积区: (5)然后钻孔取样，获得水平标志层与新形成的地表层之间的垂直高度H1为地表加积厚度； (6)根据公式计算地表加积速率氏/t； (7)根据公式计算地表以下土壤下沉厚度A1=H1-S ; 侵蚀区: (5)测量染色砂棒的剩余长度，获得染色砂棒减少的长度&为被侵蚀的沉积物的厚度； (6)测量侵蚀终界面与剩余的染色砂棒顶面的距离D; (7)根据公式计算地表侵蚀速率A= (H2-D)/t ; (8)根据公式计算地表以下土壤下沉速率V=[S-(H2-D)]/t。2.根据权利要求1所述的滨海湿地地表高程动态变化加积蚀速率测量方法，其特征在于，所述S、H0H2, D均为采集的多个数值的算术平均值。3.根据权利要求1或2所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，其特征在于，所述地表高程测量仪的测量臂上设有9个测量棒。4.根据权利要求1或2所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，其特征在于，所述水平标志层为白色或着色沙、砖灰、荧光粉、长石粉、固态聚酯树脂层或滤纸。5.根据权利要求1或2所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，其特征在于，所述染色砂棒采用下述方法制备而成: (1)取待测点海滩沙、荧光素、琼脂粉，其质量比为:待测点海滩沙:荧光素:琼脂粉=9000 ?13000:10 ?30:5 ?20 ; (2)将海滩沙用淡水冲洗数次，晾干备用； (3)将荧光素和晾干的海滩沙搅拌均匀； (4)将琼脂放于水中煮沸，使琼脂完全溶解，撤火，降温至50°C以下，琼脂和水质量比为 1:200 ?300 ； (5)把冷却的琼脂溶液和步骤(3)得到的混合物搅拌均匀，至无干沙存在为止，阴干备用； (6)将步骤(5)阴干好的砂做成棒状。6.根据权利要求5所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，其特征在于，海滩沙、荧光素、琼脂粉的质量比为10000:20:10。7.根据权利要求5所述的滨海湿地地表高程动态变化与加积速率测量方法，其特征在于，琼脂和水的质量比为1:250。8.根据权利要求5所述的滨海湿地高程动态变化与加积速率的测量方法，其特征在于，所述染色砂棒为长方体形或柱形。9.根据权利要求8所述的滨海湿地高程动态变化与加积速率的测量方法，其特征在于，所述染色砂棒的长度为10?30cm。10.根据权利要求8所述的滨海湿地高程动态变化与加积速率的测量方法，其特征在于，所述长方体染色砂棒的高度为20cm，长度为2cm，宽度为0.5cm。
【文档编号】G01C5/00GK105987681SQ201510046080
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】叶思源, 赵广明, 袁红明, 丁喜桂, 王锦
【申请人】青岛海洋地质研究所