一种大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法与流程

本发明涉及地表高程测量技术领域，特别是涉及一种大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法。

背景技术：

目前测量地表高程的常用方法中，人工示踪沙法、标志桩法、核素示踪技术和水平标志层法均为测量表面高程抬升的方法，因为这些方法都是记录从地表至一定土壤深度的高程变化，是表面沉积与浅层下陷共同作用的结果。具体而言：

人工示踪砂法的成本最高、工作效率却不高，一次实验只能获得一个测点或一条测线的沉积物输运率。测量时不仅需要及时的校正，还要考虑各种干扰钻孔样品的生物及非生物因素。该方法还存在着理论上的完美与实际操作上的困难及不确定性之间的矛盾，因此应用并不广泛。

标志桩的成本低，操作简单易行、直观、技术要求低，并且一条断面上可以布设几十个点，一个岸段可布多条断面，目前仍然有较广的应用。但是当红树林泥炭或有机泥层较厚时，标志桩不能触及坚固的沉淀物或岩石层，并且标志桩本身可能的沉降、埋设过程中及埋设后人为因素引起的升降而产生的测量误差以及标杆本身对冲淤的阻碍作用，降低了该测量方法的精度。只有在滩面平坦，物质组成变化极小的情况下，标志桩是一种简便有效的观测方法。

核素示踪技术以其独有的特点而被越来越多的采用，近年来的研究中主要是利用137cs、210pb和14c法使沉积速率的计算趋于定量化。其中137cs和210pb测年技术适用于测定较短历史时期的沉积速率。其通过沉积地层中赋存的年代信息反演近代沉积过程，提供了一种经济快速且精度较高的方法，被广泛运用于湖泊、河口海岸和海洋现代沉积速率的估算。但是137cs和210pb只有在沉积物样品不受到扰动或者很少受到扰动的情况下才能真实反映出研究的沉积速率，并且由于二者的局限性，同一地区的沉积速率需要相互印证。对于更新世末以来的地质历史时期沉积速率的研究，14c法是一种可行而且较为常用的方法，其原理基本同于前两个，但应注意用常规14c测年所得河口海岸的沉积速率偏小。由于核素示踪技术发展历史较短，因此许多的示踪计算模型并不完善，甚至有些方面还未形成能够得到实际应用的模型，难以被广泛应用。

水平标志层是采用看得见的标志物如长石或砖粉等来测定较短时间的沉积速率，它不仅比较经济、方便，而且可迅速获得最近的沉积速率。而水平标志层(mh)被定义为沉积速率的测量法，因为mh是通过使用标记物质来记录地表的沉淀物沉积量，并没有考虑浅层沉陷（如红树林泥炭物质的自我压紧、有机物分解或脱水等）的影响。不过，水平标志层法在水淹环境中无法使用，并且用此法在测量地表沉积物淤积时须排除易受侵蚀的地表(长石层会被侵蚀)，否则在部分的侵蚀表面测量会高估沉积物平均垂直增加的速率。

大型湖泊洲滩湿地地表高程受到沉降和沉积增加之间复杂关系的直接影响。为湖泊提供水源的上游河流，在汇入湖泊时会携带大量泥沙，其水量、流速、泥沙携带量等水文特征会影响洲滩湿地沉积过程；洲滩沉积物累积速度也受湖泊整体水文情势的影响，包括水位变化、水流方向和流速、丰水期和枯水期时间等，会对洲滩湿地产生沉积和侵蚀两种效应。洲滩湿地通常有茂密的湿地植被覆盖，其枯落物累积会增加沉积量；存在植被的湿地表面沉积程度小于没有植被的区域，而植物地下茎产生的生物量使得会改变洲滩湿地沉降特征。极端天气和水文现象造成大量树木的死亡，对湿地沉积高程的动态变化产生影响(大量树木死亡造成植物根产品减少、土壤有机质自我压紧、湿地沉积高程下降等)。

目前大型湖泊沉积速率检测除前述介绍的几种方法外，主要采用遥感、入湖口泥沙量和湖泊面积来计算，或者采用钻孔取样。这类方法同样存在资金或人力成本高、连续获取数据较困难、测量深度不足、测量精度较低等问题，最重要的是无法准确体现洲滩湿地沉降导致的高程变化。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法。

本发明提供一种大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法，其包括如下步骤：

s1），样点选择

根据植物群落的带状分布安装地表高程测量仪，每个样点设置2-3个地表高程测量仪，沿垂直于水陆交界线的方向排列，其中第一个地表高程测量仪位于水陆交界线靠近陆地一侧，剩余地表高程测量仪位置根据植物群落分布确定；

s2），测量，具体包括：

测量过程初始测量和方向选择：

地表高程测量仪安装后进行初始测量，测量内容包括：地面到基准台上沿高度、基准台上沿到插入式支撑台上沿高度、地面到插入式支撑台上沿高度、测量杆长度及第一次地表高程读数；还需确定水平测量臂读数的固定方向；

地表高程检测读数：

1、将插入式支撑台安装在基准台的连接器中，然后将水平测量臂放置在插入式支撑台上，找到固定的测量方向，将水平测量臂调整水平；

2、下探测量杆，测量杆触地之后，用小夹子固定避免滑动；

3、将地面上的枯枝、植物或碎石拨开，判断其是否属于沉积物；若纤维杆落在无法避开的小洞、树枝或脚印上，则进行记录；

4、测量水平臂上方测量杆的长度；

5、记录样地号、地表高程测量仪编号、日期、测量人；方向号、方位、纤维杆号和纤维杆长度；

6、在其他方向上重复上述测量步骤；当更换测量人或测量杆时，需要进行2次重复测量，以对比其差异性；

测量频率：

测量在大型湖泊丰水期末期测量1次，枯水期末期测量1次，每年2次；

地表高程数据计算：

每个地表高程测量仪每根测量杆的四个方向读数取平均值；

s3），水平标志层放置

在地表高程测量平台四角设置固定的水平标志层样方，面积50cm*50cm，标志层厚度1-2cm，每次测量set均需设置一次水平标志层；每2年使用沉积物柱状采样器采集土芯，测量标志层之间的沉积物厚度；以水平标志层读数在统计模型中作为地表高程变化数据的协因子。

进一步地，所述确定水平测量臂读数的固定方向的步骤中，固定方向选择4个，相互呈90°角，此后每次测量均以这四个方向上的读数为准；若某一方向上地表有异常，则另外增加一个方向。

进一步地，步骤s1中，地表高程测量仪安装后，为避免周边地面受人为干扰而影响读数，还包括建测量平台或设置围栏的步骤，平台范围内禁止进入，防止人为踩踏或其他动物干扰；平台大小为3m*3m。

相对于现有技术，本发明提供的大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法具有如下优点：

set法可以测量土壤不同深度(1-25m)的地表高程抬升速率。而核素示踪技术的岩芯长度在0.5~1.0m范围内，人工示踪沙法钻孔取样的深度一般为lm左右，标志桩的插入深度在0.5~2.0m之间。而且整个松散沉积层都会发生浅层沉陷现象，植物根系和枯落物、地质构造变化和地下水等因素也导致土壤深层区域对地表高程变化产生较大影响。因此，插入土壤深度范围最大的set得到的数据也最能体现湿地整体的地表高程变化。此外，set的基准管足够长，可以确保基准管底部位于坚固的沉淀物或岩石层上，为测量提供一个稳定的基准。最后，set测量法成本居中，得到的地表高程抬升数据可信度高并且重复性好。

使用地表高程测量仪(set)测量地表高程变化，使用水平标志层测量地表沉积变化，可以得到大型湖泊洲滩湿地浅层沉陷的相关数据信息。通过建立湿地地表高程测量站点，可以长期监测湖泊洲滩湿地的高程变化、预测其高程变化趋势，为相关湿地的管理或恢复工程提供科学的依据。

附图说明

图1为本发明提供大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法的测量示意图；

图2为本发明提供大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法中使用的地表高程测量仪的结构示意图。

附图标记说明：

1-水平臂

2-插入式支撑台

3-连接器

4-测量杆

5-基准台

6-基准杆

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法，其包括如下步骤：

s1），样点选择

根据植物群落的带状分布安装地表高程测量仪，每个样点设置2-3个set装置，沿垂直于水陆交界线的方向排列，其中第一个地表高程测量仪位于水陆交界线靠近陆地一侧，剩余地表高程测量仪位置根据植物群落分布确定；

s2），测量，请参见图1和图2，具体包括：

测量过程初始测量和方向选择：

地表高程测量仪安装后进行初始测量，测量内容包括：地面到基准台5上沿高度、基准台5上沿到插入式支撑台上沿高度、地面到插入式支撑台上沿高度、测量杆长度及第一次地表高程读数；还需确定水平测量臂读数的固定方向；

地表高程检测读数：

1、将插入式支撑台安装在基准台5的连接器中，然后将水平测量臂放置在插入式支撑台上，找到固定的测量方向，将水平测量臂调整水平；

2、下探测量杆，测量杆触地之后，用小夹子固定避免滑动；

3、将地面上的枯枝、植物或碎石拨开，判断其是否属于沉积物。若纤维杆落在无法避开的小洞、树枝或脚印上，则进行记录；

4、测量水平臂上方测量杆的长度；

5、记录样地号、地表高程测量仪编号、日期、测量人；方向号、方位、纤维杆号和纤维杆长度；

6、在其他方向上重复上述测量步骤；当更换测量人或测量杆时，需要进行2次重复测量，以对比其差异性；

为了提高测量精确度，尽量保持同一测量人；测量人需要建立一个标准来判断是否真正接触到了沉积物表面；

测量频率：

测量在大型湖泊丰水期末期测量1次，枯水期末期测量1次，每年2次；

地表高程数据计算：

每个地表高程测量仪每根测量杆4的四个方向读数取平均值；由此单个set装置地表高程读数就有9个重复，用以计算平均值和标准误差；分布于不同植被带的set数据用以比较水分梯度或植被造成的差异；分布于湖泊不同区域的set数据用以比较水文变化和淤积速率变化造成的影响。

s3），水平标志层放置

在地表高程测量平台四角设置固定的水平标志层样方，面积50cm*50cm，标志层厚度1-2cm，每次测量set均需设置一次水平标志层；每2年使用沉积物柱状采样器采集土芯，测量标志层之间的沉积物厚度；以水平标志层读数在统计模型中作为地表高程变化数据的协因子。

进一步地，所述确定水平测量臂读数的固定方向的步骤中，固定方向选择4个，相互呈90°角，此后每次测量均以这四个方向上的读数为准；若某一方向上地表有异常，则另外增加一个方向；

进一步地，步骤s1中，地表高程测量仪安装后，为避免周边地面受人为干扰而影响读数，还包括建测量平台或设置围栏的步骤，平台范围内禁止进入，防止人为踩踏或其他动物干扰；平台大小为3m*3m。

请参见图1和图2，上述测量方法中，采用地表高程测量仪（set），set装置结构及其功能如下：

水平测量臂1：用于支撑测量杆、保持测量杆垂直于地面以及固定测量方向。

测量杆2：共9根，用于下探至地面，确定地表高程读数。

插入式支撑台3：用于支撑水平测量臂，与测量臂共同确定固定测量方向。

连接器4：用于连接插入式支撑台和深入地下的基准杆。

基准台5：用于固定连接器，支撑连接器与插入式支撑台。

基准杆6：深入母岩层或深层沉积物，用于保持地表高程测量的基准高度。

相对于现有技术，本发明提供的大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法具有如下优点：

set法可以测量土壤不同深度(1-25m)的地表高程抬升速率。而核素示踪技术的岩芯长度在0.5~1.0m范围内，人工示踪沙法钻孔取样的深度一般为lm左右，标志桩的插入深度在0.5~2.0m之间。而且整个松散沉积层都会发生浅层沉陷现象，植物根系和枯落物、地质构造变化和地下水等因素也导致土壤深层区域对地表高程变化产生较大影响。因此，插入土壤深度范围最大的set得到的数据也最能体现湿地整体的地表高程变化。此外，set的基准管足够长，可以确保基准管底部位于坚固的沉淀物或岩石层上，为测量提供一个稳定的基准。最后，set测量法成本居中，得到的地表高程抬升数据可信度最高并且重复性好。

使用地表高程测量仪(set)测量地表高程变化，使用水平标志层测量地表沉积变化，可以得到大型湖泊洲滩湿地浅层沉陷的相关数据信息。通过建立湿地地表高程测量站点，可以长期监测湖泊洲滩湿地的高程变化，预测其高程变化趋势，对相关湿地的管理或恢复工程提供科学的依据。

以上对本发明所提供的大型湖泊洲滩湿地地表高程动态变化测量方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。