锡林郭勒草原土地砾石覆盖度两种测量方法的对比分析

文章采用背景色照片法和测量盘法两种方法,对锡林郭勒盟草原50块样地地表砾石覆盖度进行测量,并依据砾化程度分类指标明确各样地土地砾化程度等级。通过两种方法测量得到的覆盖度数据对比分析发现:(1)在取样区内随着砾石粒径的不断增加,砾化程度逐渐减小,砾化主要集中在[2~32) mm粒径。(2)两种测量方法得到的砾石总覆盖度呈极显著正相关,相关方程为:y=1.05x+1.607(r^(2)=0.63,P<0.05),均通过Bland-Altman一致性检验,测量砾石覆盖度的两种测量方法可以互换使用。(3)两种测定方法测定不同粒径的分覆盖度都与总覆盖度紧密相关,可以利用某一粒径范围的覆盖度推测得出总覆盖度。(4)通过对两种测量方法各自特点的分析,明确了两种测量方法的适用情景、测量精度、人力耗时等方面的情况。背景色照片法适合室内使用,测量结果更为精确,但不能实地、实时获取测量结果;测量盘法更适合野外使用,可以实地、实时获取测量结果,但测量结果不如前者精确。

砾石覆盖度测量方法研究

地表砾石是各种水文和侵蚀等过程综合作用的产物，是土壤退化和生态系统恶化的一个标志；反过来这些砾石也影响到侵蚀的各个过程。分别利用视点框架法和照相法对不同粒径样本下（2～6mm，6～20mm，20～60ram）的砾石覆盖度进行了测量，对比分析了不同砾石覆盖度测量方法对其精度的影响。结果表明，采用两种测量方法观测砾石覆盖度均能达到一定精度，视点框架法测量的砾石覆盖度相对误差变化范围为-7．84％～80．86％，平均相对误差为15．69％，照相法测量的砾石覆盖度相对误差变化范围为-48．35％～9．89％，平均相对误差为-11.69％。随着砾石覆盖度的增加，视点框架法测量的相对误差绝对值表现为减小。视点框架法测量的最大相对误差均值的绝对值随着抽样次数的增加而减少，当抽样次数达到约30，相对误差减小的趋势减缓。

北京山区砾石覆盖度和砾石含量的关系研究

砾石是各种水文和侵蚀等过程综合作用的产物,是土壤退化和生态系统恶化的一个标志,反过来土壤中的砾石和地表砾石也影响到各种各样的侵蚀过程。研究基于北京山区3块农用地地表砾石覆盖度和分层(0-2,2-5,5-10,10-15,15-20 cm)砾石重量百分含量数据,对地表砾石覆盖度和砾石重量百分含量的关系进行了研究。结果表明:地表砾石覆盖度和砾石重量百分含量之间的相关系数随采样深度的增加而减小,相关系数和采样深度存在负相关,表层砾石百分含量和地表砾石覆盖度之间的相关性较底层好;梯田和自然坡两种不同状态下,砾石覆盖度同表层砾石重量百分含量都存在一定的相关性,砾石覆盖度与大粒径(6～20,20～60 mm)砾石百分含量的相关系数较小粒径(2～6 mm)好,砾石覆盖度与粒径>2 mm的砾石重量百分含量显著正相关。

砾石床面的空气动力学粗糙度

通过砾石床面的空气动力学粗糙度(Z0)的风洞实验研究,结果表明,砾石床面的空气动力学粗糙度(Z0)与砾石粒径、砾石覆盖度和自由风速有关,Bagnold的1/30定律和其它有关空气动力学粗糙度与粗糙元高度的固定比例对砾石床面都不适用。在各种一定砾石覆盖度条件下,砾石床面的Z0随自由风速的增加而呈指数衰减。在各种一定自由风速条件下,Z0随砾石覆盖度C的变化遵循二次曲线:Z0=F1+F2C+F3C1.5+F4C2,砾石覆盖度为40%～75%时,Z0达到最大值。建立了包含自由风速和砾石覆盖度两个因子的Z0的双因子综合模型。

华北土石山区砾石覆盖对土壤溅蚀的影响

为探讨降雨强度和砾石覆盖度与土壤溅蚀的关系,通过野外人工模拟降雨,采用自主设计的圆形溅蚀板定量研究不同砾石覆盖度(0、5%、10%、15%、20%)、不同降雨强度(40、80和120 mm/h)对土壤溅蚀量的影响。结果表明:在相同的砾石覆盖度下,溅蚀量与降雨强度成线性正相关;在相同降雨强度下,溅蚀量随砾石覆盖度的增加呈指数递减趋势;随着降雨强度的增大,土壤溅蚀量受砾石覆盖度影响的程度减小;土壤溅蚀量随溅蚀距离的增加先增大后减小;土粒飞溅距离与降雨强度呈正相关;砾石覆盖对抑制溅蚀具有重要影响。

拉萨河流域不同植被类型坡面砾石形态与分布特征

坡面砾石的分布特征显著影响着地表土壤侵蚀及水文过程,而目前针对高寒区坡面砾石形态与分布特征的研究较为薄弱。为此,在西藏拉萨河流域选择9个典型坡面的山坡及其下堆积坡,将其按山坡—堆积坡的植被类型分为草—草坡面(A)、灌草—草坡面(B)和灌草—灌草坡面(C)3类,并对各坡面样点进行现场拍照采样,利用ImageJ软件获取砾石粒径、圆度、形状比率以及覆盖度,分析不同类型坡面砾石的粒度组成、形态特征以及覆盖度,研究坡面砾石的形态与分布特征。结果表明:(1)A类坡面山坡砾石平均粒径显著大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径无显著性差异,C类坡面山坡砾石平均粒径显著小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石粒度组成存在差异。(2)整体上A,B,C这3类坡面的山坡和堆积坡砾石圆度和形状比率无显著性差异。(3)A类坡面山坡砾石覆盖度大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石覆盖度相差不大,C类坡面山坡砾石覆盖度小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石覆盖度大小存在差异。(4)同一坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径及覆盖度主要受坡度的影响,而同一类坡面之间的砾石粒度组成及覆盖度大小因受植被、气候、岩性、海拔等的影响也存在差异。研究结果可为研究青藏高原土壤侵蚀与水文过程提供理论依据,为该区域水土流失治理工作提供科学支撑。

基于无人机图像的戈壁表面砾石特征变化研究

[目的]通过无人机平台和运动结构建模技术获取了覆盖较大范围的戈壁表面正射图像和数字地面模型,以位于新疆维吾尔自治区哈密市天山南坡的洪积扇为研究对象,进行戈壁表面砾石覆盖度和粒径的测量及分析,探讨利用无人机和图像处理技术进行大范围戈壁砾石研究的适用性。[方法]通过自洪积扇扇心到靠近扇缘选取3个典型样区,利用无人机获取连续覆盖的戈壁表面高分辨率图像,生成了戈壁表面的高清正射拼接图像以及高精度的地形数据,并提取了样区内砾石(粒径≥7 mm)的覆盖度及砾石(粒径≥32 mm)的粒径。[结果]自扇心到靠近扇缘,3个样区的砾石覆盖度分别为34.22%,26.85%,21.88%;砾石粒径均值分别为130,95,78 mm。随海拔下降,样区总体砾石覆盖度和粒径均呈下降趋势,且自扇中到扇缘相比自扇心到扇中下降趋势有所减缓;而在各个样区内部,砾石覆盖度及粒径与海拔关系不明显。[结论]在洪积扇尺度上,砾石覆盖度与粒径变化主要受海拔影响;在样区尺度上,砾石覆盖度和粒径变化则可能受到植被分布和局部地形的影响。利用无人机和图像处理技术,可以高效且准确地评估大范围戈壁表面砾石特征及分布,为戈壁形成演化研究提供基础数据及技术支撑。

砾石覆盖对边界层风速梯度的影响

通过莫高窟窟顶野外风洞实验对不同覆盖度砾石床面风速梯度的变化规律进行了研究。结果表明,床面砾石平均高度以下风速梯度随砾石覆盖度变化比较杂乱,而砾石平均高度以上风速梯度随覆盖度增加呈现出有规律的变化。从覆盖度5%到35%风速逐渐减小,40%～80%趋于稳定,35%最小。据此,大气边界层可明显分为两层,约以砾石平均高度为界,下层定义为粗糙亚层,上层定义为惯性亚层。粗糙亚层风速梯度随砾石间距高度比D/H值的变化同样比较杂乱;惯性亚层风速梯度随砾石间距高度比D/H值的变化规律比较一致:风速在D/H值0.3～1.5段趋于稳定,2.0～4.0段风速逐渐增大,1.5处风速最小。另外,对砾石床面不同高度阻风效应的计算表明,砾石床面的阻风作用在砾石床面表面附近最强(0.75 H～1.1 H),粗糙亚层阻风作用随高度增大而增大,惯性亚层阻风作用随高度增大逐渐减小。该粒径砾石阻风效应最优间距高度比D/H值为1.5,最优间距为3cm,最优覆盖度为35%,为砾石防沙工程的铺设提供了一定的参考作用。

阿拉善高原土地砾化特征及监测指标

探究阿拉善高原土地砾化地区的地表砾石覆盖度(G_(c)),单位面积地表砾石质量(G_(m)),0~5 cm、5~10 cm土层深度的砾石质量含量[G_(mc)(0~5 cm)、G_(mc)(5~10 cm)]特征及其相关关系,为其砾化土地的监测与评估奠定指标基础。野外采集阿拉善高原土地砾化地区的砾石样品,测定其G_(c)、G_(m)、G_(mc)(0~5 cm)和G_(mc)(5~10 cm)。通过单因素方差分析、邓肯多重比较、一元线性回归和相关性分析,探究阿拉善高原的土地砾化特征。结果表明:(1)阿拉善高原各样地总的G_(c)(G_(m))的平均值为39.49%(3544.04 g·m^(-2))。(2)粒径为4~8 mm和8~16 mm的G_(c)(G_(m))要显著高于其他粒径的G_(c)(G_(m))(P<0.05),且粒径为4~8 mm的G_(c)(G_(m))变异系数最小,最为稳定。(3)阿拉善高原各样地在空间分布格局上呈现出G_(c)和G_(m)由东向西、由南向北逐渐增大的分布规律。(4)不同粒径(总)的G_(m)和G_(c)均呈极显著的一元线性回归关系(P<0.01),G_(m)也可以很好的评价土地砾化程度。并根据G_(c)的砾化程度分级阈值确定了相应的G_(m)的砾化程度分级阈值。(5)除2~4 mm和>32 mm的粒径外,其他粒径的G_(c)、G_(m)与0~5 cm土层内G_(mc)的相关性要明显大于与5~10 cm土层内G_(mc)的相关性,总的G_(c)、G_(m)与0~5 cm土层内G_(mc)的相关性要明显大于与5~10 cm土层内G_(mc)的相关性。(6)确定了砾化土地类型之一的戈壁地表砾石覆盖度阈值为25%。研究结果可为阿拉善高原和其他区域砾化土地的监测和评估奠定指标基础。

砾化土地类型、监测指标及生态治理对策

文章论述了砾化与沙化的关系及砾化土地从沙化土地概念中分离出来的意义,对砾化土地的类型进行了划分,提出了地表砾石覆盖度和土壤表层砾石重量百分比两个衡量砾化程度的指标。从方便野外测量和提高室内处理精度方面,提出了测量地表砾石覆盖度的两套方法,并制作了测量工具。同时,在内蒙古中、西部开展了地表砾石覆盖度和土壤表层砾石重量百分比的实地测量,通过分析提出了土地砾化程度(轻度、中度、重度)的划分阈值,明确了内蒙古中、西部砾化土地发生的区域和空间分布规律,认识到土地砾化是比沙化更为严重的退化,并指出了目前荒漠生态治理措施中存在的问题及对策。

金阿铁路戈壁风沙流输沙量研究

目前铁路的修建在戈壁地区面临的一大问题就是戈壁风沙流对工程的危害,风沙流的风蚀和积沙作用严重危害铁路路基的稳定性及机车的行车安全。针对风沙流设计经济合理的工程防治措施是保证工程建设及铁路运营的关键。通过研究前人的研究成果,结合铁路工程在勘察中可以相对容易获取的戈壁砾石覆盖度、风沙颗粒粒径、密度以及风速等影响因子,提出一套计算戈壁风沙流年输沙量的计算公式。不用采取建立长期观测站点等耗费人力财力的常规手段,就可以为工程设计提供相对准确的指标。节约了勘察期间的成本和时间,并使勘察工作更加符合现阶段铁路项目快速建设的时代要求。

基于数字图像的中国西北地区戈壁表面砾石形貌特征研究

中国戈壁面积约66.08万km2,超过了流动沙丘和半固定沙丘的面积之和,但目前对戈壁沉积特征的研究程度相对较低。本文采用ImageJ软件,对中国西北地区戈壁原位无干扰的表面数字图像进行量算,获取了砾石覆盖度、粒径、磨圆度和形状比率等形貌参数。结果表明:中国西北地区戈壁表面的砾石覆盖度介于31.5%~84.6%,以中覆盖度为主,70%的戈壁属于空气动力学稳定表面;90%以上的戈壁表面砾石平均粒径为细砾和中砾。不同区域戈壁表面砾石磨圆度的平均值介于0.50~0.76,形状比率变化范围在1.38~2.46。戈壁表面砾石形貌特征与其成因类型密切相关:以剥蚀(侵蚀)-洪积作用为主形成的戈壁,砾石粒径较粗、形态比率较大、磨圆度低、覆盖度较高;以冲洪积为主形成的戈壁,砾石粒径和形态比率变小,磨圆度变好而覆盖度降低。砾石形貌特征可为追溯戈壁物源区和反演沉积物的搬运堆积过程提供参考。

戈壁表面阻力系数的实验研究

气流对戈壁表面的响应可定量地用阻力系数来表征.通过风洞模拟实验研究了风蚀戈壁表面阻力系数与砾石粒径、覆盖度的关系.结果表明,当砾石覆盖度大于40％～50％时,戈壁表面阻力系数趋于常数.据此,结合野外调查结果认为,我国干旱区的广大戈壁风蚀面大多在空气动力学上是稳定的,至少不是现代风沙活动及沙尘暴的主要物质源地,在戈壁地区风沙活动及沙尘暴防治重点应放在砾石覆盖度较小的“土戈壁”上.用回归方法建立了包含砾石粒径与覆盖度两个变量的阻力系数预测模型,与风洞实验值吻合得比较好（R2=0.94）.通过阻力系数随砾石摩阻雷诺数的变化规律判定,戈壁风蚀面摩阻效应随戈壁砾石粒径与覆盖度的增大而提高.