計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢獻率的方法
【專利摘要】本發明公開了一種計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢獻率的方法，它包括：步驟1、選取監測對象：選取喀斯特地區的水庫或塘庫、地下暗河和不同的土地類型作為監測對象；步驟2、對監測對象進行采樣；步驟3、各采樣樣品137Cs含量的測定；步驟4、根據樣品中137Cs含量的測定值計算出土壤地表和地下水土流失的相對貢獻率；本發明解決了現有技術中由于喀斯特地區土被分布空間不連續，基巖裸露率較高，存在土壤滑，地下流失嚴重，放射性核素示蹤法難以使用于喀斯特坡地；傳統的水土流失監測方法的試驗資料有限缺乏，僅通過短時間的測定無法準確估算中長期的平均土壤侵蝕速率，難以反演和刻畫石漠化與水土流失的關系等技術問題。
【專利說明】
計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢獻率的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于喀斯特地區水土流失監測技術，尤其涉及一種計算喀斯特區域地下和 地表水土流失相對貢獻率的方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的土壤水土流失或土壤侵蝕的監測方法:有水文站觀測法，但此觀測方法投 資大歷時長，而且測得的數據只能反映整個流域的侵蝕產沙狀況，不能得到流域內不同地 貌單元或土地利用類型上的侵蝕量;插針打粧法，該方法容易受耕作活動的影響，而且每年 侵蝕一般只有幾毫米，誤差大;徑流小區法，費工費時，需要大量的人力物力投資，只能得到 整個坡面的侵蝕量，不能揭示不同坡面部位侵蝕強度;遙感研究方法，主要用于大流域和區 域尺度上的土壤侵蝕宏觀研究，從坡面這個相對微觀的角度進行侵蝕研究，還存在較大的 難度，很難做到定量;放射性核素示蹤法，是國際上通用的一種土壤侵蝕率的測算方法，已 經廣泛用于湖泊、山塘、水庫、洪泛平原、三角洲、特別是在黃土高原土壤侵蝕測算中發揮出 了巨大作用，但因為喀斯特地區土被分布空間不連續，基巖裸露率較高，存在土壤滑，地下 流失嚴重，放射性核素示蹤法難以使用于喀斯特坡地;傳統的水土流失監測方法的試驗資 料有限缺乏，大部分徑流試驗都是在90年代后修建的，而且僅通過短時間的測定無法準確 估算中長期的平均土壤侵蝕速率，難以反演和刻畫石漠化與水土流失的關系。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題:提供一種計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢 獻率的方法，以解決現有技術中由于喀斯特地區土被分布空間不連續，基巖裸露率較高，存 在土壤滑，地下流失嚴重，放射性核素示蹤法難以使用于喀斯特坡地;傳統的水土流失監測 方法的試驗資料有限缺乏，僅通過短時間的測定無法準確估算中長期的平均土壤侵蝕速 率，難以反演和刻畫石漠化與水土流失的關系等技術問題。
[0004] 本發明技術方案： 一種計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢獻率的方法，它包括： 步驟1、選取監測對象:選取喀斯特地區的水庫或塘庫、地下暗河和不同的土地類型作 為監測對象； 步驟2、對監測對象進行采樣； 步驟3、各采樣樣品137Cs含量的測定； 步驟4、根據樣品中mCs含量的測定值計算出土壤地表和地下水土流失的相對貢獻率。
[0005] 步驟1所述不同的土地類型它包括:林灌地、灌木林地、坡耕地、林草地、林地、草 叢、灌叢和灌草叢。
[0006] 步驟2所述的對監控對象進行采樣，其采樣方法為：對于水庫或塘庫中泥沙的采 樣，采用梅花形布點法采集5個樣品，所采的樣品為水庫底泥的表層積泥;對于不同的土地 類型表層土壤的采樣，每種土地類型均采用蛇形布點法采集5個樣品，采集時直接扒去地表 枯枝落葉即可獲取表層土壤;地下暗河的采集，根據暗河形態隨機選取5個點進行采集，采 集的是暗河中底泥的表層積泥，每個采集點采集的樣品都需要分裝保存后待測。
[0007]步驟3所述各采樣樣品mCs含量的測定方法為:通過Y輻射測量法測定土壤中mCs 的含量。
[0008]步驟4所述根據樣品中137Cs含量的測定值計算出土壤地表和地下水土流失的相對 貢獻率的方法為： 步驟1、水庫或塘庫樣品中的mCs含量取平均值為Cd; 步驟2、不同土地類型中樣品mCs含量取平均值，對于林灌地、灌木林地、坡耕地、林草 地、林地、草叢、灌叢和灌草叢其平均值分別對應為Cml、Cm2、Cm3、Cm4、Cm5、Cm6、Cm7和Cm8; 步驟3、將不同土地類型的 137Cs含量取平均值后相加，其公式為：
步驟4、地下暗河樣品中mCs含量取平均值定義為Cn; 步驟5、將上述各值代入相對產沙混合模型 f 1.? ~ ：：+'.'€.? fe： r： t ?δ?^-： -? } 中即可計算出喀斯特地區土壤地表和地下水土流失的相對貢獻率;式中：Cd為水庫沉 積泥沙137CS含量(Bq/kg); Cm為土壤地面流失產出泥沙137Cs含量(Bq/kg ); Cn為土壤地下流失產出泥沙137Cs含量(Bq/kg); fm為地面流失產沙相對貢獻率(％); fn為地下流失產沙相對貢獻率(％)。
[0009] 本發明的有益效果： 本發明的特點:第一、本發明克服了傳統方法在測算土壤侵蝕率或水土流失中的缺陷； 第二，利用放射性核素 mCs進行土壤水土流失研究能夠簡便，快速，準確地獲取土壤流失、 沉積和空間重新分布的詳細信息;第三，投資小，所測數據能反映不同土地類型的地表和地 下水土流失的產沙狀況;第四，適用于喀斯特地區土被分布空間不連續、基巖裸露較高、土 壤出現蠕滑、地下水土流失嚴重區域的水土流失監測；第五，能準確測算中長期的平均土壤 侵蝕速率和反演石漠化與水土流失的關系，為石漠化治理和生態保護提供科學依據;第六， 不僅適用于宏觀區域的水土流失監測，而且適用于小流域的水土流失監測；本發明解決了 現有技術中由于喀斯特地區土被分布空間不連續，基巖裸露率較高，存在土壤滑，地下流失 嚴重，放射性核素示蹤法難以使用于喀斯特坡地;傳統的水土流失監測方法的試驗資料有 限缺乏，僅通過短時間的測定無法準確估算中長期的平均土壤侵蝕速率，難以反演和刻畫 石漠化與水土流失的關系等技術問題。
[0010]
【具體實施方式】： 一種計算喀斯特區域地下和地表水土流失相對貢獻率的方法，它包括： 步驟1、選取監測對象:選取喀斯特地區的水庫或塘庫、地下暗河和不同的土地類型作 為監測對象； 步驟2、對監測對象進行采樣； 步驟3、各采樣樣品mCs含量的測定； 步驟4、根據樣品中137Cs含量的測定值計算出土壤地表和地下水土流失的相對貢獻率。
[0011] 步驟1所述不同的土地類型它包括:林灌地、灌木林地、坡耕地、林草地、林地、草 叢、灌叢和灌草叢。
[0012] 步驟2所述的對監控對象進行采樣，其采樣方法為：對于水庫或塘庫中泥沙的采 樣，采用梅花形布點法采集5個樣品，所采的樣品為水庫底泥的表層積泥;對于不同的土地 類型表層土壤的采樣，每種土地類型均采用蛇形布點法采集5個樣品，采集時直接扒去地表 枯枝落葉即可獲取表層土壤;地下暗河的采集，根據暗河形態隨機選取5個點進行采集，采 集的是暗河中底泥的表層積泥，每個采集點采集的樣品都需要分裝保存后待測。
[0013] 步驟3所述各采樣樣品mCs含量的測定方法為:通過Y輻射測量法測定土壤中mCs 的含量。
[0014] mCs半衰期為30.167 1 a。主要來源于核武器試驗、核反應堆的放射性廢物、核 燃料后處理廠的放射性廢液等。mCs易被土壤中的礦物質牢牢固定，不易通過代謝過程被 植物吸收，其在土壤中的重新分布只是由土壤侵蝕或沉積、土壤耕作等過程引起，與其他因 素無關，可通過Y輻射測量法測定土壤中 mCS的含量，測定原理:在酸性介質中，用無機離子 交換劑(磷鉬酸銨)選擇性的定量吸附 mCs，以是mCs濃集并去除干擾，然后用氫氧化鈉溶 液溶解吸收附mCs后的磷鉬酸銨，并轉化為檸檬酸和乙酸體系，形成碘鉍酸銫沉淀，干燥至 恒重，以本底Y射線測量，計算出 137Cs的放射性活度。
[00? 5 ]步驟4所述根據樣品中137Cs含量的測定值計算出土壤地表和地下水土流失的相對 貢獻率的方法為： 步驟1、水庫或塘庫樣品中的mCs含量取平均值為Cd; 步驟2、不同土地類型中樣品mCs含量取平均值，對于林灌地、灌木林地、坡耕地、林草 地、林地、草叢、灌叢和灌草叢其平均值分別對應為Cml、Cm2、Cm3、Cm4、Cm5、Cm6、Cm7和Cm8; 步驟3、將不同土地類型的 137Cs含量取平均值后相加，其公式為：
步驟4、地下暗河樣品中137Cs含量取平均值定義為Cn; 步驟5、將上述各值代入相對產沙混合模型 {l ^ = v ^ fη Cr ?- f. f r -:二=iClCT'、} 中即可計算出喀斯特地區土壤地表和地下水土流失的相對貢獻率;式中：Cd為水庫沉 積泥沙137Cs含量(Bq/kg); Cm為土壤地面流失產出泥沙137Cs含量(Bq/kg ); Cn為土壤地下流失產出泥沙137Cs含量(Bq/kg); fm為地面流失產沙相對貢獻率(％); fn為地下流失產沙相對貢獻率(％)。
[0016] 數據分析與驗證。河流、湖泊、塘庫等是從山體流入泥沙的匯，而這些泥沙里面 的137Cs含量小于等于1.59.說明注入了不含量 mCs的土壤，而這些土壤應是土壤圈深層的， 未受mCs林曬到的土壤才不含mCs，而這些土壤流失的一個途徑就是通過裂隙、管道、暗河 漏失的。理想狀態下，如果土壤地下流失產出的泥沙所含mCs為零，那就可以直接根據地面 表層土樣的 mCs含量和水庫中的mCs含量帶入簡單混合模型中求出地表和地下水土流失 額相對貢獻率，如果土壤地下流失產出的泥沙所含 mCs不為零，那就根據所采樣品測出的 值帶入簡單混合模型，求出地表和地下水土流失的相對貢獻率。
【主權項】
1. 一種計算喀斯特區域地下和地表水±流失相對貢獻率的方法，它包括： 步驟1、選取監測對象：選取喀斯特地區的水庫或塘庫、地下暗河和不同的±地類型作 為監測對象； 步驟2、對監測對象進行采樣； 步驟3、各采樣樣品i37Cs含量的測定； 步驟4、根據樣品中i37Cs含量的測定值計算出±壤地表和地下水±流失的相對貢獻率。2. 根據權利要求1所述的一種計算喀斯特區域地下和地表水±流失相對貢獻率的方 法，其特征在于:步驟1所述不同的±地類型它包括:林灌地、灌木林地、坡耕地、林草地、林 地、草叢、灌叢和灌草叢。3. 根據權利要求1所述的一種計算喀斯特區域地下和地表水±流失相對貢獻率的方 法，其特征在于:步驟2所述的對監控對象進行采樣，其采樣方法為:對于水庫或塘庫中泥沙 的采樣，采用梅花形布點法采集5個樣品，所采的樣品為水庫底泥的表層積泥;對于不同的 ±地類型表層±壤的采樣，每種±地類型均采用蛇形布點法采集5個樣品，采集時直接化去 地表枯枝落葉即可獲取表層±壤;地下暗河的采集，根據暗河形態隨機選取5個點進行采 集，采集的是暗河中底泥的表層積泥，每個采集點采集的樣品都需要分裝保存后待測。4. 根據權利要求1所述的一種計算喀斯特區域地下和地表水±流失相對貢獻率的方 法，其特征在于:步驟3所述各采樣樣品i37Cs含量的測定方法為:通過Y福射測量法測定±壤 中i37Cs的含量。5. 根據權利要求1所述的一種計算喀斯特區域地下和地表水±流失相對貢獻率的方 法，其特征在于:步驟4所述根據樣品中i37Cs含量的測定值計算出±壤地表和地下水±流失 的相對貢獻率的方法為： 步驟1、水庫或塘庫樣品中的i37Cs含量取平均值為Cd; 步驟2、不同±地類型中樣品i37Cs含量取平均值，對于林灌地、灌木林地、坡耕地、林草 地、林地、草叢、灌叢和灌草叢其平均值分別對應為Cml、Cm2、Cm3、Cm4、Cm5、Cm6、Cm7和Cm8; 步驟3、將不同±地類型的i37Cs含量取平均值后相加，其公式為：步驟4、地下暗河樣品中i37Cs含量取平均值定義為Cn; 步驟5、將上述各值代入相對產沙混合模型 黎結.芯妓單:堂―孩?.爭怎致.參:索泣;，：f猿去.惠舞述巧繫畜.} 中即可計算出喀斯特地區上壤地表和地下水上流失的相對貢獻率;式中：Cd為水庫沉積 泥沙 i37Cs 含量(Bq/kg); (：。為±壤地面流失產出泥沙i37Cs含量(Bq/kg); 打為±壤地下流失產出泥沙i37Cs含量(Bq/kg); fm為地面流失產沙相對貢獻率(％); fn為地下流失產沙相對貢獻率(％)。
【文檔編號】G01T1/167GK106093342SQ201610391385
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610391385.8, CN 106093342 A, CN 106093342A, CN 201610391385, CN-A-106093342, CN106093342 A, CN106093342A, CN201610391385, CN201610391385.8
【發明人】白曉永, 田義超, 馬鳳杰, 許燕, 吳路華
【申請人】中國科學院地球化學研究所