指纹识别技术在泥沙来源研究中的应用进展

指纹识别技术作为一种较新的研究泥沙来源的方法,在泥沙来源研究中获得了越来越多的重视,特别是复合指纹识别技术定量研究泥沙来源在模型和应用方面已取得了一系列进展。本文阐述了传统研究泥沙来源的方法,总结了单因子指纹识别技术以及复合指纹识别技术在泥沙来源研究中的应用原理与进展,并对复合指纹识别技术应用前景及发展趋势进行了分析。     

黄土高原小流域泥沙来源的复合指纹识别法分析

流域泥沙来源分析对流域治理及水土保持措施评价有重要意义。通过在陕北选定的汇水区内采集的主沟道沟壁、坡地果园、坡耕地及支沟道土壤样品中17种物质的分析,利用Kruskal-WallisH-test和多元判别分析,筛选出土壤全N,低频磁化率χIf、Cu、137Cs和226Ra组成复合指纹识别因子,利用混合模型,对一次洪水携带的泥沙来自4种源地的贡献比进行了动态分析,结果表明:洪水发生时间段内,主沟道发生了重力侵蚀,对今后定量化研究黄土区的重力侵蚀提供了手段。通过加权平均,总体上,本次洪水携带的总泥沙有33.7%来自主沟道,60.0%来自坡地果园,3.0%来自小块的坡耕地以及3.3%来自支沟道。混合模型拟合优度检测值为0.91,证明在黄土高原可以应用复合指纹识别方法研究洪水泥沙来源,并且能对重力侵蚀产沙进行定量分析。     

应用^137Cs研究小流域泥沙来源

通过在0.17km^2面积的小流域198个点,525个样品表层土壤中^137Cs含量的分析,研究结果表明：（1）不同地貌部位^137Cs含量有明显分异,为^137Cs法定量研究土壤侵蚀与沉积提供了科学依据,（2）小流域泥沙主要来源于沟谷地,占流域总产沙量的72．4％,（3）^137Cs技术测定的是净土壤侵蚀量,可持供更为真实的侵蚀,产沙及沉积信息,虽计算侵蚀量和沉积量有待完善,但可较准确的表达相对侵量的变化与分布趋势,这是^137Cs技术与其他方法相比较显著的特点。     

基于文献计量学分析泥沙来源研究进展与热点

明确流域或区域泥沙来源对水土保持措施科学布局有重要意义。为了更好地掌握泥沙来源研究的发展动态,研究借助文献计量方法与可视化工具——CiteSpace软件,对中国知网(CNKI)总库和Web of Science数据库迄今关于泥沙来源的所有文献进行收集分析,探寻当前该领域的研究热点,为未来的发展研究提供参考。对检索获取的6 000余篇中文和英文文献的分析发现,当前泥沙来源研究的主要对象包括淤地坝、小流域、河流与盆地。研究热点主题主要包括泥沙输移、泥沙形态和土壤侵蚀; 热点研究内容注重对环境效应、影响因素等进行综合研究; 热点研究手段是复合指纹识别技术。关键词突现图和时区图展现的前沿研究趋势显示,在重点研究区要重建流域泥沙来源历史的演变规律; 指纹识别法作为热点研究手段则亟需科学的试验设计来验证该方法的准确性; 将来的研究则侧重于形成类似“复合指纹系统工具”的工具,服务于流域管理、侵蚀泥沙产生的环境风险预测等方面。     

高泉沟流域泥沙来源研究

<正> 一、流域概况 高泉沟流域位于定西县东南部团结乡境内,总面积9.168km~2。根据我国干旱半干旱地区自然区划,该区属于北部中高原半干旱温凉农区,地处我国生态环境脆弱带腹地。全流域自北而南地势逐渐升高,海拔高度2056～2447m,其制高点为黄河水系祖历河流域与渭河流域的分水岭。流域被Ⅰ号、Ⅱ号两条干沟切割,形成“两沟一梁四面坡”的地貌特征。Ⅰ号沟贯穿南北,总长5km左右,为流域输沙的主要通道;Ⅱ号沟于交汇口自西南方向溯源而上,长度及侵蚀规模均不及Ⅰ号主沟,为流域输沙的次要通道。主沟两侧分布有上百条二级支沟,沟长大于50m的支沟有69条。流域沟壑密     

复合指纹识别技术定量示踪流域泥沙来源

土壤侵蚀导致水土资源及土地生产力的破坏和损失,泥沙淤积危害及其引发的一系列水环境效应已成为当前及以后一段时期内研究的热点和重点。开展流域(河流)泥沙来源研究,查明入塘、河、库泥沙通量,定量识别泥沙来源具有重要现实指导意义。选取了一个由山坪塘控制出口的封闭式农业单元小流域(10.7 hm2),开展复合指纹识别技术定量辨析塘库沉积泥沙来源新尝试。据流域现状,定性划分了3种泥沙来源,即旱地、水田、林草地,并分别于塘库中部采取A、B、C三柱表层沉积泥沙;结合复合指纹识别技术定量解析了塘库表层沉积泥沙来源。研究表明,塘库沉积泥沙各来源相对输沙贡献分别为旱地84%、水田14%、林草地2%,复合指纹识别技术能较好地辨析小流域泥沙来源。     

稀土元素示踪法在土壤侵蚀与泥沙来源研究中的应用

[目的]掌握稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀和泥沙来源的方法,明确其不确定性来源,对正确运用该方法获得可靠的侵蚀速率和泥沙源地贡献结果具有重要意义。[方法]基于前人运用REE示踪土壤侵蚀速率和泥沙来源的研究成果,总结了REE示踪土壤侵蚀的基本技术路线及其在水蚀、风蚀和泥沙来源研究中的应用,探讨了REE示踪土壤侵蚀和泥沙来源研究中的不足。[结果]分析认为REE虽是理想的示踪剂,但REE示踪法仍存在影响示踪土壤侵蚀和泥沙来源准确性的关键方面需要改进,包括REE与土壤结合方式与机理、长期监测或复杂环境下随淋溶、径流的迁移以及植被吸收利用等。在未来研究中应重点关注大量释放REE对土壤、植物、环境健康的影响以及REE示踪法与复合指纹识别法的结合运用等。[结论]研究结果为提高REE示踪土壤侵蚀结果的准确性,运用该方法开展其他侵蚀类型研究,与复合指纹识别法结合辨别大区域的泥沙来源奠定基础。     

森林火灾流域侵蚀泥沙来源指纹技术研究进展

指纹识别技术是量化流域侵蚀泥沙来源的有效手段,如何应用于火烧流域,仍有一些问题值得探讨。通过回顾相关文献,总结森林火灾通过植被、土壤和灰烬加剧土壤侵蚀的机制,介绍应用指纹技术研究火烧流域泥沙来源的案例,重点分析放射性核素、矿物磁性、物理性质、地球化学元素和有机组分等指纹因子在火烧迹地的含量和性质变化,论述各类指纹因子在火烧流域泥沙来源研究中的适用性,并提出未来应重点关注指纹技术的物理基础、火灾后土壤性质的时空变化规律、指纹因子稳定性验证、燃烧灰烬的影响以及大粒径泥沙的识别等问题。为促进火烧迹地指纹识别技术的研究、理解森林火灾对于流域产沙格局的影响、提升火灾流域水土保持和生态修复的有效性提供理论依据。     

黄土高原淤地坝沉积泥沙在小流域土壤侵蚀研究中的应用

[目的]总结利用黄土高原淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的主要成果,并对其目前存在的问题和以后发展方向进行探讨,以期为深度解译淤地坝沉积泥沙中赋存的小流域土壤侵蚀信息提供基础支撑。[方法]通过查阅国内外文献,结合野外调查和研究经验,总结利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的相关工作。[结果]黄土高原大量的淤地坝、坝地泥沙明显的沉积旋回和现有的可靠断代技术是利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的基础;利用淤地坝沉积泥沙可估算小流域土壤侵蚀强度的变化,识别小流域侵蚀泥沙来源;淤地坝内的泥沙沉积量、理化性质及生物标志物的变化能够反演小流域环境演变过程。[结论]黄土高原广泛分布的淤地坝沉积泥沙赋存有大量小流域土壤侵蚀和侵蚀环境演变的信息,在黄土高原小流域土壤侵蚀机理及小流域环境演变研究中具有重要作用。     

"粒度分析法"在小流域泥沙来源研究中的应用

小流域泥沙来源是土壤侵蚀研究的重点内容,目前,国内外主要利用径流泥沙资料,采用统计分析方法来确定小流域不同地貌部位及不同侵蚀类型的产沙量,研究采用“ 粒度分析法”,对砒砂岩不同侵蚀类型区典型小流域泥沙来源进行了分析计算,结果表明：砒砂岩区小流域泥沙主要来源于沟谷地,占小流域总产沙量的79．39％－84．89％,沟间地产沙量占总产沙量的15．86％－20．61％。     

利用复合指纹法分析剑川双河水库泥沙来源

[目的]定量研究水库沉积泥沙的具体来源,为中国滇西北水土流失区域泥沙来源研究和流域综合治理提供科学依据。[方法]以滇西北剑川县双河水库流域作为研究区,选取林地、草地、耕地及采矿用地4种土地利用类型作为潜在泥沙源头,利用复合指纹法分析双河水库沉积泥沙潜在来源及其贡献百分比。选择27个地球化学因子,通过守恒性检验与Kruskal-Walls H检验并利用逐步判别分析确定最佳指纹因子组合,运用多元线性混合模型计算各泥沙源地贡献百分比。[结果]①共有8个指纹因子(S,Ca,Sr,TP,Cr,Ba,K,Mg)被确认为最佳指纹因子组合,累计贡献率达89.60%;②总体上,泥沙贡献百分比平均值从大到小为:草地(37.28%)耕地(34.62%)林地(27.86%)采矿用地(0.24%);③单位面积上泥沙贡献百分比为:耕地(9.55%)草地(3.78%)采矿用地(1.24%)林地(0.38%)。[结论]复合指纹法适用于双河水库流域泥沙来源判别,耕地仍是土壤侵蚀最为严重的土地利用类型,而草地因面积较大、地表覆盖度较低,也是泥沙贡献较多的土地利用类型。     

指纹技术识别泥沙来源:进展与展望

泥沙来源信息有助于研究流域土壤侵蚀、泥沙输移与沉积特征,对于制定流域泥沙及非点源污染控制战略具有重要意义。泥沙指纹技术是识别泥沙来源的一个可靠方法被广泛应用于世界各地不同流域,最近20多年在指纹因子选择和混合模型优化等技术方法上以及不同时空尺度和源地分类等应用类型上都得到了快速发展,正在从一种研究工具逐步发展为一种管理工具。综述了国内外指纹技术识别泥沙来源在研究尺度、指纹因子筛选、源地贡献分配、不确定性分析等方面开展的研究,并对泥沙指纹技术研究当前存在的问题及今后研究趋势作了分析展望。     

西南典型岩溶槽谷小流域地表和地下河悬浮泥沙来源

为了明确岩溶槽谷小流域地表悬浮泥沙与地下河悬浮泥沙的主要来源,制定具有针对性的水土流失防治措施,该研究以青木关岩溶槽谷小流域为例,采集碳酸盐岩、碎屑岩、沟道和裂隙等4种不同泥沙源地土壤样品,测定了137Cs、磁化率、Li、As等41种土壤理化性质作为指纹因子;利用双边范围检验、均值检验和Kruskal-Wallis H非参数检验对所有指纹因子进行筛选,确定Fe、137Cs、Pb、V、质量频率磁化率5种指纹因子为最佳指纹因子组合;采用复合指纹法定量分析地表和地下河出口悬浮泥沙来源。结果表明：降雨量、降雨历时和降雨强度与流域潜在泥沙源地贡献率存在一定的规律;流域潜在泥沙源地对地表悬浮泥沙平均贡献率分别为碳酸盐岩（43.62%）> 沟道（27.34%）>碎屑岩（17.30%）>裂隙（11.74%）,拟合优度为91.88%;对地下河出口悬浮泥沙的平均贡献率分别为碳酸盐岩（36.14%）>裂隙（24.02%）>沟道（22.93%）>碎屑岩（16.91%）,拟合优度为92.56%。该研究定量分析了岩溶槽谷地表和地下河出口悬浮泥沙的主要来源,可为岩溶槽谷小流域综合治理提供参考依据。     

基于不同模型不同指纹因子的东北黑土区小流域泥沙来源分析

基于指纹识别技术计算了东北黑土区典型小流域不同侵蚀产沙源地的泥沙贡献比。通过分析农地、林地、草地表层土以及侵蚀沟样品中的33种物质,使用非参数检验和多元判别分析筛选出包括P、Ce、Ga、Rb和137Cs组成的最优复合指纹因子,并将放射性核素137Cs和210Pbex作为第2组指纹因子,将最优复合指纹因子中的单个因子分别作为单因子,作为第3组指纹因子,分别利用多元混合线性模型、Bayesian模型和单因子解析解等泥沙来源指纹分析方法计算了表层土和侵蚀沟的相对泥沙贡献比。结果表明:基于不同模型不同指纹因子的泥沙来源贡献比结果虽不尽相同,但无重大差别。利用多元混合线性模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的泥沙来源(表层土47.5%,侵蚀沟52.5%),与最优复合指纹因子计算的泥沙来源(表层土44.6%,侵蚀沟55.4%)基本一致;利用Bayesian模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的表层土和侵蚀沟的泥沙贡献比约各占1/2,而利用最优复合指纹因子计算得到的泥沙贡献比中,表层土(58.8%)多于侵蚀沟(41.2%);以复合指纹因子中单个因子为指纹因子计算解析解,P、Ga、Ce、137Cs 4个因子的判别能力较强,能有效判别泥沙物源区;为保证泥沙贡献比计算结果的精确性,有必要确定各模型的计算精度,并挖掘具体的影响因素,调整参数或算法,为模型改进提供依据。研究发现,面积占比不足1%的侵蚀沟贡献了流域近1/2的泥沙,表明侵蚀沟发育引起的土壤流失不容小觑,应加强对该区侵蚀沟道的治理。     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

坡面侵蚀泥沙来源立体分布研究

采用REE-INAA方法,采取沿坡面分层分段的新型试验布设方法,研究次降雨条件下坡面侵蚀泥沙来源立体分布规律。结果表明:坡面侵蚀形态演变过程可划分为面蚀、细沟发育和细沟稳定3个阶段。细沟侵蚀是坡面侵蚀产沙的主要原因,试验中的细沟侵蚀产沙量约为面蚀产沙量的9.9倍。可以利用侵蚀产沙贡献率来表征不同试验区域产沙量对总产沙量贡献作用的大小。处于坡面底部的Eu区和Yb区是面蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为3.1%和3.3%。处于坡面底部的Nd区和Ce区是细沟侵蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为42.8%和37.5%。坡面中下部是坡面侵蚀泥沙来源的主要区域。