基于探地雷达的地下水土流失研究

西南山区地下水土流失是水土流失的重要途径之一,而表层岩溶带是整个地表物质、生物迁移和转化最活跃的部分,是地表水土物质迁移的主要通道。利用探地雷达对研究区内表层岩溶带发育状况开展实测调查,初步构建喀斯特坡耕地表层岩溶带结构特征、发育状况勘测方法,为判别喀斯特地区地下水土流失方式与途径提供基础数据,以期为西南山区水土流失治理、水土资源优化配置,以及石漠化生态恢复等相关工程措施方案制订提供科学依据。     

探地雷达测定土壤含水率研究综述

准确快速测定土壤含水率,在理论研究与实际应用中都具有重要意义。在综合分析烘干法、中子法、时域反射法和遥感4种土壤含水率测定方法的优缺点基础上,指出探地雷达是一种适合于中尺度的土壤含水率测定的技术。对探地雷达以及探地雷达测定土壤含水率的技术原理与方法进行全面介绍,并以介电常数与土壤含水率的关系模型为主,对国内外这方面的研究工作以及存在的问题进行了总结。最后指出,探地雷达测定土壤含水率是一项非常有前景的技术,但目前国内在这方面的研究工作与国外相比远远不够,今后应加强这方面的研究工作。     

基于探地雷达的土壤水分测定方法研究进展

农田和小流域尺度土壤水分空间和时间分布信息的快速、准确、无损获取是土壤学、农学以及生态环境学等相关科学研究的重要需求.探地雷达作为一种新型地球物理技术, 近年来在多个领域有了应用和推广.本文针对探地雷达技术在土壤水分监测方面应用的科学问题, 在总结国内外相关研究的基础上, 重点阐述了探地雷达技术测定土壤含水量的基本原理、土壤含水量和土壤介电常数的常用关系式、探地雷达技术测定土壤含水量的研究方法及其在国内外的研究进展, 评价了各方法的优势和不足及其在农田土壤中的适用性, 并提出存在的问题和研究展望, 以期为相关科学研究以及探地雷达在我国农田土壤上应用开创新的领域提供参考.     

基于探地雷达的滨海盐渍土表层含水量测定研究

本研究选取了17个植被类型不同或长势不同的典型地块,利用250 MHz中心频率探地雷达,采用固定间距法和共中心点法两种测量方法,分析电磁波信号对土壤剖面特性变异分层的响应特征,提取地面波和表层反射波的传播速度,代入常用的11个土壤介电常数—含水量经验模型,反演表层土壤(0~30 cm)体积含水量。GPR图像可清晰识别0~1m土层的空气波、地面波和反射波信号;GPR反演体积含水量与农田表层土壤实测质量含水量的相关系数可达0.8以上,其中以Topp模型与巨兆强模型的相关系数最高,朱安宁粉砂黏潮土的θ~ε经验模型的平均反演误差为0.012 m~3 m~(-3);对于表层土壤盐分较高的地块,反射波信号反演表层土壤含水量的效果优于地面波;表层土壤扰动越大,雷达波信号提取误差越大,GPR反演含水量的精确度越低。     

探地雷达在土层厚度调查中的试验研究

土层厚度是评价土壤质量的一个重要指标,如何快捷、准确获取土层厚度及相关特性一直是土壤、土地、水利、农学等领域专家关注的问题之一。早在20世纪70年代末期,美国的佛罗里达州就开始用探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)等地球物理技术来研究农业土壤性质的变异性。GPR监测可分直接和间接应用两种情形。     

基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定

高精度快速探测土壤表层水分状况,对于精准农业生产、水资源精确管理及防治坡耕地水土流失具有重要意义。现有探地雷达(ground penetrating radar,GPR)低频探测技术不能满足表层土壤含水量高精度要求,需要发展和应用高精度探测技术。本研究采集江宁某蔬菜地水稻土表层(0~20cm)土壤(粉砂质黏壤土),通过室内模拟试验,利用高频(1 GHz和2 GHz)探地雷达在不同土壤含水量状况下进行探测,获取GPR数据图像信息,提取电磁波谱特征参数,分析其与土壤含水量之间的定量关系。结果表明:1 GHz和2 GHz频率GPR探测的土壤介电常数ε与实测土壤含水量θ拟合的ε~θ模型决定系数R2分别为0.94与0.97,高频探地雷达技术预测粉砂质黏壤土表层土壤含水量是可行的;与低频探地雷达技术相比,高频探地雷达技术能够高精度探测表层土壤含水量。     

基于探地雷达的典型喀斯特坡地土层厚度估测

土层厚度是坡地水文过程的一个重要控制因素。本研究使用MALA公司的探地雷达,分别采用100和500MHZ频率的天线对土层厚度进行探测,然后通过开挖探槽实测土层厚度,同时调查了影响探地雷达结果的因素—土石交界面的基岩风化度,并建立了不同输入下的线性回归模型和GEP模型,对探地雷达在喀斯特坡地土层厚度估测的适用性进行了探讨。结果表明,喀斯特坡面土层浅薄且含有较多碎石,使用频率较高的天线可以提高探测精度;同时将不同频率天线探测的结果以及基岩风化度作为输入,均能提高对土层厚度的模拟精度;相同输入条件下,总体来看,基于GEP算法建立的土层厚度模型模拟精度较经典统计的线性回归和多元回归模型高,R2最大能提高7.6%     

基于探地雷达的典型红壤区网纹红土层识别

网纹红土层的识别对于土壤学和第四纪环境等研究均具有重要意义。以位于南方红壤区的江西省鹰潭市孙家流域为例,通过多频率探地雷达图像解译、钻井探测和土壤含水量分析等方法相结合,研究使用不同天线频率雷达对网纹红土层的识别效果及最佳的雷达探测方法。结果表明:共中心点法(CMP)能够准确地计算出电磁波在不同土地利用类型、不同深度的传播速度,电磁波在网纹红土层的传播速度在0.052 m·ns~(-1)～0.065 m·ns~(-1)之间,平均速度为0.058 m·ns~(-1);剖面深度上的含水量变化特征与土壤层次的分布具有协同性,网纹红土层内土壤含水量逐渐递增,至网纹红土层下界面出现最大值,风化层以下土壤含水量随着深度的增加不断减小;应用60 MHz和120 MHz天线的雷达均可识别网纹红土层的上、下界面,深度拟合结果的R~2分别为0.93和0.86;相比较于60 MHz单天线探测网纹红土层厚度的结果,采用组合天线的方法,即200 MHz和60 MHz天线分别获得网纹红土层上、下界面的深度,能够提高探测准确度,试验平均相对误差由16.2%缩小至6.8%;探地雷达技术不仅可以提高野外调查效率,还有利于推进土壤三维制图的发展。     

低频探地雷达地波法测定土壤含水量的可行性研究

利用地波法来探讨低频探地雷达(GPR)在土壤含水量测定方面的可行性。分别采用50 MHz和100 MHz天线的探地雷达地波法对黄淮海平原潮土地区砂壤土和砂土中的含水量进行了探测研究。结果表明,50 MHz天线GPR分辨率过低,在砂土和砂壤土中均无地波信号。100 MHz天线在砂壤土中无地波信号,但在砂土中可清晰读取出空气波和地波。TDR测得含水量为6.3%的砂土,用100 MHz天线地波法3次测定结果分别为5.9%,6.2%和6.5%,绝对误差均在0.4%以内。采用共中点法(CMP)和固定间距法(FO)相结合探测土壤含水量,在FO最佳天线间距1 m时测得灌水前后的砂土含水量分别为6.5%和20.2%,与TDR测定结果6.3%和19.7%相比,绝对误差在0.5%以内。100 MHz天线CMP和FO相结合的方法兼顾了CMP法读取地波的精确和FO法的快速便捷,在砂土的含水量测定应用中是可信、可行的。     

土壤含水率与探地雷达信号属性的关系研究

通过分层控制土壤含水率,利用加拿大Pulse-EKKO探地雷达进行了土壤含水率与雷达信号属性的关系研究,重点探讨了不同土壤含水率对应的雷达振幅,讨论从雷达波形中提取反射系数并研究其与含水率的变化之间的关系。结果表明:探地雷达的振幅受到含水率变化的影响显著,含水率越高,振幅越小;上下两层土壤含水率的差值与其分界面处的反射系数存在线性关系,且含水率的差值越大,反射系数越大。最后指出,探地雷达信号属性确实能有效反映土壤含水率的信息,若能获取土壤表层的含水率信息,则可以运用本实验得出的关系推算得到地表以下雷达可测深度范围内各层土壤的含水率,因此利用探地雷达信号属性来定量研究土壤含水率的方法是可行的。     

地质雷达技术及其在侵蚀产沙中的应用初探

侵蚀泥沙资料对于研究土壤侵蚀规律具有重要的意义。地质雷达（GPR）为侵蚀产沙的研究提供了一种快速、和高精度经济的地球物理方法；地质雷达利用高频电磁波在介电特性不均匀的介质中产生反射获得剖面图像，通过解译可确定地下沉积物的性质和结构。在简要阐述地质雷达技术的基本工作原理的基础上，介绍了地质雷达技术在成都市百工堰水库进行塘库沉积物调查的具体应用。研究结果表明，地质雷达具有较强的勘察能力，水体与沉积物及基岩间的界面在雷达图像中清晰可见，通过雷达剖面可清楚地观察到水底的起伏情况与沉积物的分布情况。     

基于黄土丘陵沟壑区第Ⅰ副区淤地坝淤积调查的土壤侵蚀模数计算

[目的]探索适合黄土丘陵沟壑区不同沟道土壤侵蚀模数计算的新方法,为区域水土流失防治和水保规划提供数据支持。[方法]以黄土丘陵沟壑区不同沟道74个不同坝型的淤地坝为基础,将其看作小流域的沉沙池,同时结合实地调查测量与分析计算,利用淤地坝赋存的泥沙信息获得不同级别沟道的土壤侵蚀量。[结果](1)在地形复杂的黄土丘陵沟壑区,土壤侵蚀模数与不同沟道对应的淤地坝控制面积具有一定的负相关关系;(2)土壤侵蚀模数调查值较设计值显著降低,造成淤地坝空坝率上升,使淤地坝长期保持负效应。[结论]利用闷葫芦坝淤积量推算坝体控制面积土壤侵蚀量,方法简单合理。同时小流域坝系可采用多种方法综合分析,相互印证,可较准确地确定小流域土壤侵蚀模数。     

论地质条件对某水电站坝型选择的影响

某水电站的地质条件比较复杂,在前期地质工作不足的条件下,认为在此处的工程地质条件总体较优,混凝土拱坝和心墙堆石坝都比较适合;随着坝址区地质勘测的深入,在分析研究了重力坝与拱坝方案存在的主要工程地质问题后,进而比较了上述坝型地质条件的各自利弊,最后推荐了心墙堆石坝.     

紫色土区植物篱篱前淤积带土壤团聚体稳定性特征研究

为探讨紫色土区植物篱篱前淤积带土壤团聚体的稳定性,试验以该淤积带土壤为研究对象,设置了10°对照小区(T1)、10°新银合欢植物篱小区(T2)、10°香根草植物篱小区(T3)、15°对照小区(T4)、15°香根草植物篱小区(T5)等5个处理,采用萨维诺夫法测定了风干团聚体和水稳性团聚体的组成状况,以保存机率、稳定性指数、PAD(结构体破坏率)、MWD(平均重量直径)、GMD(几何平均直径)、MWSSA(平均重量比表面积)、CS(偏度系数)和CE(峰凸系数)等为评价指标,分析了不同坡度、不同植物篱种类下篱前淤积带土壤团聚体稳定性特征。结果表明:(1)各个小区篱前淤积带的水稳性团聚体数量表现为T2和T3小区明显大于T1,T5小区略微大于T4小区但不明显,大坡度下植物篱对紫色土起到保土减沙作用需要一个前期过程。(2)同一坡位情况下,各个小区篱前淤积带土壤团聚体稳定性指数表现为T3T2T1、T5T4,而PAD则表现为T1T2T3、T4T5,较之对照小区,植物篱表现出对土壤团聚体抗侵蚀性的强化效应。(3)同一坡位情况下,风干团聚体、水稳性团聚体的MWD、GMD和CS均表现为T3T2T1、T5T4,而MWSSA则相反,香根草植物篱较新银合欢植物篱更有利于增强团聚体的结构稳定性。(4)PAD能很好地描述干、湿筛处理前后团聚体的稳定性变化,风干团聚体的CS可作为评价团聚体抗机械稳定性的最佳指标,水稳性团聚体的MWD和GMD可更好地表达团聚体的水稳定性。     

黄土高原典型淤地坝淤积机理研究

在调查典型淤地坝挖取剖面采集土样的基础上，利用库容曲线和宴测淤积厚度求得每层淤积泥沙薰。根据大水对大沙的原则，反演淤积层所对应的次侵蚀性降雨。通过层淤积量与其相应次侵蚀性降雨的最大30min降雨强度I30降雨量P，降雨侵蚀力R，平均降雨强度I等4个指标的相关分析，结果表明，对于无泄洪设施的淤地坝坝地每层淤积量与次侵蚀性降雨的I30,P，R关系密切，并建立了淤积量与I30．P，R的三元回归方程，计算值与实测值拟合较好，从而为淤地坝水毁问题的研究提供了理论基础。     

小流域淤地坝建设的水土保持效益浅析

通过黄土高原地区坝系示范工程水土保持观测,分析了小流域淤地坝及坡面水土保持措施的动态变化、拦沙蓄水效益和淤地坝的增产效益。结果表明:由于降雨时空分布不均和沟道条件差异,5 a间淤地坝拦沙量差异显著,呈现出先大幅度减小,后小幅度增加的趋势;与梯田和坡耕地比较,淤地坝的平均增产效益分别达到36.4%（梯田）和78.9%（坡耕地）。提出了坝系观测中应注意的几个问题,对促进完善小流域淤地坝建设和效益评价具有重要意义。     

沙棘柔性坝对土壤有机质改善作用的试验研究

于2005年在内蒙古准格尔旗西召沟小流域进行了野外调查、采样及室内土壤有机质含量测定试验。结果表明，种植沙棘柔性坝的沟道土壤有机质含量远远大于未治理的对比沟，从而证实了沙棘柔性坝具有显著地提高沟道的土壤有机质含量，改善沟道土壤肥力生态效应。土壤有机质含量具有一定的垂向变化，大多数情况下表层土壤的有机质含量高于中、下层土壤；沟道及沙棘柔性坝的土壤有机质含量在纵向大致呈现由上游到下游缓慢递增的过程。沟道土壤有机质的这种纵向变化规律与沙棘植物柔性坝拦沙淤积厚度纵向变化规律相同。     

黄土高原坝地深层土壤有机碳稳定性研究

淤地坝作为黄土高原重要的碳储库,其深层土壤有机碳稳定性在很大程度上影响坝地土壤储碳能力和碳排放。以黄土丘陵区不同利用年限的坝地为对象,从坝地剖面土壤有机碳含量及其组分入手,研究不同利用年限、不同沉积深度下,土壤有机碳含量及其稳定性的变化特征和影响因素。结果表明：（1）坝地深层土壤有机碳（SOC）含量低于该区坡耕地表层土壤有机碳含量,并未呈现明显的有机碳富集现象。随利用年限增加,坝地SOC含量呈增加趋势。（2）不同利用年限坝地的SOC、易氧化碳（EOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性碳（DOC）含量呈现出明显的表聚现象。MBC、DOC和EOC含量在土壤0—60 cm内较高。（3）相较于坝地浅层土壤而言,坝地深层土壤有机碳具有较高的稳定性,长期耕作会降低坝地深层土壤有机碳稳定性。（4）坝地浅层和深层土壤有机碳稳定性变化的主导因素不同。浅层土壤有机碳稳定性主要受土层深度、有机碳含量和黏粒含量的影响,分别能解释其变异的50.4%,19.6%和11.8%;深层土壤有机碳稳定性主要受有机碳含量、土壤含水量和利用年限的影响,分别能解释其变异的38.9%,33.9%和11.8%。     

百喜草育苗试验初报

百喜草育苗试验初报刘柏根（江西省宁都县水保技术推广站，３４２８９１）何芳杆，梅宗焕（江西省宁都县水土保持局）百喜草是世界著名的水土保持植物，还具饲肥兼用、大地绿化、制草免耕等多方面的用途。百喜草原产于拉丁美洲，１９ｌ３年引进美国、日本、澳大利亚等国家...