生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法及系统，方法包括：步骤1，对生态修复边坡区域划分网格，在不同网格位置分别布设边坡土壤水分监测点，开展土壤水分监测实验；步骤2，在实验期内通过监测点对生态修复边坡区域土壤水分进行周期性监测，收集各位置、各深度土壤水分含量数据，得到生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据；步骤3，计算不同监测点土壤水分平均相对差分值，及其平均值、标准差；步骤4，基于生态修复边坡区域土壤水分平均相对差分计算结果，计算不同监测点的土壤水分时间稳定性指数；步骤5，基于时间稳定性指数计算结果，评价不同监测点土壤水分时间稳定性特征，筛选生态修复边坡区域土壤水分代表性监测点。表性监测点。表性监测点。

【技术实现步骤摘要】
生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法及系统


[0001]本专利技术属于环境岩土工程领域，具体涉及生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法及系统。

技术介绍

[0002]土壤水分的运移不仅影响着植物的生长，对土壤中养分、盐分的运移也有影响。其中，土壤水分对于环境岩土和边坡的影响更为直接，它充当着极其重要的作用。土壤水分不仅影响植物的生长、发育，同时也影响土壤的形成，对土壤的矿质化过程、植物的养分供应以及边坡长期稳定性等都有很大意义，对生态护坡和生态环境保护有很大的影响。对于生态护坡土壤水分的测定，如何确定代表性测点的位置是生态护坡土壤水分测定的关键。一个点要作为整个区域的代表性点，该点的位置要可以以点盖面，并且能反映出土体整体的土壤平均含水率变化特征。然而，土壤中水分的测定具有一定的局限性。第一，当土质不均匀时会影响数据的准确性，使得所测量土壤水分代表性不足够高，难度较大。第二，测量时间久，监控土壤水分含水率周期长。第三，投入测量的工具多样，成本高，操作繁琐，效益差。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法及系统，基于水分监测数据，得到不同深度土壤水分时间稳定性特征，从而获得生态修复边坡土壤水分代表性监测点，通过代表性点位的估算，以点盖面，节约成本，为合理布设土壤水分监测点、生态护坡水文特性预测提供技术支持。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术采用了以下方案：
[0005]<方法>
[0006]本专利技术提供生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对生态修复边坡区域划分网格，在不同网格位置分别布设边坡土壤水分监测点，开展土壤水分监测实验；
[0008]步骤1.1：确定进行生态修复边坡的土壤水分监测区域具体范围；
[0009]步骤1.2：以斜边坡与地面交接点为原点，以L
x
为水平步长，以L
y
为垂直步长，分别沿水平向与垂直向对生态修复边坡区域划分网格；
[0010]步骤1.3：以水平向、垂直向网格线交点所在位置作为实验期土壤水分监测点；
[0011]步骤1.4：以坡面为基准，沿深度范围将边坡剖面划为分S个土层，用于同时监测深度范围内生态修复区域边坡土壤水分变化；
[0012]步骤2，在实验期内通过监测点对生态修复边坡区域土壤水分进行周期性监测，收集各位置、各深度土壤水分含量数据，得到生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据；
[0013]步骤2.1：对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测，每d天测定1次，共
测M次；
[0014]步骤2.2：按照步骤2.1的测定条件，在测定时间范围内，获取各监测点的土壤含水率；
[0015]步骤2.3：将每个监测点M次的土壤含水率求平均，用平均值代表该监测点的土壤含水率用于后续步骤；
[0016]步骤3，基于生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据，计算不同监测点土壤水分平均相对差分值，及其平均值(相对差分平均值)、标准差；
[0017]平均相对差分δ
i,j
按式(3
‑
1)计算：
[0018][0019][0020]式中，θ
i，j
为监测点i在时间j下的土壤含水率观测值；为时间j下所有监测点土壤含水率的平均值；
[0021]监测点i处的相对差分平均值和相对差分标准差σ(δ
i
)的计算公式分别为：
[0022][0023][0024]步骤4，基于生态修复边坡区域土壤水分平均相对差分计算结果，计算不同监测点i的土壤水分时间稳定性指数ITS：
[0025][0026]步骤5，基于时间稳定性指数计算结果，评价不同监测点土壤水分时间稳定性特征，筛选生态修复边坡区域土壤水分代表性监测点；
[0027]将实验周期内不同土层各监测点土壤水分的时间稳定指数按由小到大排列；时间稳定性指数越小，时间稳定性越强，其土壤含水量越能代表研究区土壤含水量的平均水平；对每一层选取时间稳定指数最小的监测点，作为该层土壤水分代表性监测点。
[0028]优选地，本专利技术提供的生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，还可以具有这样的特征：在步骤2中，2≤d≤7，10≤M≤20。
[0029]优选地，本专利技术提供的生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，还可以具有这样的特征：在步骤2中，采用土壤水分测定仪对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测。
[0030]<系统>
[0031]进一步，本专利技术还提供了生态护坡土壤水分代表性监测点的确定系统，其特征在
于，包括：
[0032]预实验部，对生态修复边坡区域沿着深度和坡度方向划分网格，将网格位置作为边坡土壤水分监测点布设位置，用于开展土壤水分监测实验；
[0033]周期性监测部，在实验期内通过监测点对生态修复边坡区域土壤水分进行周期性监测，收集各位置、各深度土壤水分含量数据，得到生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据；包括：对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测，每d天测定1次，共测M次；按照前述测定条件，在测定时间范围内，获取各监测点的土壤含水率；将每个监测点M次的土壤含水率求平均，用平均值代表该监测点的土壤含水率用于后续计算；
[0034]差分计算部，基于生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据，计算不同监测点土壤水分平均相对差分值，及其平均值、标准差；
[0035]平均相对差分δ
i,j
按式(3
‑
1)计算：
[0036][0037][0038]式中，θ
i，j
为监测点i在时间j下的土壤含水率观测值；为时间j下所有监测点土壤含水率的平均值；
[0039]监测点i处的相对差分平均值和相对差分标准差σ(δ
i
)的计算公式分别为：
[0040][0041][0042]ITS计算部，基于生态修复边坡区域土壤水分平均相对差分计算结果，计算不同监测点i的土壤水分时间稳定性指数ITS：
[0043][0044]筛选部，基于时间稳定性指数计算结果，评价不同监测点土壤水分时间稳定性特征，筛选各层的土壤水分代表性监测点；
[0045]控制部，与预实验部、周期性监测部、差分计算部、ITS计算部、筛选部均通信相连，控制它们的运行。
[0046]优选地，本专利技术提供的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评定装置，还可以具有这样的特征：预实验部按照以下步骤1.1～步骤1.4设计土壤水分监测实验：
[0047]步骤1.1：确定进行生态修复边坡的土壤水分监测区域具体范围；
[0048]步骤1.2：以斜边坡与地面交接点为原点，以L
x
为水平步长，以L
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对生态修复边坡区域划分网格，在不同网格位置分别布设边坡土壤水分监测点，开展土壤水分监测实验；步骤1.1：确定进行生态修复边坡的土壤水分监测区域具体范围；步骤1.2：以斜边坡与地面交接点为原点，以L
x
为水平步长，以L
y
为垂直步长，分别沿水平向与垂直向对生态修复边坡区域划分网格；步骤1.3：以水平向、垂直向网格线交点所在位置作为实验期土壤水分监测点；步骤1.4：以坡面为基准，沿深度范围将边坡剖面划为分S个土层，用于同时监测深度范围内生态修复区域边坡土壤水分变化；步骤2，在实验期内通过监测点对生态修复边坡区域土壤水分进行周期性监测，收集各位置、各深度土壤水分含量数据，得到生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据；步骤2.1：对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测，每d天测定1次，共测M次；步骤2.2：按照步骤2.1的测定条件，在测定时间范围内，获取各监测点的土壤含水率；步骤2.3：将每个监测点M次的土壤含水率求平均，用平均值代表该监测点的土壤含水率用于后续步骤；步骤3，基于生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据，计算不同监测点土壤水分平均相对差分值，及其平均值、标准差；平均相对差分δ
i,j
按式(3
‑
1)计算：1)计算：式中，θ
i，j
为监测点i在时间j下的土壤含水率观测值；为时间j下所有监测点土壤含水率的平均值；监测点i处的相对差分平均值和相对差分标准差σ(δ
i
)的计算公式分别为：)的计算公式分别为：步骤4，基于生态修复边坡区域土壤水分平均相对差分计算结果，计算不同监测点i的土壤水分时间稳定性指数ITS：步骤5，基于时间稳定性指数计算结果，评价不同监测点土壤水分时间稳定性特征，筛
选生态修复边坡区域土壤水分代表性监测点；将实验周期内不同土层各监测点土壤水分的时间稳定指数按由小到大排列；时间稳定性指数越小，时间稳定性越强，其土壤含水量越能代表研究区土壤含水量的平均水平；对每一层选取时间稳定指数最小的监测点，作为该层土壤水分代表性监测点。2.根据权利要求1所述的生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，其特征在于：其中，在步骤2中，2≤d≤7，10≤M≤20。3.根据权利要求1所述的生态护坡土壤水分代表性监测点的确定方法，其特征在于：其中，在步骤2中，采用土壤水分测定仪对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测。4.生态护坡土壤水分代表性监测点的确定系统，其特征在于，包括：预实验部，对生态修复边坡区域沿着深度和坡度方向划分网格，将网格位置作为边坡土壤水分监测点布设位置，用于开展土壤水分监测实验；周期性监测部，在实验期内通过监测点对生态修复边坡区域土壤水分进行周期性监测，收集各位置、各深度土壤水分含量数据，得到生态修复边坡区域土壤水分时空分分布变化数据；包括：对生态修复边坡区域土壤水分监测点进行水分监测，每d天测定1次，共测M次；按照前述测定条件，在测定时间范围内，获取各监测点的土壤含水率；将每个监测点M次的土壤含水率求平均，用平均值代表该监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫隆，夏凤皖，付达顺，肖衡林，马强，陶高梁，李丽华，黄少平，刘一鸣，孙锐，孟鸿儒，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：