一种用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法与流程

本发明属于水资源利用与保护技术领域，涉及一种用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法，尤其涉及一种在新疆伊犁利用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法。

背景技术：

地下水是水资源的重要组成部分，是我国生活用水、农业用水和工业用水的重要水源，在水循环过程中有着举足轻重的地位。地下水埋深直接决定着浅层水资源的利用形式和生态服务资源的存亡。目前，地下水埋深的测定方法主要有：在野外用“钻机钻孔”测量、在村庄或有人居住区域用“电测法”和“听钟法”测量。这3种常见方法中，尽管第1种方法测量精度高，但因其是针对野外专业工业材料设计的，程序复杂，时耗长久，不仅对地表的破坏严重，而且有损地下水系结构的稳定性；而对于后两种方法，尽管较为简便，但其必须建立在村庄或有人居住区域有“机井”的基础上，而“机井”的设立对地下水资源污染极其严重，有损水资源长期利用效益，况且如今为了保护地表生态和地表水资源，已不提倡“机井”建设。因此，开发一种不破坏地表生态结构和水资源，利用植物自身特征测量地下水埋深的方法，极其迫切。

基于水分限制树高假说(见图1)和植物水分生理学理论(见图2)，对某地区同一物种，地下水埋深与其潜在最大树高之间显著负相关。因此，在大量样本数据的采集基础上，构造出一个反映植物潜在最大树高和地下水埋深之间关系的模型，可以用于简易测定地下水埋深。完成这一工作，对水资源的恢复与持续利用，避免地下水埋深观测过程中对地表生态结构的破坏、促进水生态的循环与发展、提高水资源的经济和社会效益等方面均具有重要的价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有测量地下水位技术的不足以及对水资源的保护，提供一种用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法，该方法和实验设备简单、携带方便、操作简易、测量结果精确，可方便地运用于野外和村落等环境的地下水埋深测量。

其具体技术方案为：

一种用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法，包括以下步骤：

步骤1、在新疆伊犁地区，选取地下水点附近人类干扰较小、高度最高、胸径最大和长势最健康的常见种白杨为测量对象；

步骤2、利用高度测量仪对选择对象测定树高；

步骤3、将树高代入基于水分限制树木潜在树高假说和水分生理学理论构建的利用树木高度反演地下水埋深的模型中；

步骤4、在模型中计算出测量对象所在地的地下水埋深。

进一步，步骤1中所述测量对象白杨均为受到水分限制树高，其高度再不能生长的个体。

进一步，步骤2中所述高度测量仪基于超声波测量高度。

进一步，步骤2中所述高度测量仪具体操作方法包括以下步骤：首先，利用测高标尺将360°适配器和t3的位置固定，按下on键开启vertexiv并对准t3，长按on键直至红十字标识消失，松开on键，vertexiv将记录下测量点与t3所处位置的距离、角度和水平距离；最后，在取景框中以红十字标识对准高物，按下on键直至红十字标识消失，测量高度值将显示在显示屏上，进行记录。

进一步，步骤3中所述模型是基于树高和地下水埋深关系模型、冠幅面积和地下水埋深关系模型、植株体积和地下水埋深关系模型、单位面积上树高和地下水埋深关系模型，综合四种模型筛选出的最优模型。

进一步，步骤3中所述模型为其拟合结果，r²＝0.705(p<0.0001)，模型中，y为地下水埋深(m)；x为白杨树高(m)。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明鉴于依据理论是水分限制树高假说和水分生理学理论，论据充分；由于本方法测量对象为优势种白杨，分布广泛，故可方便地应用；本测量过程和设备简单易操作，时效高，且不用对地表结构进行破坏，对生态结构和地下水有一定的保护作用，能保证水生态的循环和水资源的持续；本模型是基于覆盖全部伊犁地区的采样数据构建的，可信程度高；本模型是在众多模型中择优选择的，结果准确。因此，在新疆伊犁地区，利用本模型可有效实施地下水埋深估算。

附图说明

图1是水分限制树高假说；

图2是水分生理学理论；

图3是高度测量仪的应用示意图；

图4是基于反映潜在最大树高的树木高度估算地下水埋深模型的拟合数据图和结果；

图5是基于反映潜在最大树高的冠幅面积估算地下水埋深模型的拟合数据图和结果；

图6是基于反映潜在最大树高的植株体积(树高×冠幅)估算地下水埋深模型的拟合数据图和结果；

图7是基于反映潜在最大树高的单位面积上的树高(树高/胸径)估算地下水埋深模型的拟合数据图和结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

本发明的方法理论是基于树木高度的量度，结合水分限制树高假说和水分生理学理论，即：树木生长时，根部吸收水分运输到叶片上光合器官进行光合作用为生长提供物质和能量；但由于同步重力和水分运输阻力随高度的增加，空穴形成栓塞风险加大，使得植物水分运输高度不可能无限增加，在这种情况下，当一个地区植物只有地下水可利用并当地下水埋深固定时，植物存在一个受到水分限制上的高度，即：植物水分从根部运输至叶片的最长距离下植物的树高，或植物再不能垂直生长的高度，或称作树木的潜在最大高度(见图1)。地下水埋深位置决定了树木的潜在最大高度。从另一方面论述，地下水埋深与植物潜在最大树高负相关，即：植物的水分运输距离可分为地下运输距离和地面运输距离(树高)，当地下水埋深较深时，树木在地下运移水分距离增加，使得地上部分水分无法运输到更高位置——植物潜在最大树高减小/植株较矮；相反，地下水较浅时，树木在地下运移水分距离较短，使得水分可以传送到更高的位置——植物潜在最大树高增加/植株较高(见图2)。另外，由于潜在最大树高只是一个理论值，其在野外很难定义与测量，通常对潜在最大树高可以用某一地点生长最高植物个体的树高、冠幅面积、植株体积、单位面积上的树高等对其表示。因此，潜在最大树高和地下水埋深的关系，还可以用树高、冠幅面积、植株体积(冠幅面积×树高)、单位面积上树高(树高/胸径)等和地下水埋深之间的关系进行模拟模型。本发明中，就是逐一用以上指标对地下水埋深进行估算，进一步选择出最优的反演模型。

一种用优势种白杨树高测量地下水埋深的简易方法，包括以下步骤：

步骤1、在新疆伊犁地区，选取地下水点附近人类干扰较小、高度最高、胸径最大和长势最健康的常见种白杨为测量对象；

步骤2、利用高度测量仪对选择对象测定树高；

步骤3、将树高代入基于水分限制树木潜在树高假说和水分生理学理论构建的利用树木高度反演地下水埋深的模型中；

步骤4、在模型中计算出测量对象所在地的地下水埋深。

进一步，步骤1中所述测量对象白杨均为受到水分限制树高，其高度再不能生长的个体。

进一步，步骤2中所述高度测量仪(见图3)基于超声波测量高度，其准确方便。

进一步，步骤2中所述高度测量仪具体操作流程(见图3)：首先，利用测高标尺将360°适配器和t3的位置固定，按下on键开启vertexiv并对准t3，长按on键直至红十字标识消失，松开on键，vertexiv将记录下测量点与t3所处位置的距离、角度和水平距离；最后，在取景框中以红十字标识对准高物，按下on键直至红十字标识消失，测量高度值将显示在显示屏上，进行记录。

进一步，步骤3中所述模型是基于树高和地下水埋深关系模型(见图4)、冠幅面积和地下水埋深关系模型(见图5)、植株体积(树高×冠幅)和地下水埋深关系模型(见图6)、单位面积上树高(树高/胸径)和地下水埋深关系模型(见图7)，综合四种模型筛选出的最优模型。

进一步，步骤3中所述模型为其拟合结果，r²＝0.705(p<0.0001)(见图4)，模型中，y为地下水埋深(m)；x为白杨树高(m)。

首先在新疆伊犁地区利用方格取样方法，均匀布54点测量地下水埋深。其次，在每个地下水测量点100m范围内，以伊犁地区的优势种白杨为对象，随机选择3株(共计162株)，利用测高仪和卷尺等工具测量其高度、冠幅和胸径，并进一步换算出树高、冠幅面积、植株体积(冠幅面积×树高)、单位面积上树高(树高/胸径)。然后，基于水分限制树高假说和水分生理学理论，将地下水埋深分别和上述指标进行拟合，选出拟合度最好的模型，用于反演伊犁地区的地下水埋深。本发明中，地下水埋深和白杨树高的拟合最好(见图4)，即：在新疆伊犁地区，用(r²＝0.705，p<0.001)[y为地下水埋深(m)；x为白杨树高(m)]可较好反演出地下水埋深。模型基于大量数据构建，通过择优和精度检验，对地下水埋深拟合程度较高(r²＝0.705，p<0.001)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。