[发明专利]矿山排土场边坡土壤侵蚀速率估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及水土保持学和恢复生态学领域，特别涉及一种矿山排土场边坡土壤侵蚀速率估算方法。

背景技术

开发建设项目导致的水土流失是人类生产建设活动过程中扰动地表和地下岩层、堆置废弃物、构筑人工边坡以及排放各种有毒有害物质而造成的水土资源和土地生产力的破坏和损失，是一种典型的人为加速侵蚀。矿山排土场由采矿区岩土剥离、运输、堆垫而形成，原来的土体和矿层的上覆岩层经过剧烈的扰动混合后，以松散堆积体状态堆置在内外排土场，形成人工巨大松散堆积地貌景观，平台-陡坡是其基本地貌单元，其水土流失分布是点、线、片、带、块、面中的一种或多种形式的组合。排土场土壤侵蚀过程复杂，主要表现在土壤侵蚀部位集中、类型多样、强度剧烈。排土场堆置厚度各部位不等，颗粒组成差异大，自然固结率不同，在自重营力及入渗水流的作用下，造成不同部位压缩沉降速率不同，即所谓的“非均匀沉降”。

目前，主要通过定性和定量的方法测算矿山排土场工程堆积体土壤侵蚀速率。定量研究方法主要有径流小区法、侵蚀测针法、元素示踪法、模型模拟法。近年来，建设工程项目区土壤侵蚀的研究方法主要采用人工降雨、放水冲刷或二者组合以及天然降水条件下小尺度上的短期定位观测或模拟实验为主。水土流失量预测的方法有数学模型法(如USLE模型)、类比分析法(如毗邻项目类比)以及典型调查推算法(如类似对象调查推算法)。

目前，针对无实测数据地区，如何快速精确计算矿山排土场边坡土壤侵蚀模数尚无可靠的方法。

发明内容

本发明提供了一种矿山排土场边坡土壤侵蚀速率估算方法，以解决现有技术中无法快速精确计算矿山排土场边坡土壤侵蚀模数的问题。

本发明中的矿山排土场边坡土壤侵蚀速率估算方法，包括：步骤1，利用无人机获取矿山排土场影像数据；步骤2，利用RTK-GPS获取排土场的地面控制点准确的空间位置信息；步骤3，优选地可利用Agisoft Photoscan professional 1.1.2软件，根据所述GPS位置信息及所述影像数据，生成排土场点云数据和正射影像数据；步骤4，对所述正射影像数据进行目视解释以生成侵蚀沟边界，根据所述侵蚀沟边界筛选出位于侵蚀沟内部的高程点数据并根据高程点数据生成侵蚀沟DEM；步骤5，根据所述侵蚀沟边界得到缓冲区边界，筛选位于所述缓冲区边界内的高程点数据并根据高程点数据生成缓冲区DEM；步骤6，利用栅格计算器工具计算所述缓冲区DEM与所述侵蚀沟DEM的差从而得到侵蚀沟平均深度DEM；步骤7，根据所述侵蚀沟平均深度DEM及侵蚀沟面积计算得到侵蚀沟的侵蚀土壤体积；步骤8，根据下式计算得到土壤侵蚀模数：

其中，Ms为土壤侵蚀模数，单位t/(km²·a)；Ws为年侵蚀总量，单位t，且Ws为所述侵蚀土壤体积与土壤容重的乘积；F为侵蚀面积，单位为km²；T为侵蚀时限，单位为a。

优选地，所述步骤1还包括：规划无人机航迹以使影像间的重叠度约为40％；利用无人机获取排土场清晰无云的影像，且该影像包含GPS信息。

优选地，所述GPS位置信息采用RTK-GPS获得。

优选地，所述地面控制点选自地面标志点。

优选地，所述地面标志点为道路交叉点、和/或水渠交叉点、和/或房屋转角。

优选地，所述侵蚀沟DEM、缓冲区DEM及侵蚀沟平均深度DEM采用ArcGIS软件得到。

本发明适合于无长期监测数据地区，可通过无人机影像和高精度DEM数据之间的结合，快速推算出排土场边坡土壤侵蚀速率，并产生一定的经济、社会和生态效益。

具体实施方式

本发明涉及一种快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率方法，具体涉及利用无人机影像生成高密度点云和正射影像，监测矿山边坡微地形变化的方法，用于估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率，其通过使用无人机遥感影像，获取研究区高程密集点云，生成同一时期较为精确的两组DEM数据，通过目视解译，提取侵蚀沟边界，以此来计算土壤侵蚀模数的方法。

在一个实施例中，本发明中的矿山排土场边坡土壤侵蚀速率估算方法，包括以下步骤：

步骤1，利用无人机获取矿山排土场影像数据。针对矿山排土场坡陡、堆积物松散，人员难以全面实地勘察的特点，利用无人机合理规划航迹，获取排土场清晰无云的影像，影像需要包含GPS信息，影像间重叠度应在40％左右，便于后期影像拼接及数据生成。