DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 基于余姚市土地质量地质调查项目，对余姚市全区进行1:5万土壤地球化学采样，并采用现代分析测试手段进行高精度土壤硒的富集、分布研究，对特色土地资源开发利用具有重要意义。通过对余姚市系统的采集并分析化验的4773件表层土壤样数据进行分布特征及影响因素的统计分析，并结合余姚市土壤地质背景，结果表明，余姚市总体Se含量分布规律为南高东低，山区相对平原区较高。土壤硒全量主要在0.065~3.33 mg/kg之间，平均值0.441 mg/kg，标准离差0.25，变异系数0.57。不同土壤类型中硒含量差异显著，其中黄壤 > 红壤 > 水稻土 > 潮土 > 盐土。成土母岩是影响土壤硒含量的主要因素，铁锰氧化物、有机质、土壤类型等理化性质对硒具有明显的富集作用，此外，余姚市土壤硒含量与海拔、土壤pH有明显的相关关系，与重金属元素无明显关系，人类活动与自然因素对土壤硒的富集有一定的影响。 关键词 :富硒土壤，土壤类型，分布特征，影响因素，余姚 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 前人研究表明微量元素硒是人体和动物所必须的一种元素，为人体提供营养能，也可以对镉、砷等重金属元素中毒有明显的拮抗作用，是一种天然的对抗重金属的解毒剂，硒在体内能与重金属、蛋白质结合成复合物而排出体外，对体内的汞、铅、砷、镉均有解毒作用。因此有学者称之为“生命保护剂” [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]，缺硒会引起人体和动物发生白肌病、克山病、大骨节病等多种疾病。但是硒元素又具有毒性，摄入量过大或摄入时间过长，会导致急性或慢性中毒。因此科学安全的摄入硒元素才具有重要的意义。尹昭汉等学者研究认为，Se是亲硫元素也是亲生物元素，对人体作用机理是通过植物体进入食物链，硒在植物中的含量受一系列地质背景和地理环境等因素控制，植物体内的Se含量除与植物本身的种属与生长环境有关外，还与土壤中有效硒含量及形态密切相关 [ 4 ]；王松山等认为有机质、无定形铁、pH和黏粒对硒在土壤中的富集具有重要的影响 [ 5 ]；李杰等 [ 6 ] 通过研究得出和王松山学者相近的结论，认为影响南宁市土壤硒含量的主要因素是成土母质，土壤pH、有机碳等，铁的含量对土壤全硒含量的富集与分布也有一定影响。因此，土壤、植物系统中硒环境效应、全量硒、有效硒含量及影响因素等对硒元素富集转化的研究早已全面开展 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。全球大多数土壤中硒平均含量为0.20 mg∙kg −1 ，中国土壤硒元素背景值为0.29 mg∙kg −1 [ 11 ]。 自上世纪70年代起，余姚市先后完成了区域地质、矿产、水工环、物化探等基础地质调查工作，查明了该区及周边区域地层、岩性、构造、第四纪沉积物特征、工程地质水文地质特征、区域重力、磁场、水系沉积物地球化学等物化探特征。但余姚市未系统开展土壤方面的研究工作。以《浙江省土地质量地质调查行动计划(2016~2020年)》为背景，本次研究依托于《余姚市土地质量地质调查》项目，本文以该项目数据对余姚市土壤硒的含量进行统计分析，探讨余姚市土壤硒分布特征及影响因素，为合理地人工补硒、农田施硒肥以及农业种植结构调整、地方性疾病防治等提供地球化学依据。
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user: 2. 研究区概况 余姚市地处四明山北麓，宁绍平原中部，钱塘江杭州湾南岸，地处长江三角洲南翼，行政隶属宁波市。全市土地面积1443.85 km 2 。余姚市属浙东低山丘陵盆地与浙北宁绍平原的接壤地带，其中南部山区地貌上属浙东低山丘陵区，北部属浙北平原区，地貌类型主要由侵蚀剥蚀低山、侵蚀剥蚀丘陵、玄武岩台地、冲湖积平原、冲海积平原、山前及沟谷坡洪积斜地和沟谷冲积平原等。地势南高北低，由西南倾向北东。 余姚市属华南地层区，出露地层以中生界火山岩系与新生界第四系为主，占总面积的95%以上，另外还出露中元古代变质岩，中生代火山岩、沉积岩，新生代沉积层及燕山晚期侵入岩。余姚市由于地形复杂，耕地母质多样，残积母质可划分为砂岩类风化物、酸性火山岩类风化物、酸性侵入岩类风化物3种类型。山、丘地耕地母质多为红黄壤再积体和坡残积物母质，一般以凝灰岩风化而成，土粒较细，土壤质地粘，流纹岩、石英砂岩风化的土壤土粒粗，质地偏砂。山区河谷盆地水田母质以洪冲积物为主，砾石含量较高，土壤质地偏砂。水网平原耕地(水田)的土壤母质以河相母质、湖海相交母质、湖沼相母质为主，其中湖海(沼)沉积物的质地最粘，富含有机质，但土壤通气性差。新浅海沉母质的质地相对较砂 [ 12 ]。
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user: 3. 实验部分 3.1. 样品采集 土壤样采样点大多位于水田、旱地，少量位于园地及林地中。水田和旱地表土样采样密度约10件/km 2 ，由多坑点采集0~20 cm表层土壤组合而成。本次共采集表层土壤样4773件。采集的样品在单元内具有代表性，特别是土地利用情况；避开垃圾和可能存在污染的土壤，避开人为搬运的堆积土；采样时以GPS定位点为中心，向四周辐射20~50 m确定分样点，等量组合成一个混合样；采样时按实际情况采用“S”形、“X”形或棋盘形布设分样点。土壤样品晾干过筛后充分混匀、缩分、称重，分为正、副两个样品。正样外送分析，用袋盛装；副样(重量不低于500 g)装入干净塑料瓶，送样品库保存。 3.2. 测定方法 表层土壤样品在国土资源部长沙矿产资源监督检测中心(湖南省地质测试研究院)分析测试。土壤中硒含量测定采用原子荧光光谱法(AFS)。具体操作如下：称取0.2000 g样品，用水润湿，加10 ml硝酸、5 ml氢氟酸、1 ml高氯酸置于电热板上加热分解，蒸至刚冒尽白烟，加入10 ml盐酸置于低温电热板加热10分钟，取下冷却后加入2.5 ml铁盐溶液，用去离子水转移至25 ml聚乙烯试管中并稀释至刻度，摇匀、澄清，测定Se。方法检出限为0.01 × 10 −6 。 其他部分化学元素分析方法如下：称取0.1000 g样品，用水润湿，用HNO 3 、HF、HClO 4 分解，赶尽酸，5% HNO 3 溶液提取，定容至25 ml，摇匀，澄清，电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定Ca、Cr、Cu、K、Mg、Fe、Mn、Ni、P、V、Zn；移取上清液5.00 ml于聚乙烯试管中，用稀硝酸定容至20.0 ml，摇匀，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Pb、Mo、Cd、Co。
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user: 4. 结果与讨论 4.1. 测定结果及分布特征 本次研究对余姚市采集表层土壤样4773件，除Se外，还分析测试了N、P、K、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Ge、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、Co、V、pH值、有机质等。对分析数据统计表明，土壤硒质量分数在0.065~3.33 mg/kg之间，平均值0.441 mg/kg，标准离差0.25，变异系数0.57 (表1)。标准离差与变异系数均较大，说明在空间分布上，硒含量波动较大。富硒区土壤硒含量总体较高，远高于全国背景值0.29 mg/kg [ 11 ]，与浙北地区Se含量0.43 mg/kg相近 [ 13 ]。分析结果表显示，余姚市总体Se含量分布规律为南高北低，山区相对平原区较高(图1(a))。 图1. (a) 余姚市Se地球化学图；(b) 余姚市土壤类型分布图 Table 1 Selenium content in different types of soil/(mg/kg 土壤类型 最小值 算术平均值 最大值 标准离差 富集系数 变异系数 样品数 黄壤 0.151 0.835 3.331 0.371 13.47 0.44 369 红壤 0.1 0.591 2.239 0.269 9.53 0.46 755 水稻土 0.067 0.427 2.614 0.15 6.89 0.35 2638 潮土 0.072 0.246 1.947 0.093 3.96 0.38 637 盐土 0.065 0.163 1.536 0.108 2.63 0.66 329 其他 0.08 0.325 1.24 0.241 5.24 0.74 45 表1. 不同类型土壤的硒含量/(mg/kg) 注：土壤类型中的“其他”主要为湖、河、水库等岸边人工堆积的土壤。 4.2. 土壤硒的富集特征 余姚市土壤分布自北向南总体为盐土–潮土–水稻土–红壤–黄壤(图1(b))。由土壤硒含量富集系数及算数平均值大小结果可以看出(表1)，各类型土壤硒背景值差异明显。余姚市范围内硒在空间上的分布规律为：由山区土壤(黄壤、红壤)–平原区土壤(水稻土)–滨海区(潮土、盐土)逐步降低的趋势。 硒的高含量呈条带状和面状分布的特点，与余姚市黄壤红壤的分布基本吻合，黄壤硒背景值最高，达0.835 mg/kg，红壤次之，达0.591 mg/kg (图2)。黄红及红壤成土母质一般为酸性火山岩类风化物，岩性主要为晚侏罗世九里坪组(J 3 j)、西山头组(J 3 x)流纹岩、流纹质晶屑玻屑凝灰岩、流纹质含角砾熔结凝灰岩等。土壤呈酸性，质地粘重 [ 14 ]。而铁活化度、络合态铁占游离态铁的百分比及氧化铁的水合系数都是黄壤高于红壤 [ 15 ]，活化后的氧化铁或氧化锰具有巨大的比表面积和很强的表面化学活性，能吸附硒 [ 16 ]，其成土母质中硒含量较高，本地区的山区土壤，尤其是黄壤相比其他类型土壤富集了更高的硒。 因此土壤类型、成土母质及铁的氧化物与土壤硒的富集密切相关。戴慧敏等(2015)认为土壤硒主要来自于成土母质，而土壤表层硒主要是母质风化和植物富集的结果 [ 17 ] [ 18 ]，综合现阶段的研究分析，推测余姚土壤硒含量受成土母质影响较大。 图2. 全区及不同土壤类型中Se含量分布直方图 4.3. 土壤硒含量其他影响因素 4.3.1. 人类活动及自然因素 本地区水稻土成土物质来源类型多样，主要以脱潜水稻土和潴育水稻土为主，长期淹水种稻条件下，受到人为活动和自然成土因素的双重作用。人为周期性耕作、轮作下，常年淹水使土壤硒淋溶作用增强，土壤有机质含量高，土壤中硒含量相对黄壤和红壤低，且差异较大，土壤硒背景值为0.427 mg/kg。 本地区潮土和盐土质地较轻，以粉砂为主，粘粒含量低，土体疏松，土壤呈碱性，加之海水淋洗作用，使土壤中硒易于迁移贫化。潮土和滨海盐土区土壤硒含量较低，潮土硒背景值为0.264 mg/kg，盐土为0.163 mg/kg。 因此人类活动和自然因素对土壤硒的含量有一定的影响。 4.3.2. 土壤有机质 有学者认为影响土壤硒富集的因素主要有气候、成土母质、土壤质地、有机质及人为因素等 [ 19 ]。土壤中有机质是C元素的最大载体，因此为保证在同一土壤类型下，将余姚市黄壤中有机碳(OrgC)与Se数据进行相关关系投图发现，Se与C具有良好的正相关性(图3(a))，说明在表层土壤中硒的富集与含碳物质关系密切，有机质对Se元素具有强烈的吸附与固定作用。 4.3.3. 土壤pH 大部分学者认为土壤pH对土壤硒含量的富集与分布也有一定的影响，中碱性土壤硒含量基本不受pH制约，而酸性条件下，随着pH下降，土壤Se含量可迅速增加 [ 20 ]，也有学者认为土壤全硒含量与pH呈显著的负相关关系 [ 21 ]。因此此次实验选取余姚地区黄壤作为研究对象，pH值均小于7呈酸性，但通过pH与硒含量的相关性分析发现，余姚地区土壤硒的含量与pH呈负相关关系(图3(b))。 图3. (a) Se与OrgC相关性图解；(b) Se与pH相关性图解 4.3.4. 土壤重金属元素含量 重金属元素是影响土地质量的一个重要因素，若硒与重金属元素呈负相关，硒高的土壤重金属低，土壤清洁，易于开发利用。但从Se与Cu和Cd的相关性图解中，无明显的相关关系，因此余姚地区的Se元素的富集和土壤中重金属含量并无直接的联系(图4)。
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user: 5. 结论 本文研究是基于前人对硒元素研究的基础上，但对于余姚市硒元素分布特征和影响元素的系统研究还属首次，研究表明余姚市的硒元素富集具有明显的地域特征。 图4. (a) Se与Cu相关性图解；(b) Se与Cd相关性图解 综上所述，余姚市表层土壤硒平均含量高于中国硒含量的平均值土壤硒含量，具有南高东低、山地高于平原的特点。并且不同土壤类型、成土母质、铁锰氧化物等影响因素与硒的富集密切相关，人类活动与自然因素对土壤的改造程度也对硒富集产生一定的影响。另外，土壤有机质与土壤硒含量呈正相关，随着有机质含量的增多，硒含量不断增加；pH与土壤硒呈负相关关系，在酸性条件下，随着pH的升高，硒含量有减少的趋势。但土壤重金属元素与土壤硒含量无明显相关关系。高密度土壤硒的分布、富集特征及影响因素是余姚市土地管理、基本农田保护的基础信息，综合植物种属本身与硒含量关系研究，可为因地制宜、合理调整农业种植结构提供依据。在富硒土壤开发利用及生态文明建设中起积极作用。
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user: 摘 要 优化和改进变分资料同化系统中的背景误差协方差模型，使之能够正确反映随流型演变的不确定性信息，是提高中期数值预报精度的重要技术手段。集合四维变分资料同化的一大关键是如何根据自身的背景误差协方差模型提取和应用流依赖背景信息。为了提高变分资料同化解算的效率，通过将某些变量划分为平衡部分和非平衡部分，平衡部分依据平衡约束关系与一个特定的变量相联系，剩余的非平衡部分在各变量间互不相关。随着数值预报模式的不断优化，非平衡方差在总方差中的影响越来越重要。本文介绍了YH4DVAR的背景误差协方差模型和集合四维变分资料同化系统架构，重点分析了平衡算子。通过集合方法估计得到了散度、温度、地面气压的非平衡项流依赖方差。最后，为了减少有限样本噪声对方差估计的影响，对非平衡项方差进行了校正和滤波。 关键词 :资料同化，背景误差协方差，非平衡项方差，集合四维变分资料同化，流依赖，校正，滤波 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 利用资料同化的方法提取观测资料的有效信息是改进数值预报初始场，进而提高数值预报水平的一个重要手段 [ 1 ]。在变分同化下，资料同化系统将观测资料和背景信息进行优化组合，为数值天气预报系统提供大气初始状态的最优估计值 [ 2 ]，就需要定义背景误差协方差矩阵B和观测误差协方差矩阵R。承载着背景场误差信息的B矩阵是资料同化成败的关键因素之一 [ 3 ]，合理估计B矩阵的量值和结构是提高同化分析和数值预报水平的基本前提 [ 4 ]。背景误差协方差的估计方法有NMC (National Meteorology Center)方法 [ 5 ]、Monte Carlo方法 [ 6 ] 以及集合资料同化(EDA， Ensemble Data Assimilation)方法 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 等。通常构建均匀、各向同性的背景误差协方差矩阵B，作为B矩阵真实值的一个替代品 [ 11 ]，这种假设能够简化运算，但无法反映大气的时空变化特征 [ 12 ]。为了使背景误差协方差矩阵B具有流依赖(flow-dependent)性质(即能够反映天气形势的演变)，采用EDA方法进行估计。 集合四维变分资料同化(Ensemble Four-Dimensional Variational Data Assimilation， En4DVAR) [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 能在充分利用变分同化方法的优势的基础上，估计出流依赖背景误差协方差，是解决资料同化中背景误差协方差矩阵静态不变问题的一种有效途径。在实际的变分同化系统中，一般会将分析变量划分为与平衡变量相关的平衡部分和剩余的非平衡部分。对于平衡部分，较为合理的做法是只引入其中一种变量的流依赖信息，通过平衡约束关系将流依赖信息传播到其他变量上。如ECMWF (European Centre For Medium Range Weather Forecasts，欧洲中期天气预报中心)通过更新涡度的流依赖背景误差，引入流依赖信息。ECMWF已在Cycle37R2版本(2011.5)采用EDA方法估计涡度、湿度、臭氧变量的流依赖背景误差方差 [ 18 ]，通过平衡算子M、N、P将流依赖信息传播到散度、温度和地面气压的平衡项部分(η b ， (T， p s ) b )，GRAPES-4DVAR [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] 则采用流函数作为平衡变量。对于非平衡部分，由于此部分与其他变量无关，需要估计出其他所有变量的非平衡部分的流依赖背景误差信息。陈耀登等 [ 22 ] [ 23 ] 使用WRFDA (Weather Research and Forecasting Data Assimilation) [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 通过分析非平衡变量(速度势、温度等)的分布特点，研究背景误差协方差的特征以及背景误差协方差对台风同化和预报的影响。 已有研究表明，随着模式分辨率的日益提升，非平衡方差在总方差的比重已显著增加 [ 27 ] [ 28 ]。因此如何估计和应用流依赖的非平衡项方差，实现真正全流依赖的背景误差协方差，对提升流依赖背景误差信息的应用水平具有十分重要的研究意义。
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user: 3. 结论和讨论 3.1. 结论 本文简要介绍了YH4DVAR的背景误差协方差模型和集合四维变分资料同化系统架构，重点分析了平衡算子，通过集合方法估计得到了散度、温度和表面气压的非平衡项流依赖方差，为了减少样本对方差估计的影响，对非平衡项方差进行了校正和滤波处理，经过校正消除系统误差，再经过滤波消除噪声，保留有价值的信息。主要工作及结论总结如下： 1) 使用EDA方法，通过计算解释方差分析，对非平衡项方差对总方差的贡献，对月平均的非平衡温度EDA标准差的经向平均的垂直剖面以及非平衡项表面气压的标准差进行分析，看出方差解释率在第80层以下空间区域的远小于第80层以上，在各个垂直层上，热带地区的非平衡误差往往相对较大，而表面气压非平衡项标准差高值区域呈条带状，大致沿着纬圈分布，也存在于南半球高纬度地区的低压系统周围。 2) 探究模式第114层(850 hPa)的温度非平衡项方差的分布特点，并作校正、滤波处理。从2017年7月2日的温度非平衡项方差的全球分布看出，温度非平衡项方差具有条带状分布特点，高值聚集于南、北半球中高纬度，并且在海洋上空分布多于陆地。 图5. 温度非平衡项方差全球分布(第114层，850 hPa)。2017年7月2日09:00 (UTC) 图6. 温度非平衡项方差全球分布(第114层，850 hPa，校正后)。2017年7月2日09:00 (UTC) 图7. 温度非平衡项方差全球分布(第114层，850 hPa，校正和滤波后)。2017年7月2日09:00 (UTC) 3.2. 讨论 本文对于非平衡项流依赖方差进行分析，未来可以结合台风、暴雨的个例来检验流依赖非平衡项方差对同化和分析的影响。
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user: 摘 要 奉节县位四川盆地和盆边山地过渡地带，地貌以山地为主且地质灾害频发，传统的测量方法难以在此类复杂山区里快速有效地识别山体崩塌区域。本文使用了机载激光雷达技术，机载激光雷达具有的一定程度的穿透性，可穿透一定的云雾和植被，获取到地面信息，通过使用激光雷达采集到的数据，提取出地面点位数据，生成精确的数字高程模型(DEM)。继而通过DEM数据获取相应地形因子，结合对崩塌体的特征分析，实现对于山体崩塌区域的识别。综合实验结果表明，机载激光雷达技术在对复杂山区崩塌区域识别上有较好的效果，可在一定条件下替代传统遥感进入生产。 关键词 :崩塌，机载激光雷达，数字高程模型，特征分析 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 由于地质条件的复杂性和区域地理环境的巨大差异性，我国的地质灾害问题历来较为严重。山体崩塌作为发生率较高的地质灾害，其发生时间极快，且具有发生时间和地点的不确定性，对于人民的生命以及财产安全造成了极大的威胁 [ 1 ]。中国“十一五”国家科技支撑计划项目《重大地质灾害监测预警与应急救灾关键技术研究》也突出了以遥感技术等进行地质灾害的识别问题。因此，实现快速准确的崩塌区域识别，对于推进国家经济发展和防灾减灾有重要意义。 机载激光雷达(light detection and ranging， LiDAR)作为一种新兴的遥感技术，因其拥有较高的穿透性可透过云层和植被获取地表信息，因此常被用于进行地质勘测。作为近些新兴的遥感测量技术，与传统的光学遥感相比，机载激光雷达的数据采集方式能够很大程度减少地物影响，获得高精度的地面数据 [ 2 ]，精确地表达地形地貌特征，因此也被用来制作高精度的数字地形图。近些年，美国地质调查局及欧空局等机构开展了通过LiDAR进行滑坡地质灾害的识别研究 [ 3 ]，通过LiDAR数据生成的DEM数据结合灾害的地面数字特征，实现灾害区域的识别。并在之后陆续有研究LiDAR数据下的不同DEM数据分辨率对于识别效果的影响 [ 4 ]，以及通过不同地形因子(坡度、坡向、曲率和粗糙度等)实现滑坡崩塌区域的识别 [ 5 ]，并使用LiDAR数据的数字地形数据，进行滑坡崩塌区域的地质评估研究 [ 6 ]。近些年对于LiDAR技术的广泛应用已经证明了该技术优势和潜力。 针对奉节县李子娅山区复杂地质条件下危岩崩塌调查识别困难，本文提出利用无人机机载激光雷达快速获取高精度地貌信息，建立高精度DEM并提取地形因子，分析崩塌区域地形特征，实现对崩塌范围快速精准识别。
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user: 2. 研究区概括 2.1. 研究区总体概况 奉节县地处四川盆地和盆边山地过渡地带，地貌基本以山地和丘陵为主，境内地势起伏较大，总体东南高而西北低，层状地层发育，地貌类型复杂多样，山地面积广大。地质构造较复杂，在地层岩性、地质构造、降雨和人类工程活动的影响下，地质灾害发生频繁，灾害面广、类型多、规模大、危害之深，堪称库区之首。全县共有各类地质灾害共计1600处，其中滑坡1424处，占88.9%，危岩崩塌64处，占4.0%，不稳定斜坡90处，占5.7%，泥石流12处，占0.8%，库岸、塌岸3处，占0.2%，地面塌陷7处，占0.4%，类型以滑坡为主，其次为崩塌(危岩)、不稳定斜坡、泥石流及地面塌陷(图1)。 图1. 奉节县地质灾害占比 2.2. 李子垭危岩特征 李子垭危岩位于奉节县竹园镇百步村6组，主要以侵蚀、剥蚀的中低山斜坡地形为主，地形总体北西高南东低，紧邻斜坡顶部有陡崖分布，斜坡坡面主要为乔、灌木草丛，植被相对较发育(图2)。场区高程在618~1082 m之间，相对高差464 m，最低点位于南侧斜坡底部，最高点位于调查区北部斜坡顶部。从纵向上看斜坡坡角陡、缓不一，坡体地形呈阶形，从横向上看斜坡表面凹凸起伏状。在调查区多数地段地形较平缓，地形坡角一般为2˚~38˚。 主要地质环境问题为陡崖掉块、危岩单体、破碎带。陡崖斜坡总体北西高南东低，坡向153˚，为切向坡，坡顶高程1082 m，坡脚高程744 m，居民分部在斜坡底部平缓处，高程650~744 m。陡崖带位于斜坡顶部，呈直线形，高程860~1060 m，陡崖总体高约200 m，坡度均大于55˚。在2010年10月在暴雨时发生了一次崩塌掉块，崩塌掉块的体积约150 m 3 ；在2014年8月31日~9月2日暴雨时发生了多次垮塌，在陡崖带局部及下方斜坡形成3处崩塌堆积体。 图2. 李子娅崩塌区域
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user: 3. LiDAR技术介绍 3.1. LiDAR扫描系统构成 机载激光雷达测量系统的主要组成部分包括激光测距设备、惯性导航系统、GPS定位系统。机载激光雷达系统是以飞机座位观测平台，已经扫描测距系统为传感器，能实现获取地球表面的三维空间信息，还能提供一定的红外光谱信息。 3.2. LiDAR原理 激光本身具有精确的测距能力，而LiDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元三者同步等内在因素，通过搭载于移动平台上获得高精度的数据。激光雷达的工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像 [ 7 ]。
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user: 4. 数据获取与处理 4.1. 设备选择 本次试验选择LiAir 1000无人机激光雷达扫描系统进行数据采集。该系统激光器采用奥地利RIEGL公司的RIEGL VUX-1UAV (见表1)；惯导系统采用AN-IGM-S1 (见表2)，它集成了挪威Sensonor的高精度惯性测量单元STIM300 和NovAtel OEM615板卡。 Table 1 Main parameters of lase 激光脉冲发射频率 最大测距范围 最大飞行高度 精度 最大有效测量速度 扫描速度 角度分辨率 Ρ ≥ 20% Ρ ≥ 60% 50 HZ 550 m 920 m 350 m 10 mm 500，000 meas/s 10~200转/秒 0.001˚ 100 HZ 400 m 660 m 250 m 200 HZ 280 m 480 m 180 m 300 HZ 230 m 400 m 140 m 380 HZ 200 m 350 m 130 m 550 HZ Full power 170 m 300 m 110 m Reduced power 85 m 150 m 55 m 表1. 激光器主要参数 Table 2 Main parameters of inertial navigation syste 定位模式 位置精度(m) 速度精度(m/s) 测姿精度(度) 水平 垂直 水平 垂直 横滚 俯仰 方位 GPS中断时间0 s 单点 1.00 0.60 0.02 0.01 0.015 0.015 0.08 后处理 0.01 0.02 0.02 0.01 0.015 0.015 0.08 GPS中断时间10 s 单点 1.22 0.71 0.051 0.017 0.025 0.025 0.095 后处理 0.02 0.02 0.02 0.01 0.015 0.015 0.08 GPS中断时间60 s 单点 7.56 2.03 0.28 0.051 0.044 0.044 0.13 后处理 0.23 0.03 0.03 0.02 0.017 0.017 0.081 陀螺输入范围 ±400˚/s 陀螺零偏稳定性 0.5˚/hr 角度随机游走 0.15˚/√hr 加速度计量程 ±10 g 加速度计零偏稳定性 0.05 mg 表2. 惯导系统主要参数 4.2. 设备选择起降场地选择与航线规划 通过现场调查和结合危岩崩塌体及周边地形地貌，起降场地选在李子垭危岩下部平缓地带的公路上，四周空旷，无遮挡，无干扰源。适合无人机起飞和盘旋。 结合测区现状规划航线，结合设备性能，保持设备与陡坡地表距离控制在100~150 m之间，针对测区布设不同位置和高度的航线4条，分4个架次进行作业。相对起飞点地表航高分别120 m，260 m，360 m，470 m。 4.3. 试验研究 无人机起飞前准备，地面站准备，导入地面航线规划数据，飞行速度5 m/s，风速小于5级，第一架次飞行相对高度120 m，航线长度2.425 km；第二架次飞行相对高度260 m，航线长度2.443 km；第三架次飞行相对高度360 m，航线长度2.460 km；第四架次飞行相对高度470 m，航线长度2.564 km。 由于LiDAR系统直接获取的是激光光束发射角度以及该光束往返时间，不能直接形成三维坐标数据，因此需要通过三维点云结算将每个激光脚点的发射角及测距值结算为地理空间三维点云坐标数据。 1) 数据下载 连接激光雷达设备，下载数据(图3)。 图3. 数据下载 2) 点云数据解算 首先激光扫描坐标系坐标计算，先是测量的时间间隔转换为距离，然后将每个探元与激光发射光束相对应，通过对应的发射角和距离值可以得到点在激光扫描坐标系下的坐标。 然后将激光扫描坐标系转换到IMU坐标系，每一个设备的激光扫描中心到IMU坐标洗的中心都有一定的偏移量，设备集成后IMU坐标系与激光扫描坐标系之间形成了固定的安置角度。IMU记录了设备的导航的空间位置和设备的俯仰角(pitch)、航向角(yaw)、横滚角(roll)数据。 最后将IMU坐标转换为地理空间三维坐标，通过设备的导航的空间位置和IMU的坐标系将点云转换为地理空间三维坐标系，利用NovAtel公司的Inertial Explorer软件和LiDAR360软件进行数据解算和输出(图4~5)。 3) 航带拼接 实验中使用了四条航线进行四次飞行以获取地面数据，由于相邻航带的同名特征间存在三维空间偏移，影响点云数据的精度和后续数据处理和使用，因此需要进行航带拼接消除航带间的误差。通过对安置误差进行检校实现不同航带间的数据拼接，并删除无人机转角处和盘旋处等不稳定飞行期间的数据，留下直线飞行处所采集的较为稳定准确的数据，保证后续实验数据精度(图6)。 4) 数据评价 点云数据质量是生成高精度DEM数据的前提，其中点云密度是保证数据质量的重要属性(图7)，也是评价点云数据的主要指标，根据实验可知点云密度越大后续生产的DEM数据精度越高 [ 8 ]，山地区域对于点云数据的密度相较于平地区域需求更大，当密度低于1.44点/m 2 时便几乎无法满足生产要求。本次实验通过四次飞行获取数据，使研究区域处于航线重合内，点云密度高于平均密度(表3)，符合高精度DEM生产需求。 图4. 数据解算 图5. 数据输出 图6. 航线数据处理 图7. 点云密度 Table 3 Main parameters of lase 点云数量 覆盖面积(m 2 ) 最小密度(points/m 2 ) 最大密度(points/m 2 ) 平均密度(points/m 2 ) 134，788，103 1.11968e+006 1 3503 120.381 表3. 激光主要参数 5) 数据处理 点云数据预处理首先为数据去噪，目的为去除远离地面的离散点，去除无用数据干扰，一般通过搜索邻域点密度进行筛选 [ 9 ]。随后对数据进行分类处理，提取出实验需要的精确地面点数据，目前提取地面点最为常用且有效的方法为渐进加密三角网滤波法 [ 10 ]，通过对点云数据进行格网化并取格网内的最低点作为起始种子点，利用起始种子点构建初始三角网，使用初始的三角网进行加密迭代，迭代后小于对应阈值，则将此点判定为地面点，并加入三角网中。重复此过程，直至所有地面点分类完毕。实验选择通过两次提取地面点，通过对比两次地面点生成的DEM的不同，选择效果较好，与实际地面情况更相符的数据。对比后仅能在边缘发现两幅DEM数据图的不同，内部并无区别(图8)。 图8. DEM数据对比 崩塌区域识别主要通过不同地形因子(坡度、坡向、曲率和粗糙度等)进行实现，本实验选择利用粗糙度和坡度因子进行研究区域的崩塌区域识别。DEM数据生成山体粗糙度图和坡度图(图9)，通过分析崩塌区域的特性实现区域识别。 图9. 数据处理图
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user: 5. 灾害体识别与应用分析 通过分析崩塌区域的表面特征，并将其用来作为提取崩塌区的依据。崩塌区域的地形形态需要从多种角度进行分类，正常崩塌区域分为两部分，上部分为崩塌区域，向下凹陷，下部分凸起，为崩塌堆积区域，并以此为识别崩塌滑坡的主要特征进行识别。通过获得的DEM数据，获得研究区域坡度、粗糙度并了解在崩塌区域的变化规律。对于坡度在崩塌区域的变化，可区分为崩塌上下部分均与周围地貌坡度跳跃变化明显，且跳跃变化幅度大体一致，可通过坡度图圈定出崩塌边界。且崩塌区域与崩塌堆积区域的坡度值较为集中，且在形态上表现为面状分布。而崩塌区域的粗糙度变化能总结为，崩塌区与周围地貌粗糙度跳跃变化明显，地表粗糙度跳跃幅度也基本相同，据此从地表粗糙度图上圈定出崩塌区的边界，结合粗糙度图形与坡度图形同时识别区域作为最后识别结果。实验后我们排除识别区域小且零碎等不符合的区域去除，最后成功识别出8处崩塌，并与实际崩塌区域匹配(图10)。 图10. 区域识别
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user: 6. 总结 本次实验以重庆市奉节县李子崖危岩为例，实现从机载激光雷达数据中提取地面点生产DEM数据，并通过DEM获取地面坡度图和粗糙度图，结合崩塌区域地形特征，实现崩塌区域识别。从结果可知，LiDAR技术所具有的高穿透性，可从密集植被覆盖区域获取地面信息。 该技术已满足生产需求，可在一定条件下弥补传统遥感技术无法透过植被或遮挡获取地貌的不足。研究区域内崩塌区域成功识别也确定了地形因子对于崩塌区识别的有效性和准确性，为防灾减灾提供了技术支持。
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user: 摘 要 冲击地压是煤矿重大地质灾害之一。本文以耿村煤矿为例，在已有对冲击地压研究的基础上，通过数值模拟、室内试验以及现场监测等手段，分析耿村煤矿工作面采动下岩体应力变化以及覆岩运动的规律，并结合多种监测方法对耿村煤矿深部开采冲击地压进行监测预警，采取合理的防治技术来避免或降低冲击地压带来的危害。研究表明，耿村煤矿冲击地压的发生与开采导致应力集中有很大的关系，并且受到临近F16断层的影响，使得耿村煤矿冲击地压属于在F16巨型逆冲断层控制下，高应力、大范围、区域性的顶底板型冲击，其失稳模式为底板型失稳，形成了对耿村煤矿深部开采冲击地压的监测防治系统，在多种监测手段配合的情况下，预测冲击地压的发生，并针对此，采取合理的技术进行防治，将灾害影响降到最低。煤矿深部开采冲击地压是一个复杂的系统工程，对耿村煤矿深部开采冲击地压的研究成果可以为该类型的研究提供参考。 关键词 :深部开采，冲击地压，监测预警，防治技术 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 冲击地压又称岩爆，是煤矿重大灾害之一，指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬间释放而产生突发性剧烈破坏的动力现象，常伴有煤(岩)体瞬间移动、抛出、巨响以及气浪等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。 随着矿井深度和开采强度的不断增加，深部采区的地质构造、应力场特征、煤(岩)体的破碎性质与动力响应特征、岩层移动以及能量的积聚释放规律均发生了显著变化，深部矿井动力灾害的致灾机理、触发条件、演化规律以及显现特征也异于浅部煤矿工程 [ 4 ]，但目前对深部开采的相关基础研究不够深入系统，并且深部冲击地压防止难度更大，因此，必须对深部开采煤层应力演化规律变化等特点展开研究，以开展对深部冲击应力的防治技术研究。 耿村煤矿属义马矿区，是义煤公司主力生产矿井，地质构造总体上为一向南倾斜的单斜构造，地层倾角11˚~15˚。现主要开采煤层为2~3煤层，生产采区两个，即西二和东三采区。采用走向长壁采煤法，综采放顶煤工艺，一次采全高，陷落法管理顶板。耿村煤矿属于冲击地压矿井，受巨厚砾岩及F16逆冲断层影响，已发生过多次冲击地压事件，且随采深的增加冲击地压和冲击地压危险区域有严重增加的趋势 [ 5 ]。因此，本文对义马煤田耿村煤矿进行深部开采煤层应力演化规律、冲击地压发生特点以及形成机理进行了研究，形成对煤矿的监测预警，提出相应的防治技术措施，具有十分重要的意义。
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user: 2. 耿村煤矿深部开采冲击地压研究 矿井工作面的煤体因开采会产生应力集中，煤体内部分区域形成高应力区或低强度区，其抵抗变形能力随变形增加而降低，出现应变软化现象，另一部分所受应力未达到其峰值强度，抵抗变形能力则仍随变形增加而增加，因而，煤体–围岩的原有变形系统分成两种不同力学性质的介质所组成的变形系统，即一种是高应力区或低强度区具有应变软化性质的煤岩介质，另一种是具有弹性性质或应变硬化性质的煤岩介质。当前者处于非稳定平衡状态，在受到外界微小扰动时，则将破坏初始的平衡状态产生失稳现象，释放能量使煤体破坏、滑移，乃至驱动而发生动态破坏 [ 6 ] [ 7 ]。 影响冲击地压发生的因素分为三大类：地质因素、开采技术因素以及组织管理因素 [ 8 ] [ 9 ]，耿村煤矿主要受到地质因素和开采技术因素影响。地质因素主要包括原岩应力和煤岩力学性质，开采技术主要包括人为造成高应力集中和采掘爆破引起冲击地压。 耿村煤矿东三采区西翼工作面布置及其井田边界采空区分布如图1所示，距离耿村与千秋煤矿的井田边界煤柱较近(在煤柱区边缘进行开采活动)，煤柱右侧煤千秋煤矿21101、21121、21141、21161、21181及21201工作面形成的大范围采空区，采空区上覆岩层重量转移至井田境界煤柱上，形成了较高的应力集中区域。依据采空区分布情况及影响范围可以将井田边界煤柱附近的未采区域沿倾斜向下方向依次可分为安全区域、危险区域、较危险区域和非常危险区域。 图1. 耿村煤矿东井田边界采空区分布图
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user: 3. 耿村煤矿深部开采煤层覆岩运动及应力演化规律研究 3.1. 耿村煤矿东三采取工作面复岩运动规律相似模拟研究 为研究耿村煤矿东三采区工作面覆岩运动规律，利用与原型力学性质相似的材料来模拟随着开采深度的增加，煤层、断层的相应变化以及在其影响下工作面上覆岩层运动规律和随着工作面的开采断层煤柱的形成及其演化规律。 该模型选择石英砂作为骨料，石灰、石膏作为胶结物，通过多次试验选择合适的配比进行模型制作，最终堆制好的模型如图2所示。然后对模型进行开挖，并记录在开挖稳定后相应应力以及位移等的变化。 图2. 模型全貌图 开采过程中上覆岩层垮落位移监测采用XJTUSD三维光学摄影测量系统，模型各个阶段开采后上覆岩层位移监测点的位移矢量图如图3所示，图中倾斜白色线为开挖煤层位置，倾斜红色线为F16断层线，规则排列的蓝色小圆点为模型位移监测点，四周不规则布置的蓝色小点为系统中的编码点，图中不同颜色的射线箭头代表该点的位移方向和大小，右侧的彩色图块中的不同颜色代表监测点的位移数值。 图3. 位移矢量图 工作面开采过程中各个应力测点的垂直应力变化规律如图4所示，煤层底板水平应力测点的变化规律如图5所示。 图4. 各测点垂直应力变化规律 图5. 各测点水平应力变化规律 试验结果分析表明，在开采中，距离F16断层较远的13210、13230工作面受到断层控制作用效果较弱，距离断层较近的13250、13270工作面受断层影响较大。随着开采区域逐渐接近F16断层，各个工作面开采后产生的倾向支承压力影响范围与应力峰值及其位置呈逐渐增大趋势，其中13210、13230工作面变化较小，应力影响范围为40 m左右，峰值位置在煤壁内10 m左右，而13250、13270工作面开采时，受F16断层影响倾斜应力影响范围增加至130 m左右，应力峰值位置在煤壁内30 m。开采过程中，煤层中垂直应力与水平应力在变化上表现出同步性，但水平应力相对垂直应力变化较为缓和，对于工作面的回采巷道来说，在上下掘进过程中水平应力在巷道顶底板形成高应力集中，巷道的两边与顶板采用锚网支护，底板强度较低且未支护，易成为能量释放的突破口，分析判断耿村煤矿冲击地压属于在F16巨型逆冲断层控制下，高应力、大范围、区域性的顶底板型冲击，其失稳模式为底板型失稳，且距离F16断层越近冲击危险越严重。 3.2. 耿村煤矿东三采区工作面采动应力演化数值模拟分析 为了研究耿村煤矿东区目前开采区域13210工作面及其后接近F16断层工作面的围岩应力分布状态，采用计算机数值模拟方法，模拟再现东区东翼工作面开采情况，其模型如图6所示。 图6. 东部采区数值模拟模型 图7为东区13170、13190工作面开采后煤层底板水平应力分布图，分析可知，由于千秋煤矿的开采，致使开采形成的采空区上覆重量岩层转移至未采空区，使得井田境界煤柱附近形成高水平应力集中区，积蓄了大量的弹性能，而这些高应力集中区扩展至耿村井田境界约300 m左右，13170、13190工作面开采后在13190工作面倾向下部实体煤层顶底存在高应力集中区域，综合分析可知，在13120工作面巷道掘进过程中发生的冲击地压与该应力集中区域有很大联系。 图7. 13170、13190工作面开采后煤层底板水平应力分布 图8为13170、13190工作面开采后煤层顶底板垂直应力分布图，其中采空区上方和下方岩层处于地应力区，高应力向煤层两侧的煤体转移，在采空区上下两侧煤壁附近形成集中应力区域，且应力集中区域与应力峰值都相对较小，采区巷道布置与水平主应力近似垂直，分析判断耿村煤矿东区冲击地压属高水平应力影响下、大范围、区域性的顶底板型冲击，其失稳模式为底板型失稳。 图8. 13170、13190工作面开采后煤层倾斜方向垂直应力分布 目前，耿村煤矿准备开采13210工作面，随着工程的推进，开采区域逐渐接近F16断层，该模型模拟开挖了13210、13230、13250及13270工作面，图9分别为各个工作面开采后煤层底板水平应力分布图，分析可知，随着开采区域接近F16，采空区增大，高位岩层活动量增大，造成采场上方顶板弯曲弹性能与底板压缩弹性能增大，采空区倾向下部煤层底板水平应力逐渐增高，巷道危险性增大。 图9. 各工作面开采后煤层底板水平应力分布 各工作面开采后煤层围岩垂直应力分布规律如图10所示，分析可知，随着开采进行，采空区应力降低，垂直应力转移至采空区两侧煤体上，在煤壁附近形成应力集中区域。随着工作面向断层面靠近，断层下盘岩体向采空区倾斜，断层面被拉伸，断层开始活化，导致应力集中区域面积与应力峰值大小随工作面向深部发展而增大，增加梯度越来越大。总体来说，随着开采深度增大，巷道受到冲击危险性更大。 图10. 各工作面开采后煤层倾斜方向垂直应力分布 各工作面开采后，F16断层面所受应力也随之发生改变，断层带岩石由原先的稳定材料变为非稳材料，而上下盘围岩仍属于稳定材料，因此整个变形系统则由两部分组成，当断层带岩石变形达到一定值时，变形系统处于非稳定状态，在开采扰动下就会发生失稳而产生断层型错动冲击地压。
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user: 4. 耿村煤矿深部开采冲击地压监测预警与防治技术研究 4.1. 耿村煤矿深部开采冲击地压监测预警 采用钻屑法、电磁辐射法、微震系统监测对耿村煤矿深部开采冲击地压进行监测预警。使用电磁辐射法时调整电磁辐射临界值为55 mV，监测期间监测值均在临界值以下，但由于电磁辐射值有明显的增加趋势，因此也可能发生冲击事故。耿村煤矿微震事件主要集中在工作面中下部和开切眼附近，随着开采的推进而前移，当工作面推进速度在0~3 m之间时，工作面的推进速度与的微震频次之间存在着明显的线性关系，但微震释放能量同开采速度之间呈非线性关系，分布比较均匀，冲击危险受工作面日推进度影响小。 监测结果表明，耿村煤矿在开采过程中存在冲击地压危险，且有些冲击矿压发生的原因是复杂的，靠一种监测预测手段还不能完全达到精确预测的目的，必须采取多种手段综合监测，由于煤矿的2~3煤为特厚的易自燃煤层，确定工作面日进度为2.5 m时能够保证工作面不着火同时又能最大限度的降低冲击危险程度。 4.2. 耿村煤矿深部开采冲击地压防治技术研究 煤矿冲击地压防治技术主要有大直径钻孔卸压、煤层深孔爆破卸压和煤层注水 [ 9 ] [ 10 ]，对耿村煤矿冲击地压主要采用大直径钻孔卸压和煤层深孔爆破卸压。 4.2.1. 冲击地压监测防治的技术体系 以耿村煤矿13210工作面为例进行冲击地压监测防治，具体监测防治体系见图11。 图11. 耿村煤矿13210工作面冲击地压监测防治体系 4.2.2. 大直径钻孔卸压 对耿村煤矿13210工作面进行钻孔卸压，采用具有较大功率的风钻打眼，插接式麻花钻杆，每节钻杆长1.0 m，孔深20 m，孔间距1.2 m，距离底板高度约为1.2 m，孔直径100 mm。对其进行监测，并结合对最大钻屑量出现位置和最大钻屑量、钻屑粒度以及钻屑量对比分析可知，打卸压钻孔后单个钻孔使周围部分煤体变形、破碎，使煤体中的应力发生重分布，但影响范围较小，相邻钻孔之间没有形成连通的卸压区域，致使煤壁附近支承压力带向煤体深部转移不够明显，钻屑粒度和钻屑量的降低也不明显，说明当前钻孔卸压参数选择不合理，应在现有基础上，改进施工工艺，缩小卸压孔间距，增大卸压钻孔直径和钻孔深度，以便使煤层中积聚的应力值降低，使支承压力带往煤体深部转移，达到彻底卸压的效果。 4.2.3. 煤层深孔爆破卸压 对耿村煤矿13210工作面进行爆破卸压前后钻屑法检测，分析可知卸压爆破实施后支承压力带往煤壁深处转移，每米总钻屑量以及单个钻孔的钻屑量和钻屑粒度都有所降低，冲击地压危险性降低。并且采用电磁辐射法对爆破前后进行检验，分析可知，爆破卸压前，电磁辐射强度值和脉冲数都较高，电磁辐射强度值普遍在55 mV以上，脉冲数也较高，部分超过了报警临界值，脉冲数变化也比较大，爆破卸压后，电磁辐射强度值和脉冲数都明显降低，强度值一般在30 mV左右，脉冲数大多为零。综合两者检测结果，说明深孔爆破卸压效果较好，所选参数合理。
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user: 5. 结论 1) 耿村煤矿发生冲击地压与应力集中有着密不可分的联系，随着开采区域增大，采空区倾向下部煤层底板水平应力逐渐增高，巷道危险性增大，并且由于越来越靠近F16断层，断层开始活化，导致应力集中区域面积与应力峰值大小随工作面向深部发展而增大，增加梯度越来越大。 2) 随着开采的推进，越靠近断层的工作面产生的倾向支承压力影响范围与应力峰值及其位置增大趋势相对较大，分析判断，耿村煤矿冲击地压属于在F16巨型逆冲断层控制下，高应力、大范围、区域性的顶底板型冲击，其失稳模式为底板型失稳。 3) 对耿村煤矿深部开采冲击地压进行监测，确定在开采过程中存在冲击地压危险，且须采取多种手段综合监测，对该区域冲击地压形成监测防治系统，并选择合理的参数以及设备实施卸压爆破、大直径钻孔卸压等局部解危措施。
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user: 摘 要 绿道作为线形绿色开敞空间，在为居民提供休闲、游憩、健身场所的同时，承载着重要的生态价值。本文以武汉东湖高新区二妃山绿道为例，通过对绿道生态价值的剖析，从绿道选线、纵横断面设计、海绵城市、驿站设计、挡土墙设计和景观提升等六个方面提出了生态视角下的绿道设计策略，希望对城市绿道设计实施以及生态文明建设带来一些参考。 关键词 :绿道，生态价值，海绵城市，景观设计 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 绿道(greenway)是一种线性绿色开敞空间，通常沿着河滨、溪谷、山脊、风景道路等自然和人工廊道建立，内设可供行人和骑车者进入的景观游憩线路，连接主要的公园、自然保护区、风景名胜区、历史古迹和城乡居住区等 [ 1 ]。绿道是多功能复合载体，不仅具有景观观赏、休闲游憩、历史文化保护、经济发展、社会文化等功能，还承载着潜在的生态价值 [ 2 ]。本文从绿道的构成元素出发，通过对绿道生态价值的剖析，以东湖高新区二妃山绿道为例，探讨生态视角下绿道的规划设计策略。
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user: 2. 绿道的组成要素 不同的视角对绿道的组成要素的界定不同，常见的分类方式有如下两种：绿道规划设计导则 [ 3 ] 中绿道由游径系统、绿化和设施等3个部分组成；广东省城市绿道规划设计指引 [ 1 ] 中绿道由绿廊系统、慢行系统、交通衔接系统、服务设施系统、标识系统等5个部分组成。 本文从各组成要素功能的差异将绿道组成要素分为绿廊系统、游径系统、景观节点、设施系统等4个部分。 2.1. 绿廊系统 绿廊系统是绿道的生态基底，包括自然本底环境和人工修复环境。主要由自然或人工修复的植物群落、生息繁衍的多样化野生生物、天然或经过改良的土壤和水体等要素构成，是绿道生态维育、景观美化、生态科普等生态功能的重要载体。 2.2. 游径系统 游径系统主要由步行道、自行车道、步行骑行综合道、绿道接驳通道等人工要素构成，是绿道实现人与山、水、林、田、湖等自然景观环境共融的重要的纽带，是绿道休闲健身、低碳出行功能的重要载体。 2.3. 景观节点 景观节点主要由可观、可达、可赏的休闲游憩场地和旅游景区等构成，是绿道提供驻足、停留、交往的活动空间，是绿道社会与文化、旅游与经济功能的重要的载体。 2.4. 设施系统 设施系统是绿道提供游览或休闲便利、保障出行安全、维护生态环境的配套设施。具体包括驿站、管理、厕所、垃圾箱、医护、座椅、商业配套等服务设施，照明、电力电信、给排水等市政设施，以及以全景牌、景观解说牌、导引牌、警戒忠告牌为主要内容的标识设施 [ 4 ]。
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user: 3. 绿道的生态价值 绿道的生态功能是绿道运动热潮的重要推动力 [ 4 ]。国内绿道的功能更侧重于景观美化、休闲游憩、文化保护等方面，对绿道的生态功能的关注和研究相对较少 [ 5 ]；而欧美的绿道规划更重视生态系统内物种与栖息地、物种与物种之间的关联 [ 6 ]。笔者结合国内外绿道开展的视角差异，对绿道的生态价值进行梳理分析。 3.1. 改善城市微气候的生态价值 根据相关研究，绿道改善城市微气候主要体现在遮阳降温、净化空气、防污染三个方面。 3.1.1. 遮阳降温效益 绿道作为带状绿地开敞空间，相较圆形、矩形、环状等斑块绿地具有更强的减弱热岛效应的能力 [ 7 ]。绿色开放空间的绿化无论采用何种植被，甚至是草坪，都可以取得降低温度的效果，其中最具有明显降温效应则是以乔木或乔木组合而成的各类绿地 [ 8 ]。 此外，人们通过观察发现，当城市道路及河道与城市夏季主导风向一致时，可沿道路及河道布置带状绿地形成绿色的通风廊道，如果与城市周围的大片楔形绿地相贯通，则可形成更好的通风效果 [ 9 ]。由此，绿道作为城市的风廊，连接城市与郊区，实现建成区与湖泊、河流、林带的气流交换，能够显著缓解城市热岛效应。 3.1.2. 净化空气效益 绿道的植被能够有效的提高负离子浓度和植物杀菌素，起到净化空气和卫生保健的作用。相关研究表明绿道内部的污染物CO、CO 2 、SO 2 、NO X 等的平均浓度都比路边对照组小，且绿道内部的植物杀菌素和负离子浓度显著高于路边对照组 [ 10 ]。 3.1.3. 防污染效益 城市中的绿道网络在抗污染的功能是多方面的，主要体现吸收有害气体、滞尘和防噪声等方面 [ 9 ]。 相关实验证明，有一定面积的林带不仅可以吸收空气中的部分有害气体，还可以稀释空气中有害气体的浓度 [ 11 ]。绿道的植物群体可以有效吸附空气中的粉尘，绿道内部的PM10平均浓度甚至可低于道路边2~3倍 [ 10 ]。单一的绿地草坪可以降低5~10 dB的噪声。当绿地的宽度为40米时且植被层次为乔—灌—草组合时，可有效吸收10~15 dB的噪声 [ 9 ]。 3.2. 修复生态环境的生态价值 绿道体系对生态环境的修复主要体现在破损自然山体的修复、萧条自然植被的景观提升。 因矿石开采、建筑垃圾的随意倾倒等对自然山体环境均产生了较大的影响，绿道体系的构建与完善，一方面可以结合自然山形，修复破损山体，塑造原始自然山体天际线；一方面通过土壤改良、山体覆绿、景观营造及水体景观等措施提升景观效果。 3.3. 保护物种栖息地的生态价值 绿道是城市绿地系统网络的重要组成部分。其作为城市景观结构要素(基质–斑块–廊道)中廊道的关键类型，当景观格局的完整性增加时，城市野生动植物栖息地得以加强，野生动植物生存空间与机会也将增加 [ 12 ]。 3.4. 保护生物多样性的生态价值 绿道对保护生物多样性具有重要的意义。合理的绿道体系设计可以为新热带区的候鸟、食虫动物和森林内部鸟类提供栖息地 [ 13 ]；绿道对城市景观结构的连续和延展，能够在一定程度上减少因景观的破碎对物种的多样化带来的负面影响 [ 14 ]。此外，绿道的宽度、绿道植被的覆盖率及绿道邻近区域的用地建设情况等，均对绿道体系内的生物多样性有着直接的影响 [ 5 ]。 3.5. 小结 结合绿道生态价值理论剖析，从绿道组成要素角度来看，生态性设计策略主要体现在如下几个方面： 1) 合理布局一定宽度的城市绿道廊道，具有较大的生态价值，能有效界定生态保护边界，保护生物通道的连续性； 2) 原自然生态绿地体系中的游经系统的建设本身对自然生态存在一定的负面影响，但可通过合理宽度及线性设计、生态型路面材料等措施降低影响程度； 3) 景观节点是为绿道注入人气，实现城绿共融、人道共生景观氛围的重要部分。生态视角下的绿道设计，应尽量保护原始绿化植被和面积，同时尽量采用本土乔木或乔木组合景观和不良土质改良等措施对现状破损区域进行生态修复 4) 设施系统是绿道系统中为使用人而建。生态视角的绿道设计中：设施选址应避免对生物通道和植物生长的影响；应尽量减少设施规模；应采用生态型建设材料；应避免噪声和光源污染；色彩与形态设计应与周边环境协调；应完善排水系统等。