GB∕T 43216-2023 岩溶关键带监测技术要求（正式版）

岩溶关键带监测技术要求2023-09-07发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I l2规范性引用文件 13术语和定义 14总则 14.1目的任务 14.2一般要求 25岩溶关键带监测工作布设 35.1岩溶关键带类型 35.2监测站构建 35.3监测站设置 35.4监测站运行 35.5监测工作布设其他条件 36岩溶关键带监测 46.1一般规定 46.2监测区环境调查 46.3气象要素监测 46.4水文要素监测 46.5土壤要素监测 47特殊过程监测 57.1水土流(漏)失过程监测 57.2流域碳-水-钙物质循环监测 57.3岩溶碳汇通量监测 57.4岩溶水环境监测 58监测数据汇交与处理 58.1数据库建设与运维 58.2数据汇交 68.3数据产品加工 69监测信息共享与服务 79.1用户权限划分 79.2服务方式 79.3系统安全 7Ⅱ附录A(资料性)岩溶关键带类型划分 附录B(规范性)岩溶关键带调查、监测指标分类 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会(SAC/TC93)归口。本文件起草单位：中国地质科学院岩溶地质研究所、中国地质调查局、中国地质大学(武汉)、中国科学院地球化学研究所、山东省鲁南地质工程勘察院、山东省地质矿产勘查开发局八○一水文地质工程地质大队。岩溶区土在地表、水在地下的特殊结构，对气候、水文等环境要素响应敏感迅速，资源环境问题突出。通过对岩溶关键带环境变化响应快速的水文过程、地球化学过程、生物过程(三大过程)进行监测可解决岩溶区资源环境问题。目前全球岩溶关键带监测站网建设尚未开展，中国岩溶区面积占国土总面积的三分之一，制定本文件，开展岩溶关键带监测，对解决岩溶区水土漏失、旱涝灾害、含水层脆弱和生态环境保护等问题具有重要意义；同时可推动岩溶关键带研究，开展岩溶关键带国际对比，继续保持我国岩溶学的国际引领地位。1岩溶关键带监测技术要求1范围本文件规定了岩溶关键带监测工作布设、过程(特殊过程)监测、监测数据汇交与处理、监测信息共享与服务等内容。本文件适用于不同类型岩溶关键带的监测，其他类型关键带的监测参照使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T12329—1990岩溶地质术语GB/T14157水文地质术语3术语和定义GB/T12329—1990和GB/T14157界定的以及下列术语和定义适用于本文件。地球关键带与人类生存环境密切相关的地表圈层(岩石圈-土壤圈-生物圈-水圈-大气圈)相互作用地带。注：即从树冠、土壤至含水层。关键带监测强调水文过程、地球化学过程、生物过程(三大过程)的相互作用。岩溶关键带karstcriticalzone以碳酸盐岩为基岩的关键带(3.1)。注：具有关键带的一般特征，兼具土在地表、水在地下的特殊结构，空间不均一性，三大过程以碳水钙循环为主，水土漏失、石漠化等资源环境问题突出的特征。岩溶关键带类型中涵盖所有监测指标的整体性监测站点。骨干站backbonestation针对某一特征指标开展系统监测的代表性站点。4总则通过岩溶关键带监测工作，捕捉岩溶关键带水文过程、地球化学过程、生物过程的相互作用，认识岩2溶关键带结构的差异与岩溶环境演化的趋势，解决岩溶区资源环境问题，同时服务于全球岩溶关键带对比。岩溶关键带监测工作流程见图1。调在调在方案监测站建设骨干站全要素监测特征指标监测特殊过程监测数据库成果报告共享服务系统安全节点站图1岩溶关键带监测工作流程4.2.1监测布设原则节点站布设应满足监测所在岩溶关键带典型形态特征的要求。骨干站布设应满足所在岩溶类型中岩溶关键带岩溶形态、水动力条件等单一显著特征的要求。区域性的岩溶关键带监测站的布设宜考虑不同岩溶形态下水动力过程及其对岩溶形成的驱动，以服务于所在地区生态环境演化趋势认识的需求为导向，并根据地区气候和人类活动的特征建立监测体4.2.2监测工作原则监测工作从时间上应连续，监测周期分为月度、季度和年度监测。3监测应准确，通过采取数据核查、平行监测等工作，确保监测数据的准确性。监测获得的数据应做标准化处理，方便后续数据处理及计算。5岩溶关键带监测工作布设5.1岩溶关键带类型5.1.1根据气候将岩溶关键带划分为热带及亚热带岩溶、温带湿润区岩溶、干旱与半干旱区岩溶、高山高原岩溶四大类。5.1.2根据地区、地貌、岩性划分亚类，全国范围内设置24个亚类。具体分类见附录A。5.2监测站构建5.2.1在24个亚类中选择典型流域建立节点站，典型流域要求涵盖相对完整的水文系统。在同一亚类中选择岩溶关键带某一环境问题特征指标突出的典型流域建立骨干站。水文系统应能够体现水循环与转化的动力过程，初始条件和边界条件确定，水文系统面积大小不做规定。5.2.2在干旱区监测站需重点体现降水补给过程和开采活动对系统的影响。在湿润地区监测站重点体现径流和排泄过程，在高山地区体现冰雪补给过程。5.2.3监测站应明确物质的输入和输出过程，应和已有的水文监测站和气象监测站结合，对于边界没有确定和排泄量与开采量很难测量的系统不建议作为监测站。监测站应具有明确的物理结构，确定主要的含水岩组和水文地质参数，岩溶空间结构较清晰。5.2.4监测站应具备持续监测的能力，包括水电设施、防水防晒设施、监测仪器维护看护、监测过程跟5.3监测站设置根据岩溶关键带类型亚类分区，各亚类区应设置不少于1个节点站，节点站所代表的岩溶关键带类型范围内根据不同环境因子或者地球化学过程设置骨干站若干，以此来研究该环境因子和地球化学过程对岩溶关键带的影响。5.4监测站运行5.4.1设置专项实行监测站运行和维护。5.4.2每个监测站应设置至少1名技术支撑人员，负责监测站建档，仪器的看护、检修、校正和数据的5.4.3节点站、骨干站建立档案，实行一站一档，便于站网体系建设和查阅。5.5监测工作布设其他条件主要包括场地地质背景，气象服务、水文监测和科研服务：a)场地地质背景作为科学研究用途具备的认知条件，通过测绘基础图件来实现，基础图件包括不低于1:10000比例尺精度的地形图和地质图；b)气象服务条件要求以监测站点为中心，100km²范围内至少一个气象服务站；c)水文监测条件要求场地能够提供的水文监测断面数量不少于1处；4d)科研服务条件要求满足研究人员的交通、住宿、饮食、安全等硬件条件。6岩溶关键带监测6.1一般规定被、土壤、岩石等要素进行调查；强调以水文过程为主线，针对岩溶区面临的主要环境效应问题，对气象、水文、土壤等主要环境介质进行监测。节点站对岩溶关键带全过程开展系统监测，骨干站聚焦岩溶关键带某一关键指标或者某一环境问题开展监测。具体调查、监测指标按照附录B的规定执行。6.2监测区环境调查在监测区，按照1km×1km网格，调查土壤厚度和类型，并根据土壤层上下结构分层采样。利用高分辨率卫星遥感数据与地面调查数据相结合，调查监测区植被覆盖率。按照1km×1km网格样方，调查监测区植物类型，分析优势种。6.2.3地层岩性调查按照1:50000地质调查精度要求，调查监测区岩层厚度、组合特征、主要岩石类型、构造、主要成岩矿物等，制作相关地质图件。6.2.4人类活动调查根据监测站点监测目的，调查监测区土地利用类型、人类活动等。6.3气象要素监测6.3.1利用多参数野外自动气象站进行。自动气象站应安装在空旷处，若站点面积较大，需在上、中、下游或环境异质性较强的区域安装多台气象站。6.3.2监测频率取决于监测目的、气象条件等因素。6.4水文要素监测6.4.1以流域为单元开展调查研究时，在流域地表水(河流、溪流)总出口设置水文监测站，按照水文测量规范等相关规范的要求建设标准水文站，主要获取水位、流量数据。6.4.2对流域属于岩溶地下河流域，应在地下河或地下水总出口设置水文监测站，获取水文、流量数据，监测频率取决于监测目的、水文条件等因素。6.4.3对流域没有明显地下水或地下河出口的岩溶地下水系统，应对地下水钻孔开展系统监测，钻孔要求覆盖上、中、下游和主要的子系统，监测地下水埋深和地下水水位动态变化，监测频率取决于监测目的、地下水水文条件等因素。6.5土壤要素监测质性较强的地区，根据土壤层上下结构设置3组及以上垂向监测层位。57特殊过程监测7.1水土流(漏)失过程监测根据调查监测区岩溶环境地质特征、水文特征等，在主要地表水出口、地下水出口建设水文监测站，收集和监测流域泥沙含量，分析泥沙排泄通量和总量。在代表性坡地修建径流小区和沉沙池，监测和分析坡地水土流失量。利用岩溶关键带孔隙、裂隙、洞穴、落水洞的含水介质特征，监测降雨条件下裂隙土壤流失和运动过程，评估流失通量。通过封堵落水洞或在落水洞周边修建水文、泥沙监测设施的方7.2流域碳-水-钙物质循环监测基于高分辨率水文水化学定位自动监测，钙离子(Ca²+)、溶解无机碳(DIC)、碳-氢-氧稳定同位素长时序取样巡测，对比典型岩溶关键带流域碳-水-钙物质循环与区域岩溶碳汇差异，评估不同岩溶关键带碳汇潜力与碳酸盐岩风化碳汇在地质碳汇中的贡献率。7.3岩溶碳汇通量监测从以下三方面考虑岩溶区域生态、地质总碳汇通量。a)区域生态系统碳汇通量监测与计算：通过影像区划、现地调查，确定区域生态系统中各群落类型面积，通过单株生物量模型、监测样地调查、土壤调查等计算出区域生态系统各群落类型碳汇密度。见公式(1)。式中：F生态系统碳汇通量，单位为吨碳每年(tC·a-l);S;——各个群落类型面积，单位为平方千米(km²);p:——各个群落类型碳汇密度(以碳计),单位为吨碳每平方千米年(tC·km-²·a-¹)。b)通过对地表水流域、地下水流域的水文和岩溶碳汇通量监测，依据岩溶作用生成物形成速率和反应物消耗速率区分，通过岩溶水化学径流法、碳酸盐岩溶蚀试片法、基于地理信息系统(GIS)空间分析的估算岩石风化消耗二氧化碳的大气模型(GEM-CO₂)和入渗-平衡化学法等，计算流域岩溶碳汇通量。c)通过耦合生态碳汇通量、岩溶碳汇通量，计算流域总体碳汇通量。7.4岩溶水环境监测应开展岩溶关键带水量和水质的动态监测，基于地理信息空间分析平台进行岩溶关键带水资源与水环境脆弱性分级，分析气候变化下不同岩溶关键带水环境动态变化过程。8监测数据汇交与处理8.1数据库建设与运维8.1.1监测数据库建设开展数据库顶层设计，以节点为单元，建立监测数据库，实现数据海量储存。监测数据库建设要求如下：a)数据库应具备详细设计及技术文档、元数据；6b)数据收录范围可包括监测属性数据、地理空间数据、文献数据、多媒体数据等；c)应遵循水文地质调查数据库建设相关规范，进行数据规范化处理、加载与更新；d)地理空间数据采用国际上通用的GIS数据格式和平台建设；e)应支持XML数据交换格式；f)应定期或不定期进行数据更新。8.1.2数据库运行与维护8.1.2.1应制定数据备份策略及恢复预案，定期对数据库和日志文件进行备份。8.1.2.2应逐步建立异地备份，以防不可抗力和灾害造成的数据存储介质破坏。8.1.2.3应根据用户需求、共享分级分类规定授予不同的访问权限。并应根据应用环境变化，数据库完整性约束条件变化，对数据库操作权限做及时修正。8.2数据汇交利用当前各类无线、有线数据传输技术和通信协议，实现监测数据从节点向数据中心实时传输。数据应基于网络的集中式数据存储模式进行存储。8.2.3数据存储与管理策略数据库建库单位负责数据资源的更新、数据质量保证等管理。8.3数据产品加工8.3.1数据产品分类监测数据产品主要分为基础数据产品、原始数据产品、加工数据产品三大类：b)原始数据产品包括监测站基本信息、原始监测数据等；c)加工数据产品包括统计数据、分析数据、图件数据、研究报告、研究论文、三维地质模型数据等。8.3.2数据产品加工流程主要包括监测数据集制作、数据集审核、数据集汇总、数据集验收和存档：a)监测数据集制作要求数据采集应有较高的效率、高度自动化和采集的完整性；b)数据集审核包括对采集信息表和数据完整性的审核；c)数据集汇总平台包括原始数据采集系统、数据通信系统、数据集成、数据装载储存、数据发布与d)数据集验收和存档应按照抽检30%进行检查验收，描绘并验证其有效性，并100%实现高质量的网络存档。8.3.3数据质量保证应建立监测数据资源的质量评价与保证体系，对所汇集的监测数据进行数据质量评价。具体要求如下：a)数据质量根据监测任务和目标量化；7b)数据格式和元数据遵循相关国家标准要求；c)开展全面的数据审核，建立由分析(监测)人员初审、专业人员复核、审核人员终审的三级审核制度；d)存档数据要求外观完整、交互完备和格式一致，网络存档要求在短时间内采集目标内容，并完整保存。9监测信息共享与服务9.1用户权限划分基于监测信息数据的保密性、公益性等要求以及用户群体等因素，对监测信息数据性质、共享范围进行科学分类，针对不同用户群体进行权限划分。9.2服务方式9.2.1基于远程调用技术服务(WebService)、网页地理信息系统服务(WebGIS)和元数据等技术提供在线服务和离线资料获取服务，根据服务主体分为数据服务和功能服务。9.2.2数据服务主要包括：a)元数据检索服务：为用户提供快捷、方便、灵活的元数据查询模式，通过目录检索所需数据样本基本信息；b)监测信息检索服务：为用户提供许可权限下通过搜索引擎查询到的所需监测数据；c)监测信息在线浏览与下载服务。9.2.3功能服务主要包括：a)数据转换服务：提供岩溶关键带监测数据清洗、数据抽稀等服务；测信息服务；c)数据表达服务：提供岩溶关键带监测数据多种形式可视化表达服务。应建立信息安全技术框架，通过系统的技术防护措施(网络各成员应承担的安全义务和责任)来实现监测信息系统安全，包括系统基础设施安全和系统软件安全：a)系统基础设施安全：应具备性能较为完善的监测网络安全设施，包括：建立监测设备定期维护制度；配备网络防火墙、入侵检测、病毒防范、用户识别、监测网络故障报警等信息安全软硬件系统；专人进行监测网络基础设施日常管理监控与更新；b)系统软件安全：应具有用户登录访问控制、权限控制等功能；系统应定期进行备份。Co岩溶关键带类型划分岩溶关键带类型划分表见表A.1表A.1岩溶关键带类型划分表序号岩溶类型亚类分布区域特征1热带及亚热带岩溶峰丛洼地型云贵高原由连座的石峰和其间的封闭洼地组成，洼地底部多为石质裸露或有薄的土层，发育落水洞或竖井2峰林平原型两广地区在基本平坦的地面上，平地拔起疏密有致的分离石峰3滨海岩溶海南岛、台湾海南岛岩溶面积不大，岩性不纯，山峰陡峭，地下发育洞穴；台湾地貌形态主要有石灰岩台地、孤立的塔状岩溶石峰、洞穴、丘陵和河流；海滨地区有岸珊瑚礁4珊瑚礁岩溶南海海域礁坪上发育石牙、溶沟、天生桥，水下珊瑚礁中发育洞穴5槽谷型岩溶川东地区中间为碳酸盐岩溶蚀形成的条形槽谷，两侧为脊状山岭的岩溶地貌，受褶皱构造形迹控制发育槽谷1条～2条不等6断陷盆地岩溶云南、四川兴文地表布满溶沟、石牙、岩柱，地下洞穴数以百计，岩溶塌陷坑众多且巨大7热带雨林岩溶中越边境以峰丛洼地为特征，地下洞穴十分发育8路南石林岩溶云南密集林立于岩溶原野上的锥柱状、锥状、塔状石柱，发育洞穴和地下河9溶丘洼地型岩溶鄂西、湘西发育洼地、漏斗、坡立谷、干谷、竖井、伏流、地下河、盲谷、洞穴等多种岩溶形态高山高原岩溶西藏高原岩溶西藏中部和北部发育石墙、石林式石牙、残峰、峰林式残林、小型洞穴和穿洞、溶蚀洼地和漏斗、岩溶泉和灰华堆积形态中昆仑山东段岩溶藏北地区发育石林或石牙、峰林或残林、石墙、洞穴等岩溶形态山地高寒岩溶四川岷山在冰雪侵蚀和强烈物理剥落作用下地表岩溶为裂隙型岩溶，发育峰林式残林、残柱、天生桥等岩溶形态峡谷岩溶四川岷山灰岩物理风化程度低，生物岩溶作用活跃，岩溶形态为钙化沉积九寨黄龙岩溶川西发育钙化沉积表A.1岩溶关键带类型划分表(续)序号岩溶类型亚类分布区域特征干旱与半干旱区岩溶半干旱区岩溶山西高原、渭北地区地表岩溶形态以常态山、干谷为主，有连续的山脊和完整的地表排水网，干谷极为普遍成为地表水入渗地下水的主要通道半干旱-亚湿润区岩溶太行山东南侧地表有常态山及溶丘、溶岗，负地形以干谷、干沟为主，有少量洼地。地表发育石牙、溶沟地下形态以宽溶隙为主。发育很多岩溶大泉干旱区岩溶新疆、甘肃、内蒙古大部地区地貌多为高原、高山、内陆盆地、沙漠；地下岩溶不发育察尔汗盐湖岩溶青海地区干涸的盐湖平原，仅有九个高矿化卤水盐湖温带湿润区岩溶山西高原岩溶山西地区地表和土下岩溶不发育，地表岩溶多为干谷和岩溶泉，地表和地下溶蚀裂隙极为发育太行山东、南侧岩溶华北平原与山西高原之间在地貌上或大地构造上均处于华北平原与山西高原之间的过渡地带鲁中南岩溶山东具有南方湿润区岩溶和北方半干旱区岩溶过渡地带特征，岩溶发育极不均匀太子河流域岩溶辽宁地表发育洼地、落水洞、竖井，地下发育洞穴、地下河、地下湖小兴安岭岩溶黑龙江大片分布火成岩，如花岗岩、安山岩等，局部分布碳酸盐岩，岩溶相当发育温带滨海岩溶辽东半岛南端沿海岸形成海蚀岩溶形态，如海蚀洞、海蚀柱、海蚀阶地，海平面以下形成溶蚀-海蚀洞，并有海底泉台表B.1规定了岩溶关键带调查、监测指标分类。(规范性)分类要素必选指标备选指标°调查土壤调查含水量、温度、电导率、pH、容重、粒度、化学成分、无机碳、有机碳、土壤CO₂浓度营养元素(全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾)、盐基离子、铵态氮、硝态氮、化学成分(SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、MnO、P₂O₅、烧失量)、粒度、土壤呼吸速率、微生物、碳酸酐酶、碳同位素植被调查植被覆盖率、土地利用方式正交差值植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、植被净初级生产力(NPP)地层岩性调查岩层