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生物炭对西南喀斯特区石灰土水分入渗特征的影响

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水土保持学报 2024年

作者：余辉方荣杰余佳峻徐勤学敖利满付智勇陈洪松桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站

[目的]为探究玉米秸秆生物炭对西南喀斯特区石灰土水分入渗特征的影响。[方法]设置5个生物炭施量梯度(0,2%,4%,6%和8%)、3种砾石含量土壤(10%,20%,30%)和无砾石土壤,进行一维积水入渗试验。[结果](1)随生物炭施量增加,除10%砾石含量外,... 详细信息

[目的]为探究玉米秸秆生物炭对西南喀斯特区石灰土水分入渗特征的影响。[方法]设置5个生物炭施量梯度(0,2%,4%,6%和8%)、3种砾石含量土壤(10%,20%,30%)和无砾石土壤,进行一维积水入渗试验。[结果](1)随生物炭施量增加,除10%砾石含量外,湿润锋运移深度均逐渐减少,且添加生物炭对含砾石土壤的抑制效果弱于无砾石情况。以60 min为例,无砾石时比未施生物炭(CK)减少10%～27%,3种含砾石情况则分别减少1%～17%,1%～16%,1%～21%,其中施量为8%时,各处理的运移深度最小。(2)生物炭减少石灰土的累积入渗量。无砾石时的累积入渗量比CK减少9%～27%,而含砾石时比CK减少11%～21%,其中砾石和生物炭施量分别为30%和8%时累积入渗量最少,2%施量均无显著影响。(3)随生物炭施量增加,无砾石土壤初始入渗率和稳定入渗率逐渐减小;而对含砾石土壤稳定入渗率的影响比初始入渗率更显著。(4)与Philip模型相比,Horton和Kostiakov模型均能用于拟合本研究中土壤水分入渗过程,但Horton模型的拟合趋势与实际结果更符。[结论]玉米秸秆生物炭有效减少喀斯特区石灰土的土壤水分入渗,含砾石条件下玉米秸秆生物炭减少土壤水分入渗效果弱于无砾石的均质土。研究结果可为西南喀斯特区石灰土降雨入渗调控、土壤水分管理提供参考。

关键词：生物炭喀斯特土壤水分砾石入渗特征

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西南喀斯特关键带结构及其水文过程研究进展

应用生态学报 2024年第4期35卷 985-996页

作者：张君陈洪松聂云鹏付智勇连晋姣王发罗紫东王克林中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过... 详细信息

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过程最活跃的因子。本文从关键带结构刻画、土壤-表层岩溶带系统水文过程以及模型模拟3方面回顾和总结了西南喀斯特地区开展的相关研究以及存在的问题,并对潜在的研究热点进行了展望。多尺度、多方法综合观测以及多学科交叉是开展系列研究的主要途径,精准刻画植被-土壤-表层岩溶带耦合系统的生态水文过程是未来研究的主要趋势和重点。本文旨在为深化喀斯特关键带水文过程研究和区域水文水资源管理提供科学参考。

关键词：喀斯特关键带表层岩溶带氢氧稳定同位素基岩水分降雨-径流阈值行为渗透系数

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三种固废改性生土材料配方设计及力学性能研究

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硅酸盐通报 2024年第2期43卷 603-616,636页

作者：张坤付智勇张凌寒杨文豪兰官奇朱熹育西安石油大学土木工程学院西安710065 西安石油大学博士后创新基地/基建处西安710065 西安石油大学机械工程学院西安710065

为改善生土材料的力学性能,本研究以铁尾矿、煤矸石、电石渣、油泥与水泥等材料作为掺和料对生土进行改性。基于单形格子法设计配方,对3种配方、180个改性生土试件进行抗压强度试验,研究不同因素对试件破坏形态、抗压强度和试验数据离... 详细信息

为改善生土材料的力学性能,本研究以铁尾矿、煤矸石、电石渣、油泥与水泥等材料作为掺和料对生土进行改性。基于单形格子法设计配方,对3种配方、180个改性生土试件进行抗压强度试验,研究不同因素对试件破坏形态、抗压强度和试验数据离散性的影响;利用频数分析法,研究了固废改性生土材料的最优配方;通过CT扫描,从细观层面分析受荷后材料内部的分形和孔隙。结果表明:改性生土试件抗压破坏形态基本相同,极限位移受掺料影响显著。以煤矸石与电石渣、铁尾矿与水泥、油泥与水泥作为掺和料均可大幅提高改性生土试件的力学性能,掺和料种类、掺量对改性生土试件强度及数据离散性影响显著。经过频数寻优,3种配方的理想强度掺和料配比分别为1)铁尾矿12.1%~19.5%(质量分数,下同)、水泥13.9%~19.1%、生土65.5%~69.9%;2)电石渣6.7%~14.1%、煤矸石8.9%~11.8%、生土76.7%~81.8%;3)油泥11.4%~14.4%、水泥17.4%~19.4%、生土67.1%~70.5%。材料内部的分形和孔隙特征稳定,表现出较小的波动性和良好的密实性。

关键词：改性生土固废利用抗压强度配方设计频数分析法

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西南喀斯特地区不同岩面形态下岩面径流特征

水土保持研究 2024年第1期31卷 10-17页

作者：吴瑶琴蒋超华徐勤学方荣杰付智勇陈洪松桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂林541004 桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室科教结合科技创新基地广西桂林541004 广西珠委南宁勘测设计院南宁530007 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

[目的]研究自然降雨条件下不同岩面形态岩石的降雨产流特征,为深入了解喀斯特坡地降雨侵蚀规律提供科学依据。[方法]选取研究区内光滑、裂隙、溶穴和溶盘4种典型岩面形态的岩石为研究对象,采用野外径流小区原位观测的方法,对降雨后各种... 详细信息

[目的]研究自然降雨条件下不同岩面形态岩石的降雨产流特征,为深入了解喀斯特坡地降雨侵蚀规律提供科学依据。[方法]选取研究区内光滑、裂隙、溶穴和溶盘4种典型岩面形态的岩石为研究对象,采用野外径流小区原位观测的方法,对降雨后各种岩面形态下岩石产生的岩面径流进行监测。[结果](1) 4种岩面形态中,岩面径流系数表现为光滑(0.74)>溶盘(0.57)>溶穴(0.35)>裂隙(0.19),光滑岩面平均径流系数显著高于其他类型的岩面,径流系数分别为裂隙、溶盘和溶穴的3.89,2.11,1.30倍。(2)随着降雨等级的增大,不同岩面径流系数均呈增加趋势,在大雨及以上降雨事件下,4种岩面形态的径流系数存在显著差异。(3)降雨量是影响不同岩面径流深的主要降雨因子,导致岩面产流的降雨量临界值大小表现为裂隙(1.8 mm)>光滑(1.5 mm)>溶盘(1.1 mm)>溶穴(1.0 mm)。[结论]岩面形态和降雨量是影响岩面径流的主要因素;在裸岩广泛分布的喀斯特地区,岩面径流是坡面径流的重要组成,在水土流失防治中要考虑岩面径流的影响。

关键词：喀斯特岩面形态自然降雨岩面径流产流特征

轴压下掺铁尾矿砂和水泥的生土材料细观损伤演化研究

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新疆大学学报（自然科学版中英文） 2024年第4期41卷 488-496页

作者：张坤杨文豪吕雪瑞付智勇芦白茹杨战社西安石油大学土木工程学院陕西西安710065 西安石油大学博士后创新基地/基建处陕西西安710065 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065 西安欧亚学院人居环境学院陕西西安710065

为研究铁尾矿砂改性生土基材料在轴压下的损伤演化性能,采用CT技术,对不同应力状态下材料内部二值化图像进行分析.通过阈值分割,从细观上数值化各应力状态断面图像.研究材料分形维数、孔隙率和应力-应变(ε-σ)曲线演化规律,并阐明材料... 详细信息

为研究铁尾矿砂改性生土基材料在轴压下的损伤演化性能,采用CT技术,对不同应力状态下材料内部二值化图像进行分析.通过阈值分割,从细观上数值化各应力状态断面图像.研究材料分形维数、孔隙率和应力-应变(ε-σ)曲线演化规律,并阐明材料从受荷直至破坏的细观机理.结果表明:分形维数随受荷增大显著增加,σ=2.38 MPa时,分形维数最大.分形维数的变化趋势可间接表征试件受压时各扫描断面的不规则程度、粗糙度、裂缝与孔隙的发展情况.材料孔隙率随应力增大明显增加.以孔隙率为指标的材料损伤因子变化趋势与孔隙率变化规律相同,可有效反映材料在轴压下的破坏发展规律,也可作为研究改性生土试件损伤演化的定量参数.

关键词：计算机断层扫描(CT)技术改性生土材料分形维数孔隙率损伤因子

基于多时空滑坡编录和TrAdaBoost迁移学习的滑坡易发性评价

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地球科学 2023年第5期48卷 1935-1947页

作者：付智勇李典庆王顺杜文琪水资源工程与调度全国重点实验室(武汉大学) 湖北武汉430072

为了解决震区不同时期易发性评价中滑坡编录样本不足问题,以汶川地震震区汶川‒映秀区域为研究区,基于TrAdaBoost迁移学习算法,利用2011‒2013年滑坡数据集辅助训练2013‒2015年滑坡数据集的滑坡易发性模型,分别建立了以决策树(DT)和随机森... 详细信息

为了解决震区不同时期易发性评价中滑坡编录样本不足问题,以汶川地震震区汶川‒映秀区域为研究区,基于TrAdaBoost迁移学习算法,利用2011‒2013年滑坡数据集辅助训练2013‒2015年滑坡数据集的滑坡易发性模型,分别建立了以决策树(DT)和随机森林(RF)为单体学习器的TrAdaBoost-DT和TrAdaBoost-RF滑坡易发性模型.通过所建立的模型对研究区的滑坡易发性进行预测,并将预测结果与仅用2013‒2015年滑坡数据集所建立的DT和RF模型的预测结果进行对比.以受试者工作曲线下方面积(AUC)为评价指标,TrAdaBoost模型使得DT和RF模型的AUC分别提高了0.03和0.01.为了进一步验证所提方法有效性,以2013‒2015年滑坡数据集辅助训练2015‒2018年滑坡数据集中的易发性模型.结果表明,基于TrAdaBoost模型优化DT和RF模型的AUC均提高了0.13;TrAdaBoost模型能够有效提高传统基于机器学习滑坡易发性模型的预测性能,且对小数据集下的滑坡易发性模型的预测性能提升更为显著.

关键词：滑坡易发性滑坡编录迁移学习 TrAdaBoost 决策树随机森林工程地质.

喀斯特坡地不同土地利用方式碳氮流失的水文驱动特征

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中国岩溶 2023年第1期42卷 84-93页

作者：任惠敏付智勇王发陈洪松中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西河池547100 中国科学院大学北京100049

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍... 详细信息

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍伐、重度砍伐、人工林、耕地、牧草6种不同土地利用方式对土壤碳氮流失途径、形态及通量的影响。结果表明:降雨是土壤碳氮流失的主要驱动因子,降雨产流阈值为16 mm,55 mm时达到产流峰值。各土地利用方式仅在暴雨下有显著差异,其中,人工林的土壤碳氮流失量较大,而重度砍伐的流失量较小。土地利用方式不改变土壤碳氮的流失途径,各土地利用方式均以地表流失为主(51.29%~75.15%),壤中流为辅,其中壤中流主要通过A层流失(65.20%~89.12%)。氮素流失形态以NO_(3)^(-)-N为主(45.84%~56.49%)。研究结果可为揭示喀斯特坡地生源物质流失过程及其水文驱动机制、研发水土流失与面源污染阻控技术提供参考。

关键词：喀斯特生态系统人为干扰面源污染碳氮流失壤中流

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白云岩坡地土壤流失空间分布特征及关键影响因子

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应用生态学报 2023年第2期34卷 377-386页

作者：蒙清梅付智勇邓羽松陈洪松广西大学林学院南宁530004 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

本研究选择典型白云岩坡地,在上、中、下坡各设置3个土壤流失监测微区(投影长2 m、宽1.2 m),连续观测2个水文年(2020—2021年),分析土壤流失量的动态变化及其关键影响因子。结果表明:白云岩坡地不同坡位的土壤流失量依次为下坡半淋溶土(... 详细信息

本研究选择典型白云岩坡地,在上、中、下坡各设置3个土壤流失监测微区(投影长2 m、宽1.2 m),连续观测2个水文年(2020—2021年),分析土壤流失量的动态变化及其关键影响因子。结果表明:白云岩坡地不同坡位的土壤流失量依次为下坡半淋溶土(386 g·m^(-2)·a^(-1))>中坡始成土(77 g·m^(-2)·a^(-1))>上坡新成土(48 g·m^(-2)·a^(-1))。沿坡向下,土壤流失量与土壤表层含水量、降雨量的正相关关系逐渐增加,而与最大30 min雨强的正相关性逐渐降低;影响上、中、下坡土壤流失的气象因子分别为最大30 min雨强、降雨量、平均雨强和表层土壤含水量。上坡土壤侵蚀过程主要由雨滴击溅及超渗产流驱动,而下坡主要由蓄满产流驱动。土壤剖面细土体积占比是控制白云岩坡地土壤流失的关键因子,其解释率达到93.7%。下坡是白云岩坡地土壤流失的关键部位,石漠化治理应基于不同坡位的侵蚀发生机理,因地制宜布设防控措施。

关键词：地形序列土链石灰土白云岩土壤剖面产流机制水蚀过程

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不同类型表层岩溶泉水源划分及对降雨的响应

水文 2022年第3期42卷 20-26页

作者：黄荣王发陈洪松付智勇中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西河池547100 中国科学院大学北京100049

表层岩溶泉的水文水化学特征是认识岩溶含水介质结构的重要手段。基于泉域水文地质调查,2018年对广西环江木连小流域内降水和泉水流量及电导率进行监测,利用端元模型与电导率频率分布分析方法,解析表层岩溶泉径流来源及对降雨的响应特... 详细信息

表层岩溶泉的水文水化学特征是认识岩溶含水介质结构的重要手段。基于泉域水文地质调查,2018年对广西环江木连小流域内降水和泉水流量及电导率进行监测,利用端元模型与电导率频率分布分析方法,解析表层岩溶泉径流来源及对降雨的响应特征。结果表明:(1)年尺度上,受驱替作用排泄的水流分别占季节泉、常流泉总径流的32.3%和23%;(2)次降雨过程季节泉和常流泉径流均以驱替含水层中未联通的“旧水”为主,强降雨条件下存在的雨水稀释现象仅约占3.6%;(3)季节泉在次降雨过程中受多重水流补给且对降雨响应敏感,其中管道流和壤中流分别占23%、34.2%,以基质或岩溶裂隙释放的重力水流仅占10.5%,导致持续供水能力较差;(4)常流泉补给来源单一,次降雨过程中主要受到以基质或岩溶裂隙排泄的重力水补给(77%),具有较高的有效涵养地下水资源功能及供水可持续性能力。

关键词：表层岩溶泉电导率流量降雨响应补给来源