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激光扫描和摄影测量在坡面侵蚀演变过程的适用性

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农业工程学报 2022年第17期38卷 101-109页

作者：罗斌张勇张志伟倪世民张歆王军光华中农业大学水土保持研究中心武汉430070 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站武汉430010

为研究激光扫描和摄影测量技术在监测坡面侵蚀演变过程中的精度及适用性,该研究利用近景摄影测量技术和三维激光扫描技术对长历时条件下坡面侵蚀演变过程进行监测,获取不同时段的坡面微地形数据,基于坡面高精度数字高程模型(Digital Ele... 详细信息

为研究激光扫描和摄影测量技术在监测坡面侵蚀演变过程中的精度及适用性,该研究利用近景摄影测量技术和三维激光扫描技术对长历时条件下坡面侵蚀演变过程进行监测,获取不同时段的坡面微地形数据,基于坡面高精度数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对坡面侵蚀演变过程进行分析,探究2种非接触式测量方法在坡面侵蚀监测中的适用性和精确度。结果表明:1)按主导侵蚀方式的不同,坡面侵蚀过程可分为片蚀阶段、细沟发育阶段和细沟成熟阶段;2)2种非接触式测量方法均能够精确地对坡面侵蚀产沙过程进行监测,最大相对误差为-16.82%,2种方法在坡面侵蚀量测量方面有很好的适用性。3)近景摄影测量技术在坡面侵蚀产沙监测、细沟深度测量和坡面微地形模拟方面要优于三维激光扫描技术。该研究可土壤坡面侵蚀监测方法的选择提供参考。

关键词：坡面侵蚀土壤近景摄影测量技术三维激光扫描技术对比

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粗颗粒土壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征

水土保持学报 2022年第4期36卷 30-36页

作者：杨青松倪世民王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070

为揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理,采用湖北通城县、江西赣县、福建长汀县、广东五华县4个样地的4种粗颗粒土壤(分别定义为TCA、GXA、CTA、WHA)进行室内模拟降雨试验,研究粗颗粒土壤坡面侵蚀过程及侵蚀泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:(... 详细信息

为揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理,采用湖北通城县、江西赣县、福建长汀县、广东五华县4个样地的4种粗颗粒土壤(分别定义为TCA、GXA、CTA、WHA)进行室内模拟降雨试验,研究粗颗粒土壤坡面侵蚀过程及侵蚀泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:(1)4种土壤的地表径流随着降雨时间的增长呈现出先增加后递减并趋于稳定的规律;(2)4种土壤的侵蚀特征存在差异,土壤侵蚀速率表现为WHA>TCA>GXA>CTA;(3)4种土壤的侵蚀泥沙中颗粒分布百分比大小均为砂粒>黏粒>粉粒>砾石。不同土壤侵蚀泥沙富集率表现出明显差异;(4)水流功率与土壤侵蚀速率的相关性显著,用幂函数可以准确描述其关系。在表达式中引入土壤黏粒含量、砾石含量后模型更加可靠(D_(r)=0.001ω^(1.163)C_(l)^(-4.069),R^(2)=0.82;D_(r)=0.003ω^(1.149)G_(r)^(-1.934),R^(2)=0.84),提高了模型预测土壤侵蚀速率的精度,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。

关键词：粗颗粒土壤土壤侵蚀土壤颗粒水流功率

初中科学学科深度学习策略初探——以“物质的构成”教学为例

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新课程研究 2022年第13期 68-70页

作者：倪世民浙江省杭州市萧山区益农镇初级中学

随着新课程改革的深入推进，多种教学方法在课堂上被采用，但教师在课堂教学中仍存在一些困惑，因此“深度学习”的概念被提出。在初中科学课堂教学中，教师可利用教材中的素材创设情境，促进学生深度学习，培养学生的高阶思维能力，以... 详细信息

随着新课程改革的深入推进，多种教学方法在课堂上被采用，但教师在课堂教学中仍存在一些困惑，因此“深度学习”的概念被提出。在初中科学课堂教学中，教师可利用教材中的素材创设情境，促进学生深度学习，培养学生的高阶思维能力，以便更好地实现教学目标。

关键词：深度学习初中科学策略

赣南崩岗区不同植被类型粉砂质土壤抗剪强度及其影响因素

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土壤学报 2022年第6期59卷 1517-1526页

作者：文慧倪世民王艺彤王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 江西省水利科学院江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室南昌330029

为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律,明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象,对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素,利用路径... 详细信息

为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律,明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象,对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素,利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明,土壤抗剪强度由大到小依次为林地>柑橘地>灌木地>草地>侵蚀区,且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低,毛管孔隙度总体呈升高趋势,黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升,汇聚于坡下。随着恢复时间增加,土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下,随着恢复年限增加,表现为递增趋势,内摩擦角则表现为缓慢递减趋势,均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系,含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了预测方程(R^(2)=0.80,RMSE=5.95),结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素,可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的参考。

关键词：崩岗植被类型土壤基本性质土壤抗剪强度

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鄂东南花岗岩红壤不同土层侵蚀过程

水土保持研究 2022年第5期29卷 55-61,69页

作者：张健华汪运东杨青松倪世民王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070

为了探讨不同降雨动能条件下花岗岩红壤各层次(淋溶层、淀积层、母质层)在坡面侵蚀过程中的产流产沙特征,研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对其水动力学参数变化特征及其与土壤侵蚀速率之间的定量关系进行了研究。结果表明:(1)降雨动... 详细信息

为了探讨不同降雨动能条件下花岗岩红壤各层次(淋溶层、淀积层、母质层)在坡面侵蚀过程中的产流产沙特征,研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对其水动力学参数变化特征及其与土壤侵蚀速率之间的定量关系进行了研究。结果表明:(1)降雨动能对各层次土壤坡面的产沙产流特征影响显著。随着降雨动能增加,各层次土壤初始产流时间不断递减,且径流含沙量和总产沙量均不断增大;(2)各层次土壤之间的侵蚀规律差异显著。初始产流时间、径流含沙量及总产沙量均表现出显著差异;通过回归分析,发现土壤侵蚀速率与降雨动能之间有良好的线性关系;(3)水流功率和单位水流功率与土壤侵蚀速率均呈显著的相关性,且能够用幂函数准确地描述它们之间的关系,引入土壤黏粒含量可使得模型更加可靠,在实际应用中有更广的应用范围和现实价值。综上,降雨动能和土壤质地对花岗岩红壤坡面侵蚀的形成和发展过程具有显著影响。

关键词：降雨动能花岗岩红壤土壤侵蚀速率水动力学参数定量化

不同质地重塑土坡面细沟侵蚀形态与水力特性及产沙的关系

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农业工程学报 2018年第15期34卷 149-156页

作者：倪世民冯舒悦王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070

土壤质地对坡面侵蚀产沙与细沟形态具有重要影响。为明确不同质地土壤坡面的细沟形态与侵蚀产沙特征的关系,该研究以土沙混合配制不同颗粒组成的重塑土坡面为研究对象,采用室内放水冲刷动床试验,选取了平均沟深、平均沟宽及断面宽深比... 详细信息

土壤质地对坡面侵蚀产沙与细沟形态具有重要影响。为明确不同质地土壤坡面的细沟形态与侵蚀产沙特征的关系,该研究以土沙混合配制不同颗粒组成的重塑土坡面为研究对象,采用室内放水冲刷动床试验,选取了平均沟深、平均沟宽及断面宽深比等作为细沟基本形态参数,分析了坡面细沟形态与水力学特性、侵蚀产沙的定量关系,并建立坡面侵蚀经验预测方程。结果表明:1)沟深随坡度增大而增大,沟宽随坡度增大而减小,两者随流量的变化不明显,细沟断面宽深比随坡度和流量的增加逐渐减小;2)同一试验条件下,坡面含沙量的增加使细沟断面形态整体由"窄深式"趋向"宽浅式";3)单位水流功率、水流功率与坡面细沟形态参数的关系最为密切(r>0.784,p0.747,NES>0.755,p0.879,NES>0.887,p<0.01)。该研究为坡面侵蚀预测与侵蚀机理研究提供参考依据。

关键词：水力学侵蚀细沟形态产沙坡面侵蚀预测方程

赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响

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农业工程学报 2019年第24期35卷 136-143页

作者：文慧倪世民冯舒悦王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业部长江中下游耕地保育重点实验室

为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响,采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗(初期、活跃期和稳定期)以及3个部位(集水区、边坡和沟道)的土壤进行了4个压力水头(0、-3、-6和-9 cm)下的圆盘入渗试验。结果表明... 详细信息

为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响,采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗(初期、活跃期和稳定期)以及3个部位(集水区、边坡和沟道)的土壤进行了4个压力水头(0、-3、-6和-9 cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,崩岗发育阶段和部位显著影响着土壤的理化性质。随着压力水头的减小,3种不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率逐渐减小,土壤砂粒含量显著影响土壤的入渗参数。3种不同发育阶段崩岗与土壤导水率和Gardner常数α之间差异不显著。除了-9 cm压力水头下的导水率以外,崩岗的部位显著影响土壤导水率和Gardner常数α值。不同发育阶段崩岗的大孔隙对水流贡献率随着崩岗受侵蚀程度的增加而增加,不同发育阶段崩岗各部位土壤大孔隙、中等孔隙2以及小孔隙对水流贡献率影响显著,其中活跃期崩岗沟通处大孔隙对水流的贡献率最高。研究结果可为南方不同发育阶段崩岗的土壤侵蚀过程提供一定的参考。

关键词：土壤崩岗土壤水力性质圆盘入渗仪

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不同质地重塑土坡面水沙定量关系研究

土壤学报 2019年第6期56卷 1336-1346页

作者：倪世民张德谦冯舒悦王军光蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室

为确定不同质地重塑土坡面水力学参数与土壤侵蚀速率间的定量关系,采用模拟径流冲刷动床试验的方法,对不同质地坡面的土壤侵蚀速率进行了研究,建立了土壤侵蚀速率与水力学参数、土壤性质间的定量关系。结果表明:(1)土壤侵蚀速率与坡度... 详细信息

为确定不同质地重塑土坡面水力学参数与土壤侵蚀速率间的定量关系,采用模拟径流冲刷动床试验的方法,对不同质地坡面的土壤侵蚀速率进行了研究,建立了土壤侵蚀速率与水力学参数、土壤性质间的定量关系。结果表明:(1)土壤侵蚀速率与坡度和流量关系密切,且坡度对土壤侵蚀速率的影响更大;土壤质地对土壤侵蚀速率具有明显的影响,相同试验条件下使土壤侵蚀速率呈现“单峰状”分布,在50%含沙量的坡面最大;(2)细沟平均沟深、断面宽深比与土壤侵蚀速率之间具有极显著的相关关系(r=-0.865,P<0.01),可以作为反映坡面侵蚀产沙程度的指标;(3)单位水流功率是描述土壤侵蚀速率的最佳水力学参数(r=0.911,P<0.01),幂函数可以很好地表达两者之间的定量关系(Dr=49.96Pr^2.07,R^2=0.795);(4)考虑到土壤性质对坡面侵蚀的影响,在单位水流功率与土壤侵蚀速率的定量关系中引入了土壤黏聚力,进一步提高了定量关系的可靠性(Dr=165.22Pr^2.36C^-0.44,R^2=0.816),由于方程中参数获取的相对简便,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。

关键词：土壤侵蚀速率土壤质地水力学参数土壤黏聚力

不同侵蚀程度花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征研究

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土壤学报 2020年第6期57卷 1387-1398页

作者：张德谦倪世民王军光吴文枭蔡崇法华中农业大学水土保持研究中心农村农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^(–1)+2.00 L·min^(–1)、120 mm·h^(–1)+2.66 L·min^(–1)),研究了不同侵蚀程度(... 详细信息

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^(–1)+2.00 L·min^(–1)、120 mm·h^(–1)+2.66 L·min^(–1)),研究了不同侵蚀程度(轻度侵蚀E1、中度侵蚀E2、强烈侵蚀E3)花岗岩红壤侵蚀过程及泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:产流率和土壤侵蚀速率随降雨强度和上方来水量的增加而增大;不同侵蚀程度土壤其侵蚀特征存在差异,产流率表现为E2>E3>E1,土壤侵蚀速率表现为E3>E2>E1;通过多元逐步回归分析得出,土体容重越高产流率越小(R^(2)=0.800,P<0.01),更高的黏粒含量和更低的粉粒含量会使得土壤侵蚀速率减少(R^(2)=0.715,P<0.01)。随着降雨-冲刷强度增加泥沙中砾石和黏粒含量增加,砂粒和粉粒含量减少,泥沙分形维数增大。分形维数与黏粒(R^(2)=0.910)和砂粒(R^(2)=–0.390)质量分数为极显著线性关系,可以作为花岗岩红壤坡面侵蚀产沙中泥沙粒级分布的评价指标。

关键词：人工模拟降雨花岗岩红壤土壤侵蚀土壤颗粒