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基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

土壤学报 2024年第2期61卷 424-433页

作者：陈琦涛王添李占斌张皎李鹏李斌斌西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室西安710048 水利部水土保持监测中心北京100053

为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生,为紫土坡地水土流失防治提供参考,基于典型紫土径流小区43场降雨资料,降水量、历时和I30为特征指标,采用K-means聚类算法对降雨分类;使用随机森林(Randomforest,RF)算法评估各... 详细信息

为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生,为紫土坡地水土流失防治提供参考,基于典型紫土径流小区43场降雨资料,降水量、历时和I30为特征指标,采用K-means聚类算法对降雨分类;使用随机森林(Randomforest,RF)算法评估各影响因子对径流深(H)、土壤流失量(S)的重要性,结合通径分析法进行重要因子筛选;将筛选所得关键因子作为模型输入变量,H、S为输出,使用BP神经网络构建预测模型。结果表明:(1)划分出3种雨型,B雨型(短历时、大雨强、小雨量)是主要降雨类型,A雨型(长历时、中雨强、大雨量)最剧烈。(2)各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高(31%),各因素对H的重要程度相对均匀;B雨型下各因素对S的影响差异小,F对H的重要程度最高(29%)。在C雨型下,Pr对H、S的重要程度最高(33%、36%)。(3)三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响,B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。(4)利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高,Nash-Suttclife效率系数均高于0.95,且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。

关键词：机器学习通径分析降雨侵蚀紫色土

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

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农业工程学报 2024年第5期40卷 128-140页

作者：贾路李占斌于坤霞李鹏徐国策丛佩娟李斌斌西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048 水利部水土保持监测中心北京100053

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数... 详细信息

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙(径流量和输沙量)、雨沙(降雨侵蚀力和输沙量)和能沙(径流侵蚀功率和输沙量)关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明:1)长江流域3个典型流域及2个典型小流域,在绝大部分情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度修正的决定系数最大值分别可达到0.94、0.87和0.54。2)对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q_(1)分位点总是接近1且第二个流量Q_(2)分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3)随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点(P<0.05)。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势(P<0.05),其能沙关系均表现出非一致性变化。4)水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关(P<0.001)。通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型的年决定系数(R^(2))可提高27.28%~97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。

关键词：土壤侵蚀降雨径流侵蚀功率能沙关系长江流域非一致性水库指数

绿茶中21种黄酮醇糖苷类化合物的鉴别及地理溯源

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中国食品学报 2024年第2期24卷 315-326页

作者：黄永桥高亮吴新文李占彬杨昌彪毛敏霞贵州省检测技术研究应用中心贵阳550014 贵州省分析测试研究院贵阳550014

分析6个产地绿茶中黄酮醇糖苷类化合物种类和含量差异,探究黄酮醇糖苷类化合物对绿茶地理溯源的可行性分析。采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱(UPLC-Q-Orbitrap HRMS)对黄酮醇苷类化合物进行定性鉴别,建立超高效液相色... 详细信息

分析6个产地绿茶中黄酮醇糖苷类化合物种类和含量差异,探究黄酮醇糖苷类化合物对绿茶地理溯源的可行性分析。采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱(UPLC-Q-Orbitrap HRMS)对黄酮醇苷类化合物进行定性鉴别,建立超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱(UPLC-MS/MS)测定绿茶中黄酮醇苷类化合物的定量分析方法。共鉴别出21种黄酮醇苷类化合物,包括5种杨梅素糖苷、8种槲皮素糖苷和8种山奈素糖苷,定量分析结果表明不同产地绿茶中黄酮醇苷类化合物含量存在差异,K-glu-rha-glu含量最高,占总含量的33.1%~57.8%;山奈素糖苷含量最高,杨梅素糖苷含量最低。通过对6个地区绿茶中黄酮醇苷类化合物的差异性及相关性的分析结果可以用于茶叶地理溯源;PCA能有效的区分不同产地的绿茶;BP-ANN识别的准确率为100.0%,且得到2种规范化的重要性为100%的黄酮醇苷类化合物标记物(P1);LSD模型的整体判别准确率为100%,交叉验证结果准确率为100%。本研究结果为茶叶地理溯源和化学分类提供了数据参考。

关键词： UPLC-Q-Orbitrap HRMS UPLC-MS/MS 茶叶黄酮醇糖苷类化合物鉴别地理溯源

变化环境下渭河流域土壤水储量模拟及影响因素

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水土保持学报 2024年第3期38卷 150-158页

作者：于坤霞闫泽云李梦楠李占斌李鹏赵阳贾路西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 国核电力规划设计研究院重庆有限公司重庆401121 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室西安710048 中国水利水电科学研究院北京100048

[目的]随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,为准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设的重要意义。[方法]以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于ABCD水文模型,采用EFAST... 详细信息

[目的]随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,为准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设的重要意义。[方法]以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于ABCD水文模型,采用EFAST法分析模型参数敏感性,构建常参数和时变参数模型,比较不同参数模型的径流深和土壤水储量模拟精度,探讨气候变化和植被恢复对渭河流域土壤水储量变化的影响,明确土壤水储量变化的主导因素。[结果]土壤水层补给地下水的比例参数c最为敏感,地下水储放系数d、流域实际蒸散发量与土壤蓄水量之和的上限参数b次之,表征土壤完全饱和前径流的倾向性参数a最不敏感;与ABCD常参数模型相比,时变参数模型将率定期径流深模拟结果的NSE、KGE、R^(2)分别提高19%,10%,19%,验证期的NSE、KGE、R^(2)分别提高7%,7%,9%,时变参数模型显著改善径流深模拟效果;基于时变参数模型模拟的渭河流域土壤水储量与ERA5-Land 0—100 cm土层土壤水储量的相关关系最强,二者的变化过程基本相同;不同影响因素对渭河流域土壤水储量变化的影响程度由强到弱依次为潜在蒸散发>降水>NDVI。[结论]研究成果为该地区水资源规划和管理、植被建设提供科学依据,也为其他类似地区的土壤水储量研究提供参考。

关键词：渭河流域 ABCD水文模型时变参数土壤水储量影响因素

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基于力学参数解析黄土高原典型草地的土壤分离能力研究

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土壤学报 2024年第4期61卷 1009-1020页

作者：马建业马波佘芳涛王晨光尚永泽李占斌西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710000 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨陵712100 山东省水利勘测设计院有限公司济南250013

为解析黄土高原地区典型草地土壤分离能力变化的力学机制,选择代表性的须根系和直根系草地作为研究对象,基于室内径流冲刷试验,估算了相对土壤分离能力(RSD),测定了土壤抗剪强度和根系抗拉力,并基于Wu氏模型估算了根系黏聚力(Cr)。结果... 详细信息

为解析黄土高原地区典型草地土壤分离能力变化的力学机制,选择代表性的须根系和直根系草地作为研究对象,基于室内径流冲刷试验,估算了相对土壤分离能力(RSD),测定了土壤抗剪强度和根系抗拉力,并基于Wu氏模型估算了根系黏聚力(Cr)。结果表明,须根系草地的RSD较直根系草地显著低77.27%,而Cr较直根系草地高14.84%。直根系草地的Cr对RSD的表达效果优于根长密度,而须根系草地效果差异不明显。RSD与200 KPa正应力下抗剪强度(τ200)的相关性优于其他正压力。根土复合体中,Cr对土壤分离的效应强于τ200。通过根土复合体力学参数能够有效预测直根系草地的土壤分离能力,但对于须根系草地的预测还需进一步探究。研究结果可为黄土高原根系减蚀机理的完善提供参考。

关键词：黄土高原草地土壤分离根系黏聚力 Wu氏模型

草地植被冠层与根系对黄土坡面侵蚀过程的影响

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生态学报 2024年第15期44卷 6841-6853页

作者：陈浩王豆豆崔钦凯王博刘俊娥李占斌延安大学生命科学学院延安716000 西安理工大学水利水电学院西安710048 陕西省区域生物资源保育与利用工程技术研究中心延安716000 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119

草地植被能有效控制坡面侵蚀,然而不同草地植被类型及其冠层与根系对坡面侵蚀过程的调控作用尚缺乏系统研究。采用人工模拟降雨方法,定量研究了不同雨强下苜蓿与黑麦草冠层与根系对黄土坡面侵蚀过程、径流侵蚀动力及土壤抗侵蚀能力特征... 详细信息

草地植被能有效控制坡面侵蚀,然而不同草地植被类型及其冠层与根系对坡面侵蚀过程的调控作用尚缺乏系统研究。采用人工模拟降雨方法,定量研究了不同雨强下苜蓿与黑麦草冠层与根系对黄土坡面侵蚀过程、径流侵蚀动力及土壤抗侵蚀能力特征的影响。结果表明:与裸坡相比,苜蓿与黑麦草的平均减流效益分别为17.65%和9.80%,减沙效益分别为63.86%和69.88%。不同雨强下两种草被根系减流减沙的平均相对贡献均高于冠层,且根系减沙的相对贡献随雨强的增加而增大。草地植被主要通过削减坡面径流流速和增加坡面阻力的方式实现对降雨径流侵蚀动力的调控,草被根系对坡面径流的减速作用略大于冠层,但其增阻作用却明显小于冠层。黑麦草对坡面径流的减速增阻效益高于相同部位的苜蓿。坡面土壤侵蚀率与水流切应力的关系可用幂函数y=αx^(β)较好地拟合。幂函数系数α解释为单位水流切应力所引起的土壤侵蚀模数,可作为反映土壤抗侵蚀能力的指标。草被根系作用下的幂函数系数减幅远高于冠层,反映了其增强土壤抗侵蚀能力作用明显高于冠层,这主要源于草被根系结构对表层土壤性质的改善。须根系黑麦草强化土壤抗侵蚀能力优于直根系苜蓿。本研究揭示了草地植被调控坡面侵蚀过程是通过地上冠层与根系的共同作用达到同时调控侵蚀动力和土壤抗侵蚀能力实现的,草被根系对坡面侵蚀控制起主导作用,且以须根系草被对黄土坡面侵蚀的调控效果最佳。上述结果可为草地侵蚀过程研究及黄土高原草被建设与管理提供科学依据。

关键词：土壤侵蚀过程水动力学参数土壤抗侵蚀能力冠层根系黄土高原

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黄河流域头道拐-龙门区间极端降水时空分布特征及其对径流的影响

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 72-81页

作者：马晓妮任宗萍李占斌李斌斌谢梦瑶西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 水利部水土保持监测中心北京100053

全球气候变化背景下极端降水事件频发,研究理解极端降水时空变化特征,明确径流过程的变化规律及影响机制对半干旱-半湿润区水土保持决策具有重要意义。基于头道拐—龙门区间1960—2021年37个气象站点资料以及头道拐、龙门水文站资料,分... 详细信息

全球气候变化背景下极端降水事件频发,研究理解极端降水时空变化特征,明确径流过程的变化规律及影响机制对半干旱-半湿润区水土保持决策具有重要意义。基于头道拐—龙门区间1960—2021年37个气象站点资料以及头道拐、龙门水文站资料,分析区间极端降水时空分布特征以及径流动态变化特征,并使用PLSR模型分析极端降水事件同径流之间的关系。结果表明:1)近60多年来,除持续干旱时间、持续降水时间、最大1日降水量、最大5日降水量之外其余各极端降水指数均呈上升趋势,区间极端降水强度指数上升趋势总体高于极端降水频率指数;2)头道拐—龙门区间多年平均径流量为39.8亿m^(3),自20世纪60年代以来平均变化趋势为-0.947亿m^(3)/a。随时间的推移径流量呈显著减少态势,以1979年为界,区间年径流量从61.9亿m^(3)下降到29.3亿m^(3);3)基于突变前各极端降水指数同区间年径流深所构建的PLSR模型累计解释了年径流总方差的88.4%,年降水总量、强降水总量、极端强降水总量是影响头道拐—龙门区间径流变化的最重要变量,同时进一步定量化分离极端降水和人类活动对区间径流的影响,其中极端降水对于径流变化的贡献率为10.6%。

关键词：极端降水指数时空分布径流变化 PLSR模型头道拐—龙门区间

北洛河上游流域植被覆盖度时空变化及其地形分异特征

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水土保持研究 2024年第2期31卷 219-227,239页

作者：陈浩权倍平李占斌郭晋伟李伟涛张晓萍延安大学生命科学学院陕西延安716000 西安理工大学水利水电学院西安710048 延安大学图书馆陕西延安716000 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]揭示退耕还林还草工程实施前后黄土丘陵沟壑区流域植被恢复过程,阐明流域植被恢复的地形分异效应,进而为黄土丘陵沟壑区制定适宜的流域生态建设和保护对策提供科技支撑。[方法]基于北洛河上游流域1990—2019年4期Landsat影像及数... 详细信息

[目的]揭示退耕还林还草工程实施前后黄土丘陵沟壑区流域植被恢复过程,阐明流域植被恢复的地形分异效应,进而为黄土丘陵沟壑区制定适宜的流域生态建设和保护对策提供科技支撑。[方法]基于北洛河上游流域1990—2019年4期Landsat影像及数字高程模型数据,利用像元二分模型结合GIS技术,开展了退耕还林还草工程实施前后该流域植被覆盖度变化地形分异特征研究。[结果](1)流域植被覆盖度在空间上呈现东南高、西北低的分异特征。1990—2019年流域年均植被覆盖度呈持续上升趋势,在退耕还林还草工程实施以后高等级植被覆盖度面积占比大幅提升,1990年、2000年、2010年、2019年高等级植被覆盖度面积占比分别为0.97%,6.96%,42.17%,64.18%。(2)在工程实施的各个时期,流域植被覆盖总体持续改善,但西北局部地区植被退化。研究期间,流域植被覆盖度结构改善明显,中高及高植被覆盖度面积以转入为主,中低及低植被覆盖度面积以转出为主。(3)流域植被覆盖度在地形上存在明显分异特征,植被覆盖度随高程的增加呈减小趋势,植被覆盖度与坡度呈正相关,坡度越陡,植被覆盖度越大,植被覆盖度随坡向遵循阴坡>半阴坡>平地>半阳坡>阳坡的分布规律。[结论]实施退耕还林还草工程对增加北洛河上游流域植被覆盖度起到了关键作用,但部分区域植被退化严重,未来该流域应重点关注城市空间扩展以及气候变化对植被建设的影响,以应对环境演变下植被生态系统可持续发展面临的挑战。

关键词：植被覆盖度时空变化地形因子退耕还林还草工程黄土丘陵沟壑区

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电动静液作动器智能设计

机床与液压 2024年第1期52卷 110-114页

作者：虞少鹏王海波王鑫何欢李战斌西南交通大学机械工程学院四川成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

提出一种电动静液作动器智能设计方法,实现主参数设计功能、优化设计功能、数据库系统功能和三维建模功能。基于电动静液作动器(EHA)总体设计方法和流程,得到12个主要设计参数,并给出EHA智能设计知识库的设计方法,完成规则系统、知识系... 详细信息

提出一种电动静液作动器智能设计方法,实现主参数设计功能、优化设计功能、数据库系统功能和三维建模功能。基于电动静液作动器(EHA)总体设计方法和流程,得到12个主要设计参数,并给出EHA智能设计知识库的设计方法,完成规则系统、知识系统以及模型库设计;通过输入安装空间尺寸大小,采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以空间体积及力学性能为优化目标,得到电动静液作动器布局方式和各零件结构尺寸值,并进一步为各个零件参数实现数据的存储与调用,实现输入较少的参数完成EHA智能化设计,提高设计人员效率,缩短研发周期。

关键词：电动静液作动器智能设计优化设计数据库