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Effects of sediment characteristics on the sediment transport capacity of overland flow

International Soil and Water Conservation Research 2023年第1期11卷 75-85页

作者： Chenguang liu Suhua Fu zhanbin li Zeyu Zhang Jianhui Zeng Institute of Soil and Water Conservation Northwest A&F UniversityYanglingShaanxi712100PR China State Key Laboratory of SoilErosion and Dryland Farming on the Loess Plateau Institute of Soil and Water ConservationChinese Academy of Sciences and Ministry of Water ResourceYanglingShaanxi712100PR China Beijing Key Laboratory of Environmental Remote Sensing and Digital City Faculty of Geographical ScienceBejing Normal UniversityBejing100875PR China

The transport of sediments is a crucial part of soil erosion.Accurately calculating the sediment transport capacity is key to the construction of soil erosion process models.Research on Tc has focused mainly on the dynamics of a single particle of sediment and hydraulic variables.There have been few studies of the impact of soil aggregates on the Tc.To clarify how sediment characteristics,including those for single particles and aggregates,affect the Tc of overland flow with no raindrop import,flume experiments were implemented at slope gradients varying from 5.24%to 26.80%and flow discharges ranging from 0.68 to 5.41×10^(-3)m^(2)s^(-1).The experimental materials were five typical soils in China.The results indicated that the correlation between the measured Tc and sediment mechanical composition indexes of the five soils was indistinctive in this study.The sediment settling velocity with aggregates has a significant corre-lation with the measured Tc.New equations,including for the sediment settling velocity with aggregatesωud75,were established to calculate the Tc.The empirical equation that includedωud75,slope gradient and unit discharge performed greatly in predicting Tc(R^(2)=0.93,NSE=0.90).ωud75 can effectively improve the calculation accuracy of Tc.The new equation including flow and sediment properties obtained through dimensional analysis performed well in predicting Tc(R^(2)=0.99,NSE=0.91),and the calculation accuracy was better than that of the empirical model derived in this study.These findings indicate that the sediment settling velocity is an important variable in the equation for predicting sediment transport capacity of overland flow.

关键词： Sediment transport capacity Soil mechanical composition Soil aggregates Sediment settling velocity Dimensional analysis

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Effects of a check dam system on the runoff generation and concentration processes of a catchment on the Loess Plateau

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International Soil and Water Conservation Research 2022年第1期10卷 86-98页

作者： Shuilong Yuan zhanbin li li Chen Peng li Zeyu Zhang Junzheng Zhang Anna Wang kunxia Yu State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China Xi'an University of TechnologyXi'an710048ShaanxiChina Key Laboratory of National Forestry Administration on Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid Regions Xi'an University of TechnologyXi'an710048ShaanxiChina Desert Research Institute Las VegasNV89012USA Institute of Soil and Water Conservation Investigation and Planning of Shaanxi Province Xi'an710100ShaanxiChina

As an important soil and water conservation engineering measure,more than 100,000 check dams are constructed across the Loess Plateau;these dams play a vital role in reducing floods and sediment in the region.However,the effects of check dams on hydrologic process are still unclear,particularly when they are deployed as a system for watershed soil and water management.This study examined the watershed hydrologic process modulated by the check dam system in a typical Loess Plateau catchment.By simulating scenarios with various numbers of check dams using a distributed physically-based hydro-logical model,the effects of the number of check dams on runoff generation and concentration were analyzed for the study catchment.The results showed that the presence of check dams reduced the peak discharge and the flood volume and extended the flood duration;the reduction effect on peak discharge was most significant among the three factors.The system of check dams substantially decreased the runoff coefficient,and the runoff coefficient reduction rate was greater for rainstorms with shorter return periods than for rainstorms with longer return periods.The check dams increased the capacity of the catchment regulating and storing floods and extended the average runoff concentration time in the catchment that flattened the instantaneous unit hydrograph.This study reveals the influencing mech-anism of check dam system on the watershed hydrological process under heavy rainstorm conditions and provides a theoretical basis for evaluating the effects of numerous check dams on regional hydrology and water resources on the Loess Plateau.

关键词： Check dam system Runoff generation Runoff concentration Instantaneous unit hydrograph Loess Plateau

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Hydrological and sediment connectivity under freeze-thaw meltwater compound erosion conditions on a loessal slope

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International Soil and Water Conservation Research 2023年第2期11卷 402-411页

作者： Tian Wang Jingsi li Jingming Hou Yongyong Ma Peng li Yu Tong Jing li zhanbin li State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China Xi'an University of TechnologyXi'an710048ShaanxiChina Key Laboratory of National Forestry Administration on Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid Regions Xian University of TechnologyXi'an 710048ShaanxiChina Shaanxi Province Institute of Water Resources and Electric Power Investigation and Design Xi'an710005ShaanxiChina

Freeze-thaw processes can influence hydrology,soil erosion,and morphological development by altering the connectivity between active pathways of water and sediment transport.Concentrated flow experi-ments were conducted involving frozen,shallow thawed,and unfrozen soil slopes under 1,2,and 4 L/min runoff rates at a temperature of approximately 5℃.In this study,hydrological connectivity was analysed via the simplified hydrological curve and relative surface connection function.Sediment con-nectivity was analysed via the sediment structure connectivity and sediment functional connectivity.Results indicated that hydrological connectivity was greatest on frozen slopes(FS),followed by shallow thawed slopes(STS),and unfrozen slopes(UFS)given a constant flow rate.Hydrological connectivity increased with increasing runoff rate for each freeze-thaw condition.Freezing condition and runoff rate exhibited a positive response to the hydrological connectivity.Sediment structure connectivity increased with increasing runoff rate for each slope condition.The ordering of sediment structure connectivity across freeze-thaw condition was that FS was greater than STS while STS was greater than UFS inde-pendent of flow rate.Sediment functional connectivity included longitudinal,lateral,and vertical con-nectivity components.Sediment longitudinal and vertical connectivity indicated a trend of first increasing and then decreasing under the different runoff rates and freeze-thaw conditions.For a given runoff rate,the ordering of sediment longitudinal and vertical connectivity across freeze-thaw condition was that FS was greater than STS while STS was greater than UFS.Sediment lateral connectivity exhibited a trend of first decreasing and then stabilizing.The ordering of sediment lateral connectivity across freeze-thaw condition was that UFS was greater than STS while STS was greater than FS.FS could more easily reach longitudinal and vertical penetration.Sediment longitudinal and vertical connectivity rates demonstrated increasing trends

关键词： Freeze-thaw Runoff Erosion Structureand functional connectivity Loessal slope

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Establishment of a sediment transport capacity equation on loessal slope via experimental investigation

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International Journal of Sediment Research 2023年第2期38卷 166-174页

作者： Tian Wang Jingsi li Jingming Hou Peng li Shengdong Cheng Feng Wang Wen Wang zhanbin li Reinhard Hinkelmann State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China Xi'an University of Technology Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems Department of Civil Engineering Technische Universit at Berlin Shaanxi Province Institute of Water Resources and Electric Power Investigation and Design Key Laboratory of National Forestry Administration on Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid Regions Xi'an University of Technology

Areliable sediment transport capacity function provides response against challenges of soil erosion prediction on the Loess Plateau of China. The popular sediment transport capacity functions are questionable on loess slopes because the experimental conditions from which they were derived, like bed materials, gentle slopes,and surface roughness, are different from soil erosion processes on the loess slopes. Due to the foregoing uncertainty, a suitable sediment transport capacity function was developed based on a flume experiment investigation. The erodible bed experiment was implemented for five unit width discharges(1.3 × 10-4-3.3 × 10-4m2/s) and ten slopes(5.2%-57.7%). The selected sediment transport capacity equations were tested in an applicability evaluation. The results of this evaluation found that the Govers(1990) function had the best performance(P.O.0.5-2.0= 76%, R2= 0.93, RMSE = 0.03 kg/(m·s)), followed by the Yalin(1963) function(P.O.0.5-2.0= 80%, R2= 0.81, RMSE = 0.05 kg/(m·s)), and finally by the Low(1989) function(P.O.0.5-2.0= 72%,R2= 0.79, RMSE = 0.04 kg/(m·s)), where P.O.0.5-2.0is the percentage of estimated values with logarithmic discrepancies with the measured value between 0.5 and 2.0; R2is the coefficient of determination and RMSE is the roof mean squares error. The cohesive sediment incipient motion velocity is introduced into the Govers(1990) function, and the sediment particle parameter is determined from measured experimental data. The developed sediment transport capacity equation has good performance with predicted values corresponding to measured values(P.O.0.5-2.0= 98%, R2= 0.98, RMSE = 0.006 kg/(m·s)). The research results provide an improved sediment transport capacity function on the basis of experiments for steep loessal slopes.

关键词： Experimental investigation Hydraulic conditions Loessal slope Sediment transport capacity

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构建我国现代化产业体系的六条路径

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理论探索 2024年第3期 18-25页

作者：李许卡张占斌中共河南省委党校/河南行政学院郑州450046 中共中央党校/国家行政学院北京100193

现代化产业体系是新质生产力在产业维度上的集中体现,呈现出高端化、智能化、绿色化、数字化等特征,加快发展新质生产力对我国现代化产业体系建设提出了创新性强、高端智能、绿色低碳、安全可控、融合度高和开放合作等新的理论和实践要... 详细信息

现代化产业体系是新质生产力在产业维度上的集中体现,呈现出高端化、智能化、绿色化、数字化等特征,加快发展新质生产力对我国现代化产业体系建设提出了创新性强、高端智能、绿色低碳、安全可控、融合度高和开放合作等新的理论和实践要求。系统构建现代化产业体系,应在不同维度采取针对性措施,横向上:以巩固提升传统产业为先导,聚力发展战略新兴产业和未来产业;纵向上:以产业融合发展和提升全要素生产率为着力点,加快推进三次产业结构和产业内部结构优化升级;核心要素层面:以多链深融为主要抓手,提升关键产业要素支撑作用;基本单元层面:以做大做强做优市场主体为主攻方向,驱动产业创新发展;物质基础方面:以推进产业基础高级化和补齐产业基础短板为重要依托,筑牢产业现代化底座;制度支撑方面:以完善产业政策和扩大产业开放合作为重要切入点,助推产业高质量发展。

关键词：现代化产业体系新质生产力战略新兴产业产业创新产业政策

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黄土高原径流侵蚀功率输沙模型的改进

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农业工程学报 2024年第10期40卷 107-116页

作者：于坤霞李天毅贾路李占斌李鹏丛佩娟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

水土流失对流域生态危害严重,输沙量模拟和预测可以为流域水土流失防治提供依据,因此精确的输沙模型是流域水土流失治理的重要工具。为了精确模拟变化环境下黄土高原年输沙量,该研究基于黄土高原19个水文站的径流和输沙数据,通过随机森... 详细信息

水土流失对流域生态危害严重,输沙量模拟和预测可以为流域水土流失防治提供依据,因此精确的输沙模型是流域水土流失治理的重要工具。为了精确模拟变化环境下黄土高原年输沙量,该研究基于黄土高原19个水文站的径流和输沙数据,通过随机森林变量重要性度量方法评估年径流侵蚀功率、淤地坝指数、淤地坝相对指数、归一化植被指数、不透水地面积等因子对流域年输沙量的影响,使用非线性最小二乘法估算年输沙模型参数,对比分析不同因子组合的年输沙模型精度,提出适用性较强的黄土高原年输沙模型,据此开展年输沙量变化贡献率分析。结果表明:1)以幂函数形式构建的仅含径流侵蚀功率单因子输沙模型精度与流域面积有显著的负相关关系,相关系数为-0.505(P<0.05),模型精度随着流域面积增大而下降,在面积大于7000 km^(2)的流域适用性较差;2)年径流侵蚀功率、淤地坝指数及不透水地面积因子组合建立的多因子年输沙模型在黄土高原适用性最佳,模型在率定期纳什效率系数平均值为0.84,均方根误差平均值为0.21亿t,在验证期纳什系数平均值为0.79,均方根误差平均值为0.27亿t。3)影响研究流域年输沙量变化的因素依次是:年径流侵蚀功率、不透水地面积和淤地坝指数。研究可以为黄土高原不同区域水土流失防治和生态治理工作提供理论支撑。

关键词：侵蚀沙径流年输沙量径流侵蚀功率淤地坝指数不透水地面积贡献率

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实体企业金融化对债务融资的影响研究

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经济经纬 2024年第2期41卷 138-149页

作者：冯展斌李国民上海海事大学经济管理学院上海201306

利用2007—2020年中国A股上市公司财务数据,检验了实体企业金融化对债务融资的影响。研究发现:实体企业金融化对债务融资具有挤出效应,即金融化水平越高,企业总借款率与总负债率越低,这一结论在进行工具变量法内生性检验与替换衡量指标... 详细信息

利用2007—2020年中国A股上市公司财务数据,检验了实体企业金融化对债务融资的影响。研究发现:实体企业金融化对债务融资具有挤出效应,即金融化水平越高,企业总借款率与总负债率越低,这一结论在进行工具变量法内生性检验与替换衡量指标等稳健性检验后依然成立。异质性检验发现,实体企业金融化对债务融资的负面影响在货币紧缩期样本、国有企业样本、低市场化水平样本以及高行业竞争样本中更显著。机制分析表明,实体企业金融化通过加剧企业经营风险和增加盈余管理,提高了债权人的资金风险和信息风险,从而降低企业债务融资规模。研究结论对于加强实体企业金融化的监管以及通过抑制金融化优化企业融资决策具有参考价值。

关键词：企业金融化债务融资规模经营风险盈余管理

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基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

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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

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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

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基于CSAMT测量的川井坳陷构造单元及砂体特征

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地质论评 2024年第S1期70卷 261-262页

作者：李英宾张伟张占彬核工业航测遥感中心石家庄050002 中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室) 石家庄050002 河北省航空探测与遥感技术重点实验室石家庄050002

为了助力国家“双碳”目标的达成,实现生态环境的协调发展,核能正在发挥越来越重要的作用。铀资源为核能发展的基础,能否通过铀矿找矿工作保障天然铀供应,是关系到核能是否能可持续发展的重大问题。川井坳陷落实了铀矿产地,成矿条件优越... 详细信息

为了助力国家“双碳”目标的达成,实现生态环境的协调发展,核能正在发挥越来越重要的作用。铀资源为核能发展的基础,能否通过铀矿找矿工作保障天然铀供应,是关系到核能是否能可持续发展的重大问题。川井坳陷落实了铀矿产地,成矿条件优越,但物探工作程度薄弱,研究各次级构造单元的分布及砂体特征对铀矿找矿具有重要意义。地震勘探在划分构造单元和砂体的分布特征方面应用最为广泛、效果最好,但成本较高。

关键词： CSAMT 构造单元砂体

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