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基于DPSIR模型的崩岗侵蚀风险评价及时空特征

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农业工程学报 2023年第18期39卷 123-131页

作者：林小慧黄炎和林金石蒋芳市季翔福建农林大学金山水土保持科教园福州350002 自然资源部东南生态脆弱区监测修复工程技术创新中心福州350001

崩岗是中国南方红壤区最为严重的土壤侵蚀形式之一,不仅具有突发性且危害巨大,对其进行全方面的风险评价有利于崩岗综合整治。该研究引入驱动力-压力-状态-影响-响应模型(driving force-pressure-state-impact-response,DPSIR),并结合... 详细信息

崩岗是中国南方红壤区最为严重的土壤侵蚀形式之一,不仅具有突发性且危害巨大,对其进行全方面的风险评价有利于崩岗综合整治。该研究引入驱动力-压力-状态-影响-响应模型(driving force-pressure-state-impact-response,DPSIR),并结合自然灾害风险理论,根据崩岗侵蚀过程从易发性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力等方面构建了较为综合的崩岗侵蚀风险评价体系,然后对安溪县官桥镇2010、2015和2020年的崩岗侵蚀风险进行了评价。结果表明:1)基于DPSIR的崩岗侵蚀风险评价模型精度结果良好,ROC曲线下方的面积AUC(area under curve,AUC)均大于0.59;其中沟壑密度、土壤侵蚀强度和人口密度指标权重较大,分别为0.217、0.182和0.174。2)3个年份的官桥镇崩岗侵蚀风险主要为低风险等级(占总面积57.49%~62.90%),在空间上呈中部高、四周低的分布特征;风险变化主要分布在中西部和东部地区,且中风险、高风险和极高风险主要向低一级的风险等级转变,但在2015—2020年该区域的空间变化速度放缓。3)与崩岗侵蚀易发性风险评价结果相比,二者的空间分布趋势大致相似,但综合性风险评价结果的空间变异性更大,即综合性崩岗侵蚀风险的描述更为全面,更能体现崩岗侵蚀风险体系中不同指标产生的影响。研究结果不仅提供了一种综合的崩岗侵蚀风险评价思路和方法,并且可以为崩岗预警、防治与管理工作提供更为全面的参考。

关键词：侵蚀崩岗 DPSIR模型风险评价时空特征

基于TOPSIS模型的典型黑土区耕地质量评价及土壤侵蚀耦合协调分析

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农业工程学报 2023年第12期39卷 82-94页

作者：姜芸王军滕浩李浩林东北农业大学公共管理与法学院哈尔滨150030 吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026 自然资源部第二地理信息制图院哈尔滨150080

黑土区是中国重要的粮食产区,掌握黑土区耕地质量状况,探索耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系,可以进一步保持耕地的健康发展。为探讨黑土区耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系,以嫩江市为研究区,利用层次分析法及CRITIC权重法确... 详细信息

黑土区是中国重要的粮食产区,掌握黑土区耕地质量状况,探索耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系,可以进一步保持耕地的健康发展。为探讨黑土区耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系,以嫩江市为研究区,利用层次分析法及CRITIC权重法确定22项选取指标的综合权重,通过综合质量指数法构建地学特征、土壤特性、土壤健康、基础设施建设及植被生长5个维度的质量指数,引入TOPSIS模型分析确定嫩江市耕地质量等级,开展黑土区障碍因子诊断、侵蚀状况模型评估及耦合协调研究。结果表明:1)嫩江市以中等级耕地为主,占总耕地面积的29.6%,高等级耕地较少,占比为10.1%。耕地质量等级存在较大差异,集聚类型以不显著为主,且在市域内呈现散碎分布的空间格局。2)根据障碍因子诊断发现,指标层中土壤pH值、排水能力、灌溉能力、地块连片度及比值植被指数指数的障碍度较高,是制约耕地质量的主要因素。准则层中耕地的基础设施建设指数障碍度最高,对于耕地质量具有显著影响。3)嫩江市西南部区域土壤侵蚀强度相对较弱,侵蚀较为严重区域主要分布在嫩江市的北部及东部区域,空间分布格局呈现东北高西南低。4)空间耦合协调分析发现,耕地质量与土壤侵蚀强度的空间耦合度介于0.22~1.00之间,具有明显的耦合响应特征,呈现出一定的空间差异性,总体上土壤侵蚀与耕地质量处于良好的协同发展状态。研究为松嫩平原农业健康生产及黑土区耕地质量监测评价提供参考依据。

关键词：土壤侵蚀模型耕地质量障碍因子诊断空间分析耦合协调分析

黄土高原典型流域土壤侵蚀对退耕还林土地利用变化的响应

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农业工程学报 2023年第12期39卷 60-70页

作者：汪滨张志强北京林业大学水土保持学院水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站临汾042200

黄土高原土壤侵蚀严重,为此中国从1999年起实施了大规模的退耕还林工程。为了分析退耕还林土地利用变化对土壤侵蚀的影响,该研究以黄土高原清水河流域为研究区域,将2000—2020年流域退耕还林工程的实施依据主要措施的不同划分为4个阶段... 详细信息

黄土高原土壤侵蚀严重,为此中国从1999年起实施了大规模的退耕还林工程。为了分析退耕还林土地利用变化对土壤侵蚀的影响,该研究以黄土高原清水河流域为研究区域,将2000—2020年流域退耕还林工程的实施依据主要措施的不同划分为4个阶段,应用RUSLE(revised universal soil loss equation)模型分析土壤侵蚀强度的变化特征,采用情景模拟方法提出一个区分土地利用变化和降雨变化对土壤侵蚀影响程度的算法,判别土地利用变化对土壤侵蚀的影响程度,将土地利用变化分解为土地利用转换和改造2种形式,在剔除降雨变化影响的基础上分析土地利用变化对土壤侵蚀的影响过程。结果表明:1)2000、2005、2011、2014和2020年流域平均侵蚀模数分别为36.21、41.02、24.93、23.72和8.24 t/(hm^(2)·a),土壤侵蚀强度明显下降;土地利用变化和降雨变化对土壤侵蚀的阶段平均影响程度分别为75.23%和24.77%,土地利用变化在流域土壤侵蚀的变化中起了主导作用。2)流域土地利用转换区侵蚀强度的变化直接受转换过程中地类类别变更及所实施主要相关措施差异的影响,改造区侵蚀强度的变化直接受改造过程中所实施主要相关措施的影响。剔除降雨变化的影响后:改造区的阶段平均起始侵蚀模数较转换区高43.47%,其水土流失综合治理的难度总体上大于转换区;转换区侵蚀模数的阶段平均下降量较改造区高50.80%,改造区侵蚀量的阶段合计减少量占流域阶段合计减少量的71.16%,土地利用转换在降低其实施地区土壤侵蚀强度方面发挥了重要作用,而土地利用改造因实施面积较大在减少流域土壤侵蚀总量方面发挥了重要作用。3)剔除降雨变化的影响后,草地侵蚀量的阶段合计变化量占流域阶段合计变化量的70.51%,且草地阶段合计变化量中改造区占67.41%,其变化特别是其改造对流域土壤侵蚀的影响最大。该研究在分析土地利用变化对土壤侵蚀的影响程度和过程方面作了一些尝试,研究结果可为黄土高原退耕还林成果巩固及高质量发展有效措施的制定提供科学依据。

关键词：土壤侵蚀土地利用土地利用改造土地利用转换影响程度退耕还林工程 RUSLE模型

1970-2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

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农业工程学报 2023年第12期39卷 51-59页

作者：陈家宙何阳波高钰淏陈俊熹黄怡婷朱贻凡宋冯豪华中农业大学资源与环境学院武汉430070

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km2... 详细信息

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km2的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度(3%)比小坡度(1%和2%)农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低(1970-2011年)然后再增加(2011-2021年)的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。

关键词：侵蚀耕地坡度沟蚀卫星影像发育速度侵蚀沟阶段

古沉积盆地下切引发的泥石流侵蚀和波状流动耦合过程

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地球科学 2023年第9期48卷 3389-3401页

作者：吕立群周冠宇马超黄锋皋子琪北京林业大学水土保持学院北京100083

青藏高原的持续抬升导致黄河干流下切,带动支流大河坝河溯源下切,使得同德盆地由沉积区变为侵蚀区,泥石流开始群发,研究群发机理对古沉积盆地泥石流的防灾减灾意义重大.通过野外监测结合室内水槽试验,系统分析了同德盆地卵石夹砂沉积层... 详细信息

青藏高原的持续抬升导致黄河干流下切,带动支流大河坝河溯源下切,使得同德盆地由沉积区变为侵蚀区,泥石流开始群发,研究群发机理对古沉积盆地泥石流的防灾减灾意义重大.通过野外监测结合室内水槽试验,系统分析了同德盆地卵石夹砂沉积层的土力学性质,切沟发育阶段和泥石流的侵蚀、运动过程.卵石夹砂沉积层分选好,磨圆度高,无胶结,利于水流下切和物源能量的累积.大河坝河溯源下切,卵石夹砂物源能量往大河坝河上游传递,导致大河坝河不同河段的切沟发育阶段和泥石流发育趋势不同.卵石夹砂沉积层的厚度和下切深度决定了泥石流的侵蚀强度和发育趋势.水流下切、泥石流侵蚀、卵石夹砂分选和崩滑堵溃过程造成了泥石流龙头能量来源的间歇性和周期性,助推了龙头运动的波动性.

关键词：泥石流河流下切侵蚀卵石夹砂波状运动工程地质灾害防治

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吸力式桶形基础负压安装的渗流侵蚀过程研究

太阳能学报 2022年第4期43卷 380-386页

作者：沈侃敏王宽君单治钢俞剑王滨中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 同济大学土木工程学院上海200092

针对吸力式桶形基础负压安装渗流侵蚀效应,建立轴对称坐标下吸力桶在砂性土中负压沉贯的数值模型,应用包含土骨架、流体和液化土颗粒的三相耦合模型描述海床土体,计算负压作用下海床的渗流场分布,并模拟负压引起的渗流侵蚀过程。渗流侵... 详细信息

针对吸力式桶形基础负压安装渗流侵蚀效应,建立轴对称坐标下吸力桶在砂性土中负压沉贯的数值模型,应用包含土骨架、流体和液化土颗粒的三相耦合模型描述海床土体,计算负压作用下海床的渗流场分布,并模拟负压引起的渗流侵蚀过程。渗流侵蚀可改变不同区域土体的渗透率,进而引起水力梯度从内侧向外侧转移。基于孔隙水压力场的重新分布,揭示出负压安装的“安全机制”,并对安装临界吸力的变化进行评价,从而为吸力桶的安装提供工程建议。

关键词：海上风电离岸基础渗流侵蚀渗透率吸力式桶型基础

垄作与垄向区田技术对黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的研究进展

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农业工程学报 2022年第22期38卷 52-62页

作者：沈海鸥温磊磊武佳龙王宇吉林农业大学资源与环境学院长春130118 水利部松辽水利委员会长春130021

东北黑土区在中国粮食安全与可持续发展中占据重要地位,但过度开发利用导致该区土壤侵蚀问题严峻。耕作方式的差异直接影响黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,相关研究的开展对于准确评价水土保持措施的适宜性具有重要意义。该研究通过系统梳理... 详细信息

东北黑土区在中国粮食安全与可持续发展中占据重要地位,但过度开发利用导致该区土壤侵蚀问题严峻。耕作方式的差异直接影响黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,相关研究的开展对于准确评价水土保持措施的适宜性具有重要意义。该研究通过系统梳理文献资料,总结了垄向、垄规格以及垄向区田技术的内涵及应用条件,分别综述了其对黑土区坡耕地土壤侵蚀的影响;指出了目前研究中还存在垄作与垄向区田技术对坡耕地土壤侵蚀影响的机理研究不深、垄向与垄规格之间的耦合关系分析不细、垄向区田垄沟土埂优化设计不足、土壤侵蚀综合影响因素探索不全等方面主要问题;明确了未来研究中应加强量化垄向、垄规格、垄向区田技术与其他水土保持措施相结合对黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的过程与机理,为筛选适宜的水土保持耕作措施提供科学依据。

关键词：土壤侵蚀耕地顺坡垄作横坡垄作斜坡垄作垄向区田

模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响

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农业工程学报 2022年第11期38卷 125-133页

作者：沈子雅程金花管凝曾合州秦建淼赵梦圆北京林业大学水土保持学院北京100083 国家林业和草原局水土保持与荒漠化防治重点实验室北京100083

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度... 详细信息

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度(灌草覆盖度比例分别为1:2(Ⅰ)、2∶1(Ⅱ)、1∶1(Ⅲ))及3种灌草空间配置方式(灌木位于坡上(US)、坡中(MS)、坡下(LS)),以裸坡作为对照组,分析降雨条件下灌草不同覆盖度及空间配置交互作用下侵蚀泥沙颗粒分布特征。结果表明:1)粉粒是侵蚀泥沙中的主要颗粒组成,均值为73%。随着降雨强度的增大,侵蚀泥沙逐渐粗化。90 mm/h雨强条件下,不同灌草配置方式下的粉粒含量值中Ⅱ-LS配置最大(84.8%),Ⅲ-US最小(40.4%)。2)平均重量直径变化范围为0.023~0.078 mm,分形维数变化范围为2.184~2.740。分形维数和富集率大小规律与平均重量直径相反,细颗粒富集率均大于1。平均重量直径和分形维数的大小主要取决于粗颗粒(极细砂、细砂、中砂)的含量。3)灌草覆盖度和空间配置交互作用对泥沙颗粒分选的作用并不显著(P>0.05)。灌木位于坡下且灌木覆盖度50%、草本覆盖度25%时(即Ⅱ-LS),对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果。该研究可为华北土石褐土区水土保持措施布设提供理论参考与技术依据。

关键词：侵蚀土壤颗粒分选配置模式人工降雨

石漠化区薄土层坡地雨水转化及土壤侵蚀影响因素分析

维普期刊数据库评论

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农业工程学报 2022年第8期38卷 88-97页

作者：方乾赵龙山樊春华李开凤方发永钱晓鹤贵州大学林学院贵阳550025 中国林业科学研究院林业研究所北京100091

为了探究影响喀斯特坡地雨水转化及土壤侵蚀的影响因素,该研究采用人工模拟降雨方法,降雨强度选取50、75和100 mm/h,降雨次数为相同降雨强度下的连续3次降雨,坡度为5°、15°和25°,坡地包括地下基岩具有裂隙的地下裂隙坡地和地下基岩... 详细信息

为了探究影响喀斯特坡地雨水转化及土壤侵蚀的影响因素,该研究采用人工模拟降雨方法,降雨强度选取50、75和100 mm/h,降雨次数为相同降雨强度下的连续3次降雨,坡度为5°、15°和25°,坡地包括地下基岩具有裂隙的地下裂隙坡地和地下基岩无裂隙的无地下裂隙坡地,研究了不同降雨强度、降雨次数和坡度下喀斯特坡地地表-地下的径流和土壤侵蚀变化。结果表明:1)两种坡地的地表径流率随降雨强度、降雨次数和坡度的增加而增加;壤中流率随降雨强度和坡度的变化也呈相同的趋势,但随降雨次数增加,两种坡地的壤中流率减少;岩土界面流率和地下裂隙流率随坡度和降雨次数增加而减少,随降雨强度增加先增大后减小。2)在降雨强度(50和75mm/h)、降雨次数(第1场)和坡度(5°和15°)较小时,坡地径流以岩土界面流和地下裂隙流为主,分别占总雨水的24%~39%和28%~51%;随着影响因素增强,两坡地径流转变为以地表径流为主,分别占总雨水的30%~50%和25%~43%。3)降雨强度和坡度是驱动两个坡地地表土壤侵蚀的主要驱动力(P侵蚀的影响较小(R^(2)0.05);总体上,无地下裂隙坡地和地下裂隙坡地土壤侵蚀以地表土壤侵蚀为主,分别占总侵蚀量的54%~97%和39%~96%;以岩土界面侵蚀或地下裂隙侵蚀为辅,分别占总侵蚀量的1%~45%和2%~60%。研究结果可为理解识别喀斯特坡地雨水转化和土壤侵蚀驱动因素以及喀斯特石漠化防治提供参考。

关键词：降雨径流侵蚀石漠化雨水转化