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滑坡碎屑流消能桩结构动力计算与设计方法

自然灾害学报 2024年第1期33卷 151-161页

作者：姚军李新坡孙玉莲吕珉昌中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院大学北京101499

滑坡碎屑流由于体积大、速度快和运动距离远的特性,常常在下游造成较大破坏形成严重的自然灾害。基于消能桩与滑坡碎屑流结构的动力相互作用过程,采用功能原理和结构力学方法,推导了消能桩对滑坡碎屑流能量耗散的理论计算模型。首先,通... 详细信息

滑坡碎屑流由于体积大、速度快和运动距离远的特性,常常在下游造成较大破坏形成严重的自然灾害。基于消能桩与滑坡碎屑流结构的动力相互作用过程,采用功能原理和结构力学方法,推导了消能桩对滑坡碎屑流能量耗散的理论计算模型。首先,通过冲击力计算模型获得滑坡碎屑流冲击力的垂向分布;其次,由悬臂梁挠曲变形的关系确定其抗弯反力;然后,根据滑坡碎屑流在坡面上流动的面积、厚度估算消能桩的反力,以及在反力方向上碎屑流通过的距离;最后,计算单根桩的动能耗散量。采用推导的公式进行消能桩的优化设计:综合考虑下游防护对象的位置和滑坡体的堆积位置,计算消能桩的“消能效益”,确定消能桩的数量;根据最大块石的冲击力作用,计算需要消能桩的排数,从而确定消能桩的排布设计。选取一个滑坡碎屑流实例,采用上述理论计算模型设计消能桩,计算出消能桩的数量和排数,并根据计算结果进行优化布设。结果表明,该模型适用于消能桩的优化设计与应用。

关键词：滑坡碎屑流消能桩动力计算优化设计

紫色土丘陵区坡地柑橘园土壤碳氮的空间分布特征

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环境科学 2024年第1期45卷 343-353页

作者：李子阳陈露赵鹏周明华郑静朱波中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室成都610041 中国科学院大学北京100049

20世纪90年代以来,西南紫色土丘陵区大量坡耕地转变为果园,提高了农民的经济收益,但这一土地利用变化对土壤碳(C)、氮(N)空间分布特征的影响仍然缺乏研究.为探究紫色土丘陵区坡耕地转变为果园后土壤C、N的空间分布特征,选取四川盆地中... 详细信息

20世纪90年代以来,西南紫色土丘陵区大量坡耕地转变为果园,提高了农民的经济收益,但这一土地利用变化对土壤碳(C)、氮(N)空间分布特征的影响仍然缺乏研究.为探究紫色土丘陵区坡耕地转变为果园后土壤C、N的空间分布特征,选取四川盆地中部紫色土丘陵区代表性柑橘园为研究对象,分析了由坡耕地转变为柑橘园后,土壤C、N空间分布特征及其主要影响因素.结果表明,坡面位置(坡位)对土壤总氮(TN)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和可溶性有机碳(DOC)含量均有显著影响(P0.05).在0~30 cm土层,土壤NO_(3)^(-)-N含量沿坡面的变化趋势为:上坡位中坡位>下坡位.各坡位土壤C、N含量随深度(0~30 cm)增加呈现整体降低趋势,其中土层深度对土壤TN、SOC、NO_(3)^(-)-N和DOC含量的影响显著(P研究可为理解紫色土丘陵区耕地转变为果园后土壤C、N空间分布特征及主控因子提供研究案例.

关键词：紫色土柑橘园坡位氮(N) 碳(C) 空间分布

城乡二元差异视角下横断山区县域尺度居民生计水平测度

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生态学报 2024年第6期44卷 2351-2363页

作者：王保盛黄学渊贺新军朱冉中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610299 中国科学院大学北京100049

城市化导致城乡居民生计差异凸显,区域尺度的居民生计研究需充分考虑该差异。采用可持续生计方法(SLA),基于县域尺度建立城乡差异化的居民生计测度体系,引入城乡差异因子测度了横断山区县域的居民生计水平。结果表明:(1)引入城乡差异因... 详细信息

城市化导致城乡居民生计差异凸显,区域尺度的居民生计研究需充分考虑该差异。采用可持续生计方法(SLA),基于县域尺度建立城乡差异化的居民生计测度体系,引入城乡差异因子测度了横断山区县域的居民生计水平。结果表明:(1)引入城乡差异因子能一定程度消除居民生计水平测度研究中城镇居民生计优势对区域整体生计水平的放大作用;(2)2000—2015年横断山区城乡二元性结构特征显著,期间城乡居民生计关键驱动因子差异明显,乡村居民生计发展逐步由自然资本驱动转变为物质资本驱动,城镇规模超过产业发展状况成为影响城镇居民生计发展的关键影响因子,城乡统筹来看,投资规模和信息获取能力开始愈发的显现其对于居民生计发展的积极作用;(3)横断山区县域居民生计水平总体偏低,发展动能总体不足,两极化发展趋势日益明显;(4)区域居民生计水平总体呈南高北低的空间分布格局,同海拔、坡度呈显著的负相关关系,区域内越是生计脆弱的县域,其居民生计发展越易受到自然环境的制约,同时县域居民生计水平同区域劳动力数量、经济规模显著正相关,劳动力充足、经济发展水平较高的县域其居民生计对自然环境扰动具有更强的韧性。总体来看引入城乡差异因子的可持续生计方法能较好的适用于区域尺度的居民生计水平测度研究,能一定程度消除城乡二元结构差异对居民生计整体水平产生的影响。

关键词：城乡差异可持续生计方法(SLA) 影响因素熵值法

基于土地利用变化的四川省凉山州移民生态效应研究

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生态学报 2024年第8期44卷 3241-3252页

作者：胥梦娇赵伟蔡俊飞杨羽佳中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610299 中国科学院大学北京100049

土地利用变化是自然演变与人类活动共同作用的结果,大量的人口流动一定程度上将影响土地利用方式,进而对区域生态环境质量产生影响作用。因此,研究人口流动对土地利用变化的影响及生态效应,能为合理调控区域人地关系,促进区域生态环境... 详细信息

土地利用变化是自然演变与人类活动共同作用的结果,大量的人口流动一定程度上将影响土地利用方式,进而对区域生态环境质量产生影响作用。因此,研究人口流动对土地利用变化的影响及生态效应,能为合理调控区域人地关系,促进区域生态环境与经济的平衡发展提供理论支持。基于长时序高空间分辨率土地利用数据,以具有典型移民现象的四川省凉山州为研究区,针对移民驱动下的土地利用时空变化特征及其诱发的生态效应进行研究分析。结果表明:(1)2000—2020年间,受人口迁移影响,凉山州土地资源的利用结构和程度都发生了相应改变,以耕地、草地、林地及不透水面的面积变化最为显著。在人口迁入较多的西昌、冕宁和德昌等县市内,供人类生活、生存所需要的耕地和建筑用地的数量显著增加;相反,对于大量人口迁出的喜德、昭觉和美姑等地区,人类活动强度的降低为生态用地的恢复和重建提供了条件,生态用地面积不断上涨。(2)受土地利用类型、地形条件、人口分布等因素的影响,凉山州整体生态环境质量呈西高东低、北高南低的空间分布格局。2000—2020年,整体生态环境质量仅下降了0.36%,总体较为稳定。(3)生态环境质量改善区域集中于东部的越西、美姑及昭觉等县市,而生态环境质量降低的区域主要位于盐源、会里、西昌和德昌等县市。生态环境质量的改变与区域移民活动存在紧密联系,其中由移民迁入引发的耕地和不透水面对生态用地的挤占,对生态环境质量退化贡献比重达87.97%,而随着移民迁出为生态工程的实施提供条件,凉山州内生态用地面积共增加775.84 km2。

关键词：移民土地利用变化生态效应凉山州生态环境质量

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青藏高原三江源地区草地GPP对干旱响应的时空特征分析

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遥感技术与应用 2024年

作者：张茜彧赵伟范建容中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

在全球变暖的背景下，探究青藏高原三江源地区草地生产力对干旱的响应机制，对了解植被发展动态和区域生态系统保护具有重要意义。研究基于Global Land Surface Satellite(GLASS)植被总初级生产力（Gross Primary productivity,GPP）产... 详细信息

在全球变暖的背景下，探究青藏高原三江源地区草地生产力对干旱的响应机制，对了解植被发展动态和区域生态系统保护具有重要意义。研究基于Global Land Surface Satellite(GLASS)植被总初级生产力（Gross Primary productivity,GPP）产品，结合站点气象、土壤水分及土壤温度等观测数据，采用趋势分析和相关分析等方法，分析了青藏高原三江源地区2002～2020年草地GPP对干旱的响应规律及不同环境因子的影响作用。结果表明：（1）19年来三江源地区主要表现为暖湿化，大部分地区草地GPP呈增长趋势；（2）草地GPP在生长季对标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）的响应程度在空间格局上产生显著差异，短期（1～4月）和长期（9～12月）SPEI的对生长季各月GPP的影响面积占比均超过75%，其中SPEI-1和SPEI-12占比明显高于其他时间尺度；（3）三江源地区生长季草地GPP对干旱的响应沿海拔梯度的变化特征表现为先上升后下降的趋势，低海拔地区降水与土壤水分是干旱抑制植被光合作用的主要诱因，而在高海拔地区气温与土壤温度则是干旱约束植被光合作用的主导因素。

关键词：三江源地区植被总初级生产力草地干旱标准化降水蒸散指数

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冻融循环及含水率对冰碛土力学特性影响

地质科技通报 2024年第2期43卷 238-252页

作者：蒋婷婷潘华利艾一帆熊薇中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610041 中国科学院大学北京100049

处在季节性冻土区的冰碛土受冻融循环作用影响显著,极大地影响工程的稳定和安全。为了探究冻融循环作用及初始含水率对冰碛土静力学特性的影响,以川西甘孜州海螺沟的冰碛土为研究对象,通过开展不同冻融循环次数及初始含水率条件下冰碛... 详细信息

处在季节性冻土区的冰碛土受冻融循环作用影响显著,极大地影响工程的稳定和安全。为了探究冻融循环作用及初始含水率对冰碛土静力学特性的影响,以川西甘孜州海螺沟的冰碛土为研究对象,通过开展不同冻融循环次数及初始含水率条件下冰碛土不固结不排水三轴试验研究冻融循环作用对冰碛土力学参数的影响。试验结果表明:冻融循环作用下冰碛土应力-应变曲线为弱应变软化型;随冻融循环次数增加,冰碛土弹性模量、抗剪强度均呈现出先快速衰减后趋于稳定的变化趋势,且初始含水率越大其力学指标衰减程度越大,黏聚力呈负指数型函数降低,而内摩擦角无明显变化;采用指数型函数对抗剪强度、弹性模量试验值进行多元非线性拟合,建立冰碛土力学参数与围压、含水率及冻融循环次数的关系表达式,拟合效果理想,可用于推算经历冻融循环后土体力学参数值;冻融循环作用会使冰碛土力学性质显著劣化,且劣化程度与含水率呈正相关。研究成果可为高寒山区工程设计与建设提供科学支撑。

关键词：冰碛土冻融循环含水率力学特性衰减规律

四川木里县项脚沟“7•5”特大型泥石流特征及发展趋势分析

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中国地质灾害与防治学报 2024年第1期35卷 100-107页

作者：杨华铨柳金峰孙昊赵万玉张文涛中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院大学北京100049

2021年7月5日,凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算,研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断,泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发,... 详细信息

2021年7月5日,凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算,研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断,泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发,为暴雨径流冲刷引发的火后泥石流。暴雨形成的洪水冲刷坡面、侵蚀沟道,导致沟道两岸坍塌滑坡,堵溃效应明显,泥石流规模扩大。项脚沟过火面积达74.61%,高烈度火烧区面积达57.98%,泥石流临界降雨强度为77.84 mm/h,累计降雨达141.60 mm。根据泥石流特征参数计算结果,此次泥石流密度范围为1.83~1.93 g/cm^(3),属黏性泥石流,主沟下游出口流速为7.22 m/s,峰值流量759.08 m^(3)/s。结合雨洪法和形态调查法结果分析,此次泥石流重现周期为百年一遇。结合泥石流发育趋势,文章认为流域仍有可能暴发大型泥石流,提出了上游固坡、中游调控、下游排导的防治建议。

关键词：泥石流项脚沟形成条件特征分析防治建议四川木里县

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紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳氮空间分布的影响

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环境科学 2024年第7期45卷 4206-4217页

作者：李子阳刘伟李春培朱波周明华中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室成都610041 中国科学院大学北京100049 四川省泸州市叙永县农业农村局泸州646400

为了弥补我国四川盆地紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳(C)和氮(N)时空分布影响的研究不足,依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站在万安小流域建立的长期观测样地,对比分析了约30年历史的退耕林地及其邻近的坡耕地不同坡面位置土壤... 详细信息

为了弥补我国四川盆地紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳(C)和氮(N)时空分布影响的研究不足,依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站在万安小流域建立的长期观测样地,对比分析了约30年历史的退耕林地及其邻近的坡耕地不同坡面位置土壤的C、N形态、含量及其储量.结果发现,退耕还林后,显著增加了剖面土壤有机碳(SOC)含量及储量(P0.05).此外,研究还发现空间位置对坡耕地土壤TN、SOC、NO_(3)^(−)-N、NH_(4)^(+)-N和DOC含量均有显著影响(P上坡位>中坡位,而土壤NO_(3)^(−)-N、NH_(4)^(+)-N和DOC含量沿坡面的变化趋势大小则为:上坡位<中坡位<下坡位.退耕林地土壤仅DOC含量受坡位的显著影响,并沿坡面向下呈增加趋势.结果表明,在评估紫色土丘陵区土地利用变化对土壤碳氮储量的影响时,不能忽视地形等因素的影响.

关键词：紫色土退耕还林坡位土壤氮(N) 土壤碳(C) 空间分布

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基于生态系统服务的水电开发利益相关者分析

生态学报 2024年

作者：王新宇朱小康傅斌中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院大学

水电开发对流域生态系统服务有重要影响。生态系统服务的供给区、水电企业和周边的农牧民构成了流域水电开发的利益主体。准确识别这些利益相关者在流域水电开发中扮演的角色对于建立和执行生态补偿机制至关重要。已有研究大多对利益相... 详细信息

水电开发对流域生态系统服务有重要影响。生态系统服务的供给区、水电企业和周边的农牧民构成了流域水电开发的利益主体。准确识别这些利益相关者在流域水电开发中扮演的角色对于建立和执行生态补偿机制至关重要。已有研究大多对利益相关者进行定性划分，定量分析侧重在经济损益，未考虑生态系统服务对利益相关者的影响。以西藏自治区拉萨河流域为研究区，评估了与水电开发关系密切的产水服务、土壤保持服务和洪水缓解服务。通过社会网络分析方法，本研究探讨了在水电开发背景下，生态系统服务的供给者和需求者内部的中心性与凝聚子群，揭示了不同利益相关者之间的网络结构和联系强度。结果表明：（1）墨竹工卡县、林周县和嘉黎县是生态系统服务的主要供给区，位于生态系统服务供给社会网络的中心，中心度分别为1.75、1.48和1.30。（2）直孔水电站和旁多水电站处于三项生态系统服务需求网络中心，中心度、中心势最高，分别为0.37和0.35、0.41和0.38。（3）甘曲村和宁布村位于农牧民对水电开发影响感知的社会网络中心，中心度分别为3.54和2.41。本研究通过将生态系统服务评价与社会网络分析方法结合，清楚地描绘了拉萨河流域水电开发中不同利益相关者的相互关系，为制定水电开发的生态补偿策略提供了科学依据。

关键词：生态系统服务供需关系梯级水电开发社会网络分析影响感知拉萨河流域