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基于ε-SVR的草灌被覆坡面流阻力模型研究

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泥沙研究 2018年第1期43卷 44-50页

作者：焦鹏姚文艺肖培青侯欣欣黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室

坡面流阻力是反映坡面流水力学特性的重要特征值。通过人工模拟降雨试验,获取45 mm/h、90 mm/h和130 mm/h降雨强度下,20°坡面草地和灌木地的坡面流水力学参数。以模拟降雨雨强、坡面流流速、坡面流水深、坡面糙率为输入,坡面流阻力系... 详细信息

坡面流阻力是反映坡面流水力学特性的重要特征值。通过人工模拟降雨试验,获取45 mm/h、90 mm/h和130 mm/h降雨强度下,20°坡面草地和灌木地的坡面流水力学参数。以模拟降雨雨强、坡面流流速、坡面流水深、坡面糙率为输入,坡面流阻力系数为输出,分别建立了草地、灌木地坡面流阻力系数ε-SVR模型,使用网格搜索和9折交叉验证进行模型参数寻优。结果表明,草地、灌木地坡面流阻力ε-SVR模型的MSE分别为0.028、0.05,模型对训练集的平均拟合误差分别为4.68%、5.39%,对测试集的平均预测误差分别为7.35%、4.65%,模型总体预测精度较高,具有较好的逼近能力和泛化能力。该研究对于完善草地、灌木地坡面流阻力计算方法,提高侵蚀预报模型的预报精度等具有一定意义。

关键词：阻力系数坡面流 ε-SVR 模型模拟降雨

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新时代黄河流域水土保持发展机遇与科学定位

人民黄河 2019年第12期41卷 1-7页

作者：姚文艺黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室

黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略对水土保持工作提出了新要求新使命,也为黄河流域水土保持事业高质量发展提供了重要机遇,水土保持事业将进入一个高质量发展的新阶段。根据国家战略对水土保持的新需求,在总结黄河流域水土保持... 详细信息

黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略对水土保持工作提出了新要求新使命,也为黄河流域水土保持事业高质量发展提供了重要机遇,水土保持事业将进入一个高质量发展的新阶段。根据国家战略对水土保持的新需求,在总结黄河流域水土保持发展成效与经验基础上,分析了新时期黄河治理国家战略实施中水土保持的作用与任务,剖析了目前黄河流域水土保持存在的问题及需要应对的挑战,提出了精准集中治理典型区水土流失补强短板、完善提升监测预测体系强化监管、建立新时期水土保持机制推动发展、建设以水土保持生态建设为核心的生态保护与高质量发展的国家战略示范区和加强水土保持科学研究等对策建议。

关键词：水土保持生态保护高质量发展国家战略黄河流域

横坡垄作措施下层状棕壤的积水入渗特征及其模拟

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中国水土保持科学(中英文) 2023年

作者：亓益品窦永辉王亚楠肖培青安娟山东省水土保持与环境保育重点实验室临沂大学资源环境学院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室黄河水利科学研究院

横坡垄作系统中雨水/灌溉水易在垄沟低洼处积聚，诱发积水入渗，使得入渗特性有别于传统耕作系统。基于横坡垄作垄沟内积水特征，采用室内土柱供水实验，以层状棕壤为研究对象，分析5个积水深度(2、4、6、8和12 cm )下入渗率、湿润锋运... 详细信息

横坡垄作系统中雨水/灌溉水易在垄沟低洼处积聚，诱发积水入渗，使得入渗特性有别于传统耕作系统。基于横坡垄作垄沟内积水特征，采用室内土柱供水实验，以层状棕壤为研究对象，分析5个积水深度(2、4、6、8和12 cm )下入渗率、湿润锋运移动态变化，并利用修正的Green-Ampt模型对积水入渗过程进行模拟。结果表明：1)耕层阶段，入渗率呈急剧下降后趋于稳定趋势；过渡阶段，入渗率稳定一定时段后逐渐降低；犁底层阶段，入渗率趋于稳定；2)积水深度的增加均促进湿润锋的运移，但未改变湿润锋运移过程；3)初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量等入渗参数均随积水深度增加呈幂函数增大，其中积水深度12、8、6 和4 cm下的平均入渗率较积水深度2 cm分别增加120.5%、65.4%、39.4%和29.9%；4)在解析积水深度(h)与饱和导水率(Ks(h))间呈线性正相关关系基础上(Ks(h)=0.092h+0.76)，结合湿润锋处土壤吸力(25.61 cm)，构建了模拟积水入渗过程的修正Green-Ampt模型。积水深度的增加加快土壤水分入渗，可利用修正Green-Ampt模型对积水入渗过程进行模拟。研究结果可为横坡垄作措施下水分高效利用、水资源调控提供科学依据。

关键词：积水深度入渗率湿润锋运移修正Green-Ampt模型横坡垄作

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黄河径流与输沙关系演变及其相关科学问题

中国水土保持科学 2020年第4期18卷 1-11页

作者：姚文艺高亚军张晓华黄河水利科学研究院郑州450003 水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室郑州450003 黄河水利委员会水文局郑州450004

近年来黄河水沙发生急剧变化,对黄河治理开发的决策与实践带来重大影响,成为水科学、环境科学等多领域研究的热点,研究径流与输沙关系演变特征对于揭示水沙变化机理具有重要意义。通过对近百年黄河降雨、径流和泥沙定位观测资料统计,结... 详细信息

近年来黄河水沙发生急剧变化,对黄河治理开发的决策与实践带来重大影响,成为水科学、环境科学等多领域研究的热点,研究径流与输沙关系演变特征对于揭示水沙变化机理具有重要意义。通过对近百年黄河降雨、径流和泥沙定位观测资料统计,结合实地调查,揭示了黄河径流泥沙关系变化特征与规律,并提出了深化认识黄河水沙变化机理所面临的科学问题。研究表明:自20世纪60年代以来,黄河水沙变化经历一个由渐变到“剧变”的过程;径流量、泥沙量大幅减少且多数支流降雨天然径流关系发生变化,而实测径流泥沙关系却没有明显变化,即不少支流存在着径流泥沙减少的“量”变和径流与输沙关系“质”变的不协同现象;径流、泥沙变化在时间尺度上不具有完全的同步性,水沙变化并没有改变黄河水沙关系不协调的特性。径流与输沙关系演变是一个非线性复杂过程,需要对人类活动强烈干扰下流域系统水沙情势预测理论与方法、水沙变化对水土保持的响应机理、黄河输沙量减少的约束度量、黄土高原产流机制变化及其临界等科学问题开展深化研究。

关键词：水沙关系差异度指标水沙变化产流机制黄河流域

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黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

农业工程学报 2017年第3期33卷 161-167页

作者：李勉杨二李平鲍宏喆李莉申震洲焦鹏黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室郑州450003 黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站绥德718000

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内... 详细信息

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。

关键词：土壤泥沙淤地坝沉积旋回土壤质地黄土丘陵区

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黄河中游主要产沙区下垫面变化减沙作用评估

人民黄河 2020年第9期42卷 146-150页

作者：王玲玲左仲国肖培青董飞飞王昌高侯欣欣黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003

2000年以来,黄河上中游干支流来沙量明显减少。为了揭示黄河中游主要产沙区土壤侵蚀特征和水土保持措施使下垫面变化的减蚀和减沙作用,基于GIS与RS技术,利用CSLE模型,定量分析了主要产沙区2000-2013年土壤侵蚀时空变异特征,并在多年平... 详细信息

2000年以来,黄河上中游干支流来沙量明显减少。为了揭示黄河中游主要产沙区土壤侵蚀特征和水土保持措施使下垫面变化的减蚀和减沙作用,基于GIS与RS技术,利用CSLE模型,定量分析了主要产沙区2000-2013年土壤侵蚀时空变异特征,并在多年平均降雨条件下,以1980年的下垫面为基准,评估了2000年、2005年、2010年、2013年下垫面变化的减沙效果。结果表明:2000年以来,在降雨侵蚀力变化不大的情况下,研究区土壤侵蚀强度呈下降趋势,但遇到强降雨年份,仍然可能产生较为剧烈的土壤侵蚀;土壤侵蚀强度与坡度坡长、降雨有较好的对应关系,研究区强烈及以上等级的土壤侵蚀主要分布在黄土丘陵沟壑区,风沙区和土石山区土壤侵蚀强度相对较低;在多年平均降雨条件下,与1980年相比,2000年、2005年、2010年、2013年水土保持措施使下垫面变化造成的减蚀量分别为1.22亿、1.95亿、3.29亿、3.45亿t,减蚀效果明显。

关键词：土壤侵蚀下垫面变化水土保持措施减沙作用主要产沙区黄河中游

植被覆盖结构对坡面产流产沙的影响及调控机制分析

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水利学报 2019年第9期50卷 1078-1085页

作者：杨春霞姚文艺肖培青秦东远黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003 华北水利水电大学河南郑州450036

利用野外模拟降雨试验,以自然修复草本植被完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖和无覆盖有根系等4种不同垂直覆盖结构为研究对象,分析了植被不同垂直结构对坡面产流产沙的影响作用。研究表明:(1)不同垂直覆盖结构条件下的坡面产流产沙特征差... 详细信息

利用野外模拟降雨试验,以自然修复草本植被完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖和无覆盖有根系等4种不同垂直覆盖结构为研究对象,分析了植被不同垂直结构对坡面产流产沙的影响作用。研究表明:(1)不同垂直覆盖结构条件下的坡面产流产沙特征差异明显,以无覆盖有根系坡面作对照,完整覆盖、地表覆盖及高层覆盖结构减流率分别为91.12%、83.28%和61.55%,减沙率分别为98.71%、96.10%和64.69%,完整覆盖结构对产流产沙过程的抑制作用最强;(2)试验条件下,植被完整覆盖、地表覆盖和高层覆盖可截留降雨1.85、1.01和0.84 mm,场次降雨截留率分别为1.73%、1.09%和0.90%;(3)坡面径流特征与植被覆盖结构有关,试验条件下,与无覆盖有根系坡面相比,完整覆盖、地表覆盖、高层覆盖坡面流速分别降低66.69%、53.47%和19.21%,径流深降低66.70%、51.17%、39.38%。植被垂直结构是影响坡面产流产沙的重要因素,仅用单一的覆盖指标难以充分反映植被对水沙的调控作用。研究成果对于定量评价不同植被覆盖结构的减水减沙作用有参考价值。

关键词：植被覆盖结构完整覆盖地表覆盖无覆盖有根系野外模拟降雨

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黄河头道拐水沙变化多元驱动因子贡献率分析

水科学进展 2015年第6期26卷 769-778页

作者：冉大川姚文艺申震洲倪用鑫董飞飞黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003

根据1950—2010年水沙实测资料,采用统计分析方法,通过构建非线性响应模型,辨识了水沙变化主导驱动因子,定量评估了多因子对黄河上游头道拐水沙变化的贡献率。结果表明:头道拐1950—2010年多年平均径流量减少速率为2.23亿m3/a,多年平均... 详细信息

根据1950—2010年水沙实测资料,采用统计分析方法,通过构建非线性响应模型,辨识了水沙变化主导驱动因子,定量评估了多因子对黄河上游头道拐水沙变化的贡献率。结果表明:头道拐1950—2010年多年平均径流量减少速率为2.23亿m3/a,多年平均输沙量减少速率为0.027亿t/a,1987—2010年径流泥沙减少趋势更为明显,同期输沙量减幅明显大于径流量减幅;1969—2010年气候因子和下垫面因子对头道拐站年径流模数和年输沙模数变化的贡献率均约为2∶8,下垫面因子明显占主导地位,其中宁蒙灌区年引水量对年径流模数变化的贡献率最大,达到42%,龙羊峡和刘家峡等水库运用对年输沙模数变化的贡献率最大,达到34%。预计今后兰州以上径流变化和兰州至头道拐区间主要支流来沙变化两大自然因素将是头道拐水沙变化的主导因子;灌区引水和支流水土保持综合治理减沙对头道拐水沙变化的贡献率将居主导地位。

关键词：非线性响应模型驱动因子贡献率水沙变化黄河上游

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黑土坡面不同粒级泥沙流失特征分析

农业工程学报 2019年第20期35卷 111-117页

作者：沈海鸥肖培青李洪丽牟廷森贺云锋吉林农业大学资源与环境学院长春130118 黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室郑州450003

不同粒级泥沙流失特征研究可揭示坡面侵蚀机理,表征土壤养分流失状况;而现有研究缺少对不同粒级泥沙流失速率及流失比例的过程性研究。为此,该研究基于连续汇流冲刷试验,研究汇流冲刷次数和坡度对黑土坡面不同粒级泥沙流失特征的影响。... 详细信息

不同粒级泥沙流失特征研究可揭示坡面侵蚀机理,表征土壤养分流失状况;而现有研究缺少对不同粒级泥沙流失速率及流失比例的过程性研究。为此,该研究基于连续汇流冲刷试验,研究汇流冲刷次数和坡度对黑土坡面不同粒级泥沙流失特征的影响。试验处理包括6次连续汇流冲刷(1 L/min,每次历时60 min)和2个黑土区典型坡度(5°和10°)。结果表明,汇流冲刷次数对不同粒级泥沙流失速率及比例的影响较坡度的影响明显。试验条件下,流失比例最大,其次为1~2、2~5、0.5~1、0.25~0.5、>5 mm泥沙流失比例。随着汇流冲刷次数的增加,流失速率由1965.7~6698.4 g/(m^2·h)显著减小为59.5~80.0 g/(m^2·h),该粒级泥沙流失比例亦总体呈现减小的趋势,而1~2 mm泥沙流失比例总体呈现增加的趋势,二者作为侵蚀泥沙的主体,其变化具有明显规律性。因此,流失特征应作为黑土区土壤侵蚀研究的重要部分,进而指导防治措施的布设;同时,建议采用适宜的覆盖措施防治黑土坡面细小颗粒泥沙的流失。

关键词：土壤径流侵蚀泥沙粒级汇流冲刷