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第1章 绪论1

1.1研究对象1

1.2研究现状2

1.2.1主要侵蚀与水质模型的结构和特点2

1.2.2土壤侵蚀公式的主要形式3

1.2.3流域土壤侵蚀模拟的进展3

1.2.4黄土高原侵蚀产沙研究4

1.3研究内容与方法5

第2章 流域泥沙主要影响因子及其过程概化7

2.1流域特征因子7

2.1.1降水、植被与土壤特征7

2.1.2地质地貌特征和河网8

2.1.3人类活动影响9

2.1.4不同因素间的相互作用9

2.2黄土高原的主要特征因子9

2.2.1降水特征9

2.2.2土壤与土地利用特征10

2.2.3植被特征12

2.2.4地貌特征12

2.3流域不同地貌单元的泥沙子过程15

2.3.1黄土丘陵沟壑区的地貌单元组成15

2.3.2坡面侵蚀17

2.3.3沟坡区重力侵蚀17

2.3.4沟道与河道不平衡输沙19

2.4黄土高原泥沙过程的模型概化21

第3章 坡面水流特性23

3.1坡面漫流23

3.1.1坡面漫流的流态24

3.1.2坡面流的水力关系27

3.1.3坡面流阻力28

3.1.4雨滴击溅的影响29

3.1.5坡面漫流的计算31

3.2有细沟的坡面流32

3.2.1细沟水流的实验32

3.2.2细沟坡面的水流计算33

3.3本章小结35

第4章 坡面侵蚀机理36

4.1雨滴溅蚀36

4.2坡面径流侵蚀38

4.2.1薄层水流侵蚀38

4.2.2细沟水流侵蚀39

4.3坡面水流侵蚀和输沙的计算40

4.3.1侵蚀量与输沙量的关系40

4.3.2薄层水流的侵蚀与输沙能力41

4.3.3细沟流的侵蚀与输沙能力41

4.3.4模拟中要注意的问题42

4.4本章小结43

第5章 坡面产流产沙模型44

5.1超渗产流模型44

5.1.1模型的结构与计算流程45

5.1.2产流过程计算46

5.1.3汇流过程50

5.1.4参数取值50

5.2坡面产沙模型51

5.2.1产沙模型的概化51

5.2.2坡面产沙计算公式51

5.2.3公式合理性检验53

5.2.4公式的适用性59

5.3本章小结61

第6章 沟坡区重力侵蚀模型62

6.1沟坡重力侵蚀物理图景概化62

6.2沟坡重力侵蚀力学分析63

6.2.1土体含水量变化63

6.2.2坡脚侧向冲刷计算64

6.2.3沟坡失稳几何形态分析65

6.2.4沟坡土体受力分析66

6.3沟坡失稳的不确定性分析69

6.3.1不确定性的含义70

6.3.2沟坡失稳的模糊性分析70

6.3.3沟坡失稳的随机性分析72

6.3.4沟坡失稳的模糊概率73

6.4重力侵蚀模型的应用条件74

6.5本章小结75

第7章 沟道水沙演进模型76

7.1精确扩散波汇流模型76

7.1.1马斯京根—贡日法76

7.1.2时空步长的选择77

7.1.3水力要素的计算78

7.1.4验证与对比79

7.2沟道输沙计算79

7.3沟道水沙计算的验证80

7.4本章小结82

第8章 流域数字河网和模型集成83

8.1河网并行计算需求83

8.2数字流域平台的改进与应用83

8.3基于二叉树的河网编码方法85

8.3.1河网的二叉树特征85

8.3.2快速定位节点的二叉树编码85

8.3.3基于二叉树的河网编码方法86

8.3.4基本拓扑关系88

8.3.5典型应用的拓扑算法88

8.4大规模河网的管理90

8.4.1分区分级编码方法90

8.4.2子流域DEM切割和河网耦合91

8.4.3河网管理的应用93

8.5基于河网分解的并行计算95

8.5.1并行计算的逻辑架构96

8.5.2河网分解算法97

8.5.3基于MPI和计算机集群的实现方式98

8.5.4并行计算应用实例99

8.6模型的集成99

8.6.1模型集成方法99

8.6.2模拟尺度的提升101

8.7本章小结102

第9章 流域泥沙过程模拟103

9.1岔巴沟流域泥沙过程模拟103

9.1.1计算准备103

9.1.2参数率定105

9.1.3模型应用114

9.1.4结果分析121

9.2无定河流域泥沙过程模拟121

9.2.1计算准备121

9.2.2参数率定124

9.2.3模型应用127

9.2.4结果分析130

9.3多沙粗沙区流域泥沙过程模拟132

9.3.1计算准备132

9.3.21967年模拟结果132

9.3.31977年模拟结果134

9.3.4结果分析136

9.4本章小结137

第10章 水沙源区泥沙过程规律分析138

10.1尺度现象及其形成机理138

10.1.1尺度现象138

10.1.2模拟结果中的尺度现象144

10.1.3对尺度现象来源的分析145

10.2降雨变化对侵蚀产沙的影响147

10.2.1降雨变化趋势和情景设置147

10.2.2径流和输沙量结果149

10.2.3不同土壤侵蚀组成的变化150

10.2.4结果分析151

10.3本章小结151

第11章 河道水沙动力学模型153

11.1模型建立153

11.1.1控制方程组153

11.1.2数值解法154

11.1.3关键问题处理156

11.2模型率定158

11.2.1初始和边界条件158

11.2.2高含沙量对模拟结果的影响160

11.2.3考虑高含沙量影响的模拟结果161

11.3参数敏感性分析162

11.4模型应用165

11.4.11982年洪水165

11.4.21992年洪水166

11.4.31998年洪水169

11.5本章小结171

第12章 水沙源区与干流河道的耦合模拟172

12.1流域与河道模型的耦合方式172

12.2模拟实例172

12.2.1计算准备173

12.2.2计算条件的对比174

12.2.3模拟结果175

12.3来水来沙变化对河道冲淤的影响178

12.4本章小结181

参考文献182