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第1章 绪论1

1.1 水力侵蚀力学机理1

1.1.1 降雨的力学特性1

1.1.2 植被对降雨侵蚀力的影响2

1.1.3 降雨再分配过程模型5

1.2 坡面土壤侵蚀动力学过程及模拟9

1.2.1 坡面径流侵蚀力学机理9

1.2.2 坡面植被防蚀机理14

1.2.3 坡面土壤侵蚀模型16

1.3 沟道侵蚀力学机理18

1.3.1 沟道侵蚀特征及类型18

1.3.2 坡沟系统侵蚀产沙19

1.3.3 沟道侵蚀模拟20

1.4 河流输沙机理21

1.4.1 悬移质泥沙运动21

1.4.2 推移质泥沙运动23

1.4.3 河床演变24

1.4.4 河流泥沙数值模拟26

1.5 流域土壤侵蚀过程及模拟27

1.5.1 流域土壤侵蚀过程研究27

1.5.2 流域土壤侵蚀过程模拟29

第2章 降雨侵蚀动力学特性31

2.1 降雨的力学特性31

2.1.1 雨滴特性31

2.1.2 降雨的侵蚀特性32

2.1.3 降雨雨滴溅蚀33

2.2 植被冠层对降雨侵蚀动力学特性的影响37

2.2.1 试验设计38

2.2.2 林冠降雨雨滴粒径与雨强的关系41

2.2.3 林冠降雨雨滴粒径分布曲线44

2.2.4 林冠降雨雨滴体积累积分布曲线及雨滴分布模型45

2.2.5 林冠降雨雨滴动能和雨滴终速动能47

2.3 侵蚀性降雨表征及空间变异特征48

2.3.1 流域侵蚀性场次降雨雨型分析48

2.3.2 流域侵蚀性降雨空间分布的不均匀性52

第3章 坡面土壤侵蚀动力学机理56

3.1 坡面流水力特性56

3.1.1 坡面流及其形成56

3.1.2 坡面流能量的表征56

3.1.3 坡面流水力特性58

3.2 坡面片流侵蚀59

3.2.1 坡面流描述59

3.2.2 坡面流侵蚀表达62

3.3 坡面细沟流侵蚀65

3.4 植被影响下的坡面流水动力特性68

3.4.1 坡面流流速及其影响因素分析68

3.4.2 森林植被对坡面流阻力的影响72

3.4.3 森林植被对坡面侵蚀泥沙起动的影响82

第4章 坡面水力侵蚀与产沙过程87

4.1 坡面土壤侵蚀临界坡度87

4.1.1 坡度影响土壤侵蚀机理88

4.1.2 土壤侵蚀临界坡度基本理论分析89

4.1.3 坡地土壤侵蚀临界坡度探讨95

4.1.4 土壤侵蚀与坡度关系试验分析97

4.2 坡面土壤侵蚀的坡长影响99

4.2.1 坡长影响坡面侵蚀产沙理论分析99

4.2.2 土壤侵蚀与坡长关系试验分析100

4.3 坡面土壤侵蚀对植被结构变化响应102

4.3.1 研究区概况及研究方法103

4.3.2 坡面尺度植被对降雨径流和侵蚀产沙的影响104

4.4 坡面产流产沙主导因子判析107

4.4.1 降水与土壤侵蚀的关系108

4.4.2 林草植被与土壤侵蚀的关系110

4.4.3 影响坡面产流产沙的主导因子判析114

4.5 坡面土壤侵蚀产沙模拟115

4.5.1 坡面土壤侵蚀过程115

4.5.2 坡面侵蚀与产沙数学模拟模型118

4.5.3 水土保持措施下次暴雨产流计算方法120

第5章 沟道侵蚀产沙过程127

5.1 沟道侵蚀类型及过程127

5.1.1 沟道侵蚀形式127

5.1.2 沟道侵蚀的主要类型130

5.1.3 沟道侵蚀过程132

5.2 沟道侵蚀机制134

5.2.1 沟道水流冲刷力135

5.2.2 沟坡下滑力与抗滑力136

5.2.3 沟坡稳定安全系数138

5.2.4 沟道侵蚀产沙预测138

5.3 沟道侵蚀模型139

5.3.1 沟道汇流模型139

5.3.2 沟道泥沙输移模型142

5.3.3 沟道水沙变化的灰色系统模型预测142

5.4 沟道侵蚀中的泥沙输移比及其测算模型149

5.4.1 泥沙输移比的内涵149

5.4.2 泥沙输移比的测算方法151

5.4.3 泥沙输移比的影响因素155

5.4.4 泥沙输移比的尺度依存性158

5.4.5 泥沙输移比的分形特征及尺度转换途径161

第6章 流域侵蚀产沙动力学过程165

6.1 流域产汇流过程165

6.1.1 产流机制165

6.1.2 流域产流过程171

6.1.3 流域汇流172

6.2 流域径流侵蚀动力学过程174

6.2.1 流域径流对降雨过程的响应174

6.2.2 流域径流及其变率对输沙的影响175

6.2.3 流域径流侵蚀产沙过程对侵蚀性降雨类型的响应180

6.3 森林植被对流域土壤侵蚀影响机制185

6.3.1 研究区概况及研究方法186

6.3.2 流域地形地貌相似性分类的聚类分析189

6.3.3 无林流域和森林流域的雨季径流对比分析190

6.3.4 多林流域和少林流域对雨季径流和暴雨时输沙的影响192

6.4 流域侵蚀产沙过程对土地利用变化响应194

6.4.1 研究区概况及研究方法195

6.4.2 罗玉沟流域土地利用变化196

6.4.3 流域土地利用／覆被变化的径流调节效应199

6.4.4 流域土地利用变化对侵蚀产沙过程的影响206

6.5 流域水土保持措施效益分析211

6.5.1 降雨－径流与降雨－产沙关系的建立213

6.5.2 流域水土保持措施效益分析215

第7章 河道泥沙输移过程218

7.1 河道泥沙运移基本方程218

7.2 河道与水库冲淤水动力学模型220

7.2.1 输沙公式与参数的确定220

7.2.2 全程统一计算的模式226

7.3 禹门口至黄河口河道泥沙冲淤计算230

7.3.1 泥沙冲淤验证计算231

7.3.2 龙羊峡水库对三门峡水库和黄河下游河道的冲淤计算238

7.4 工程治理和新水沙条件下黄河口清水沟流路行水年限模拟241

7.4.1 黄河口流路演变历史242

7.4.2 清水沟流路演变规律244

7.4.3 黄河口未来的水沙变化253

7.4.4 河口治理工程作用分析259

7.4.5 清水沟流路使用年限模拟预测260

第8章 流域分布式侵蚀产沙模型研究277

8.1 次暴雨产沙数学模型277

8.1.1 径流深公式278

8.1.2 小流域产沙公式279

8.1.3 次暴雨泥沙输移比283

8.1.4 河道冲淤计算285

8.1.5 流域产沙的数学模型286

8.2 流域降雨水沙过程的分布式模型构建290

8.2.1 分布式模型结构290

8.2.2 小流域网格的划分290

8.2.3 小流域“沟坡分离”291

8.2.4 水流汇集网络的生成292

8.2.5 降雨径流子模型292

8.2.6 侵蚀产沙子模型298

8.2.7 基于淤地坝嵌入的侵蚀产沙子模型300

8.3 模型的率定和验证302

8.3.1 模型的率定303

8.3.2 模型的验证305

8.4 基于分布式模型的水土保持措施减水减沙效益评价308

8.4.1 减水减沙方案设计308

8.4.2 减水减沙效益评价308

8.4.3 减水效益分析309

8.4.4 减沙效益分析311

8.4.5 流域配置措施优化312

8.5 典型坝系流域侵蚀产沙模拟314

8.5.1 流域“沟坡分离”319

8.5.2 输入条件确定320

8.5.3 模型参数确定321

8.5.4 产流产沙模拟321

第9章 基于SWAT模型的流域侵蚀产沙过程模拟326

9.1 嵌套流域降雨、地形地貌和土地利用特征分析327

9.1.1 嵌套流域概况327

9.1.2 研究区降雨特征分析328

9.1.3 研究区地形地貌特征分析331

9.1.4 研究区土地利用特征分析335

9.2 SWAT模型简介、空间数据库构建336

9.2.1 SWAT模型的结构336

9.2.2 研究流域原始空间数据库的建立343

9.2.3 研究流域空间属性数据库的建立346

9.3 SWAT模型参数检验、率定及模拟结果评价355

9.3.1 模型参数敏感度分析355

9.3.2 模型参数的率定360

9.3.3 模拟结果评价362

9.4 基于SWAT模型的嵌套流域水文过程模拟365

9.4.1 南北腰小流域径流输沙过程模拟366

9.4.2 蔡家川流域径流输沙过程模拟372

9.4.3 北坡小流域径流输沙过程模拟376

9.4.4 柳沟小流域径流输沙过程模拟380

9.4.5 刘家凹小流域径流输沙过程模拟384

9.4.6 冯家圪垛小流域径流输沙过程模拟388

9.4.7 井沟小流域径流输沙过程模拟393

9.5 基于SWAT模型模拟的嵌套小流域径流输沙过程对比分析397

9.5.1 年输出结果对比分析397

9.5.2 月输出结果对比分析399

9.5.3 嵌套流域水沙运移时空协同变化分析401

9.6 嵌套流域水沙运移对气候及土地利用变化响应分析402

9.6.1 嵌套流域不同降水水平年水沙运移过程分析402

9.6.2 嵌套流域土地利用变化水文响应预测分析404

第10章 基于GeoWEPP模型的不同土地利用情景径流输沙预测406

10.1 WEPP模型的结构与参数率定406

10.1.1 WEPP模型的结构406

10.1.2 GeoWEPP参数率定及数据输入408

10.2 WEPP模型在研究区的适用性检验及输入参数校正413

10.2.1 CLIGEN生成气候数据的精度分析414

10.2.2 WEPP模型基于土壤侵蚀机理的坡面侵蚀方程解析验证419

10.2.3 土壤、植被生长输入参数的校准和验证422

10.3 GeoWEPP模型对流域径流和侵蚀产沙的模拟校准与检验424

10.3.1 模型适用性的评价指标425

10.3.2 模型参数校准和检验425

10.4 基于GeoWEPP模型的典型流域单元划分及径流与产沙模拟432

10.4.1 GeoWEPP模型对流域径流和输沙模拟的运行过程432

10.4.2 GeoWEP模型对典型流域单元的提取437

10.4.3 GeoWEPP模型对典型流域单元径流和输沙的模拟437

10.4.4 典型流域单元径流和泥沙来源分析443

10.5 基于GeoWEPP模型的典型流域单元水文生态响应情景分析446

10.5.1 不同降水水平年典型流域单元侵蚀产沙对比分析447

10.5.2 典型流域单元森林覆盖变化对径流和侵蚀产沙的影响分析448

10.5.3 典型流域单元径流和侵蚀产沙对林分生长阶段的响应分析452

参考文献453