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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