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第1章 绪论 1

1.1 流域与土壤侵蚀 1

1.1.1 流域的相关概念 1

1.1.2 土壤侵蚀 1

1.2 流域侵蚀动力学过程 3

1.2.1 流域侵蚀动力学的相关概念 3

1.2.2 流域侵蚀动力学的研究内容 4

1.3 流域侵蚀动力学研究进展 6

1.3.1 土壤侵蚀动力学研究 6

1.3.2 流域植被变化与侵蚀关系研究 8

1.3.3 流域土壤侵蚀模型研究 15

1.3.4 今后的发展趋势 19

1.4 研究区概况 20

1.4.1 研究区域自然环境概况 20

1.4.2 研究流域基本情况 23

1.5 研究方法 33

1.5.1 研究技术路线与方法 33

1.5.2 基础数据的收集与整理 36

第2章 流域特征与流域数字高程模型 41

2.1 流域水系拓扑学特征 41

2.1.1 水系分叉 41

2.1.2 河流分级 41

2.1.3 河数定律 43

2.2 流域的形状特征 43

2.2.1 流域面积 43

2.2.2 面积定律 44

2.2.3 流域长度和宽度 44

2.2.4 流域形状 44

2.3 流域的结构特征 45

2.3.1 河网密度和河道维持常数 45

2.3.2 河流频度和链频度 45

2.3.3 面积-河长曲线 46

2.3.4 高程曲线 46

2.3.5 流域坡度 46

2.4 流域数字高程模型 47

2.4.1 基于GIS的流域空间属性数据库建立 47

2.4.2 基于DEM的流域汇流网络建立 48

第3章 流域景观格局演变 54

3.1 流域景观空间格局分析 54

3.1.1 景观格局研究方法 54

3.1.2 资料获取及数据处理方法 55

3.1.3 景观单元特征指数提取 56

3.1.4 主要景观特征指数的生态意义 57

3.2 流域森林植被／土地利用结构及动态变化分析 62

3.2.1 罗玉沟流域土地利用结构动态分析 62

3.2.2 吕二沟流域土地利用结构动态分析 64

3.2.3 桥子东沟、桥子西沟流域土地利用结构动态分析 66

3.3 流域景观动态变化 67

3.3.1 罗玉沟流域森林植被景观格局动态分析 71

3.3.2 吕二沟流域森林植被景观格局动态分析 75

3.3.3 桥子东沟、桥子西沟流域森林植被景观格局动态分析 79

第4章 流域降雨时空分布规律 84

4.1 降水的基本要素 84

4.1.1 降水及其要素 84

4.1.2 降水的形成与分类 85

4.1.3 影响降水的因素 86

4.2 流域降水量的时间分布 87

4.2.1 流域降水年际分布规律 88

4.2.2 降水量的年内分布规律 90

4.3 流域降水的空间分布 90

4.3.1 流域内降水量与地面高程的关系 91

4.3.2 流域降雨的空间不均匀性分析 91

4.3.3 雨量站间降水相关性分析 93

4.4 流域降水量的空间插值 94

4.4.1 流域降水量空间内插方法选择 94

4.4.2 数据内插方法在流域降雨量空间分布中的应用 100

第5章 流域产汇流过程 106

5.1 产流机制 106

5.1.1 植物截留 106

5.1.2 填洼 113

5.1.3 包气带结构及其对降雨的再分配 114

5.1.4 流域产流的物理机制 116

5.2 流域产流过程 119

5.3 流域汇流 120

5.3.1 流域汇流过程 120

5.3.2 流域汇流时间 121

第6章 水力侵蚀与产沙过程 122

6.1 降雨的力学特征与侵蚀机理 122

6.1.1 降雨的力学特性 122

6.1.2 植被对降雨侵蚀力的影响 124

6.2 坡面径流侵蚀过程机制 126

6.2.1 坡面产流过程 126

6.2.2 坡面流水力特性 127

6.2.3 坡面流侵蚀产沙力学过程 128

6.2.4 植被对坡面径流侵蚀的影响 130

6.3 沟道侵蚀机制 136

6.3.1 沟蚀类型 136

6.3.2 沟道侵蚀机理 137

6.3.3 沟道侵蚀过程 140

第7章 流域土地利用／森林植被格局变化的产流产沙响应 143

7.1 流域森林植被格局变化与径流关系 143

7.1.1 流域森林植被格局对年径流量的影响 143

7.1.2 流域森林植被格局对单次降雨径流量的影响 158

7.1.3 流域森林植被格局对洪水过程影响 161

7.2 流域森林植被格局与洪水径流耦合关系 166

7.3 流域森林植被格局与侵蚀产沙的关系 168

7.3.1 流域森林植被格局影响下的侵蚀产沙年际变化 168

7.3.2 流域森林植被格局影响下的侵蚀产沙年内变化 171

7.3.3 流域森林植被格局与次降雨侵蚀产沙的关系 181

7.4 流域森林植被格局与侵蚀产沙耦合关系 192

第8章 流域土地利用／植被与土壤侵蚀景观格局耦合 195

8.1 流域森林植被与土壤侵蚀景观格局耦合指标的建立 195

8.1.1 流域森林植被景观自然度的评价 195

8.1.2 流域景观土壤侵蚀指数的制定 199

8.2 流域森林植被与土壤侵蚀景观格局耦合关系 211

8.2.1 流域景观格局评价的耦合指数 211

8.2.2 流域景观格局评价耦合指数分析 213

8.3 流域森林植被情景模拟及优化格局分析 213

8.3.1 建立特定情境 214

8.3.2 特定情境分析 214

8.3.3 优化格局分析 221

第9章 流域土地利用／森林植被变化的水文生态响应 223

9.1 SWAT模型及其参数检验 223

9.1.1 SWAT模型介绍 223

9.1.2 SWAT模型结构 223

9.1.3 模型参数敏感度分析 226

9.1.4 模型参数的校准 229

9.2 基于SWAT模型的流域水文生态响应模拟与分析 232

9.2.1 1986年流域水文生态响应模拟分析 233

9.2.2 1995年水文响应模拟 235

9.2.3 2000年水文响应模拟 238

9.2.4 三期模拟结果的对比分析 241

9.3 基于SWAT模型的流域水文生态响应预测 243

9.3.1 不同降水条件下的水文模拟 243

9.3.2 不同森林植被覆盖下的水文模拟 245

9.3.3 耕地水土保持措施下的水文模拟 247

第10章 流域侵蚀产沙过程模拟 250

10.1 WEPP模型简介 250

10.1.1 WEPP模型结构 251

10.1.2 WEPP模型的功能模块 251

10.1.3 WEPP模型的基本原理 253

10.1.4 GeoWEPP模型结构 257

10.2 GeoWEPP数据输入及参数确定 258

10.2.1 地理信息数据的输入 258

10.2.2 气候参数 260

10.2.3 土壤参数 260

10.2.4 植被参数 261

10.2.5 WEPP模型参数率定方法 264

10.2.6 参数在坡面侵蚀模拟中的验证 265

10.3 WEPP模型对坡面侵蚀产沙过程模拟 266

10.3.1 不同植被条件下坡面多年平均侵蚀产沙分析 266

10.3.2 不同降水水平年坡面侵蚀产沙变化 268

10.3.3 单次降水条件下坡面侵蚀产沙变化 274

10.4 GeoWEPP对流域侵蚀产沙模拟 276

10.4.1 吕二沟流域侵蚀产沙过程模拟 278

10.4.2 罗玉沟流域侵蚀产沙模拟 279

10.5 不同水文条件下流域森林植被变化对侵蚀产沙影响 282

10.5.1 平水年流域侵蚀产沙变化 282

10.5.2 干旱年份流域侵蚀产沙变化 285

10.5.3 丰水年份流域侵蚀产沙 288

10.5.4 不同降水水平年侵蚀产沙模拟结果对比 291

10.6 流域侵蚀产沙与森林植被协同变化规律 293

10.6.1 流域森林植被情景的建立 293

10.6.2 流域森林植被变化对径流的影响分析 294

10.6.3 流域森林植被格局变化的侵蚀产沙响应 295

10.6.4 林分不同生长阶段流域侵蚀产沙过程 298

参考文献 301