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第1章 绪论 1

1.1流域水文生态过程研究 1

1.1.1流域降水与径流 1

1.1.2生态水文过程研究 2

1.1.3流域泥沙来源研究 4

1.1.4水文模型研究进展 5

1.2坡沟系统侵蚀产沙研究 6

1.2.1坡沟系统侵蚀理论基础 6

1.2.2坡面侵蚀对沟道侵蚀的作用 7

1.3淤地坝对水沙资源的调控及坝系稳定研究 8

1.3.1淤地坝对水沙资源的调控研究 8

1.3.2基于土地利用变化的淤地坝坝系规划研究 8

1.3.3建坝顺序及建坝间隔 9

1.3.4坝系稳定性研究 9

1.3.5 GIS及其模型在淤地坝设计中的现状及展望 10

1.4沟道工程对径流泥沙的影响研究 10

1.4.1沟道工程对径流的影响 11

1.4.2沟道工程对泥沙的影响 12

第2章 流域次暴雨水沙响应模型 13

2.1径流侵蚀功率的理论基础 14

2.2流域次暴雨水沙响应模型的建立 14

2.2.1岔巴沟流域概况 15

2.2.2次暴雨水沙响应关系的建立及验证 15

2.2.3基于径流侵蚀功率的流域次暴雨水沙响应模型 18

2.3径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用 19

2.3.1概述 19

2.3.2研究区域概况 19

2.3.3坡面次暴雨水沙响应关系的建立 19

2.4不同空间尺度次暴雨径流侵蚀功率与降雨侵蚀力对比研究 21

2.4.1概述 21

2.4.2研究结果与分析 22

2.5流域次暴雨水沙响应关系的验证 24

2.5.1蛇家沟及团山沟流域 24

2.5.2南小河沟流域 25

2.5.3纸坊沟流域 27

2.5.4窟野河流域 28

2.5.5三川河流域 29

2.5.6典型对比流域 31

2.5.7大理河流域 34

2.6不同尺度流域次暴雨水沙响应关系分析 35

第3章 流域地貌形态特征量化及其与侵蚀产沙耦合 37

3.1地貌形态特征三维分形信息维数测定方法 37

3.1.1三维分形GIS实体的创建 38

3.1.2三维分形GIS实体的虚拟量化 40

3.1.3三维分形GIS扫描 41

3.1.4线性回归 44

3.1.5标度归一 44

3.2典型流域地貌分形量化 47

3.2.1岔巴沟流域简介 47

3.2.2水文泥沙控制站与水沙特性数据的收集 48

3.2.3岔巴沟流域地貌分形特征 53

3.3岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙地貌临界计算 55

第4章 流域降雨水沙过程及分布式模型研究 63

4.1降雨径流、侵蚀产沙的物理过程和力学机理 63

4.1.1有效降雨过程 63

4.1.2植物截留过程 64

4.1.3土壤入渗过程 64

4.1.4地表径流过程 65

4.1.5土壤侵蚀过程 66

4.1.6径流输沙过程 66

4.1.7流域产沙过程 66

4.2场暴雨小流域降雨径流和侵蚀产沙分布式模型建立 67

4.2.1流域网格的划分 67

4.2.2模型建立 67

4.2.3模型的验证 68

4.3基于分布式模型的水土保持措施减水减沙效益评价 70

4.3.1减水减沙方案设计 70

4.3.2减水减沙效益评价 71

4.3.3流域配置措施优化 75

4.4淤地坝子模型 76

4.4.1“一大件”结构 76

4.4.2“两大件”结构 77

4.4.3“三大件”结构 78

第5章 小流域侵蚀产沙特征示踪研究 80

5.1流域泥沙来源示踪研究技术原理 80

5.1.1典型淤地坝的选取 80

5.1.2坡地及淤积层土样选取及其干容重测定 82

5.1.3淤地坝淤积信息观测与分析 82

5.1.4典型坝淤积信息与侵蚀性降雨响应关系 83

5.1.5淤积信息的剖面分布规律 85

5.2流域侵蚀产沙特征示踪分析 86

5.2.1研究区背景值的确定 86

5.2.2流域不同地貌部位侵蚀产沙来源示踪分析 87

5.2.3流域不同土地利用类型侵蚀产沙来源示踪分析 92

5.3小流域侵蚀产沙来源示踪 93

5.3.1流域侵蚀产沙来源 93

5.3.2典型降雨事件下流域主要侵蚀产沙来源变化 94

5.3.3降雨侵蚀产沙与淤积泥沙对比分析 96

5.4流域侵蚀产沙特征演变 97

5.4.1基于流域定位实测资料的流域侵蚀产沙演变 97

5.4.2基于黄土高原土壤流失方程的流域侵蚀产沙模数计算 98

5.4.3基于淤地坝淤积信息的淤地坝坝控流域侵蚀产沙演变 103

5.4.4流域土壤侵蚀模数确定方法比较 104

第6章 流域坡沟系统重力侵蚀模拟与调控 106

6.1重力侵蚀数值分析原理 107

6.1.1滑坡稳定分析中的极限平衡方法 107

6.1.2有限差分强度系数折减法基本原理 107

6.1.3崩塌滑坡的蒙特卡洛概率计算 108

6.1.4 FLAC3D数值模拟原理 109

6.1.5坡沟系统作用力 109

6.1.6 Rosenblueth矩估计方法的基本原理 111

6.2坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究 114

6.2.1研究区概况 114

6.2.2坡沟系统概化模型及有限差分计算模型 114

6.2.3土体物理力学指标 115

6.2.4数值计算过程 116

6.2.5坡沟系统稳定性变化特征 116

6.2.6坡沟系统位移场分布模拟 117

6.2.7坡沟系统应力场分布模拟 119

6.2.8坡沟系统塑性区分布模拟 120

6.3小流域重力侵蚀数值模拟研究 121

6.3.1复杂地形的FLAC3D建模方法 121

6.3.2小流域概化模型及有限差分计算模型 122

6.3.3小流域重力侵蚀发育情况 123

6.3.4小流域位移场分布模拟 123

6.3.5小流域应力场分布模拟 126

6.3.6小流域塑性区分布模拟 126

6.3.7 Rosenblueth矩估计方法计算 127

6.4淤地坝对小流域重力侵蚀的调控作用 128

6.4.1淤地坝小流域有限差分计算模型 128

6.4.2淤地坝对位移场分布调控作用 128

6.4.3淤地坝对应力场分布调控作用 130

6.4.4淤地坝对塑性区分布调控作用 131

第7章 流域坝系工程优化模拟 133

7.1坝系规划方法研究进展 133

7.2韭园沟坝系建设情况 134

7.3坝系优化非线性规划研究 135

7.3.1建模方法 135

7.3.2坝系优化非线性规划模型 140

7.3.3建坝顺序优化模型 141

7.3.4非线性优化规划结果 142

7.3.5建坝顺序优化计算及结果 148

7.4坝系防洪标准研究 149

7.4.1关于坝系防洪标准问题 149

7.4.2相对稳定坝系防洪标准研究方法 150

7.4.3模型设计 151

第8章 淤地坝规划与规模布局新技术 154

8.1淤地坝规划建设中的技术问题 154

8.1.1淤地坝坝系的相对稳定 154

8.1.2淤地坝洪水设计标准和不达标淤地坝的处理标准 156

8.1.3淤地坝淤满再用还是随淤随用 157

8.2新时期淤地坝建设指导思想 158

8.3淤地坝规模布局技术研究 159

8.3.1建坝规模潜力分析 159

8.3.2减沙需求的建坝规模分析 161

8.3.3延安市拟建淤地坝规模确定 163

第9章 淤地坝快速施工技术 164

9.1水坠坝坝体排水系统技术优点 165

9.1.1适用性 165

9.1.2可行性 165

9.1.3功效性 165

9.2水坠坝坝体排水系统技术内容 165

9.2.1技术系统实施背景 165

9.2.2技术方案 167

9.2.3技术实施 167

9.3水坠坝坝体排水系统技术应用效果 168

9.3.1表面观察 169

9.3.2施工速度 169

9.3.3经济性比较 170

9.3.4推广前景 170

9.4淤地坝坝体排水中的新材料应用 170

第10章 淤地坝放水建筑物结构优化技术 171

10.1淤地坝放水建筑物型式 171

10.1.1卧管式放水工程 171

10.1.2竖井式放水工程 171

10.2放水工程具体实用新型设计 172

10.3新型放水工程水力试验 174

10.3.1宋家沟淤地坝实体概况 174

10.3.2放水工程的水力设计要求 176

10.3.3模型及试验方案设计 176

10.3.4流量系数方法 178

10.3.5水力试验结果与分析 180

第11章 淤地坝结构设计与施工管理技术 184

11.1淤地坝卧管结构设计 184

11.1.1淤地坝卧管结构设计 184

11.1.2卧管横断面尺寸设计 185

11.1.3消力池横断面尺寸设计 185

11.1.4方形卧管与消力池盖板厚度设计 185

11.1.5方形卧管侧墙厚度设计 186

11.2淤地坝涵洞结构设计 186

11.2.1方形涵洞盖板厚度设计 186

11.2.2圆形涵洞壁厚设计 187

11.2.3圆形涵洞配筋设计 187

11.3淤地坝卧管设计具体实例 187

11.3.1卧管放水孔直径确定 187

11.3.2卧管断面尺寸设计 188

11.3.3消力池断面尺寸 191

11.3.4方形卧管与消力池盖板厚度 191

11.3.5方形卧管侧墙、基础尺寸 195

11.3.6消力池侧墙、基础尺寸 197

11.4淤地坝涵洞结构设计具体实例 198

11.4.1涵洞断面尺寸 198

11.4.2方形涵洞盖板厚度 201

11.4.3方涵侧墙、基础尺寸 204

11.4.4圆涵壁厚及配筋 205

11.5淤地坝施工的破土面及坝体绿化技术 209

11.6生态淤地坝的“随淤随用” 209

第12章 黄土丘陵沟壑区水土资源开发利用模式 211

12.1常规农林业利用模式——安家沟流域 212

12.1.1常规农林业利用模式评价指标体系建立及解析 212

12.1.2典型区概况 214

12.1.3评价指标权重的确定 214

12.1.4评价结果及分析 217

12.2科技示范综合利用模式——定西西川旱地高效农业科技园 218

12.2.1科技示范利用模式评价指标体系建立及解析 218

12.2.2典型地区概况 221

12.2.3评价指标权重的确定 222

12.2.4评价结果及分析 224

12.3特色农业模式——定西马铃薯特色农业 225

12.3.1特色农业利用模式评价指标体系的建立及解析 225

12.3.2典型地区概况 227

12.3.3评价指标权重的确定 228

12.3.4评价结果及分析 229

12.4生态旅游利用模式——平凉市田家沟流域 231

12.4.1生态旅游利用模式评价指标体系的建立及解析 231

12.4.2典型区概况 233

12.4.3评价指标权重的确定 233

12.4.4评价结果及分析 235

第13章 黄土丘陵沟壑区坝系多目标开发统筹规划模式 239

13.1坝系多目标开发规划内涵 239

13.1.1农业开发规划 239

13.1.2林业开发规划 240

13.1.3草畜开发规划 241

13.1.4沟壑坝系景观开发规划 242

13.2安家沟流域坝系多目标开发统筹规划 242

13.2.1安家沟流域概况 242

13.2.2多目标规划 243

13.2.3多目标开发 248

第14章 黄土丘陵沟壑区坝地开发利用模式 250

14.1坝地引水灌溉模式 250

14.1.1发展坝地引水灌溉模式的意义 250

14.1.2发展坝地引水灌溉模式的目的 251

14.1.3坝地引水灌溉技术模式 251

14.1.4坝地引水灌溉效益分析 253

14.2坝地养鱼模式 255

14.2.1发展坝地养鱼模式的意义 255

14.2.2发展坝地养鱼模式的目的 255

14.2.3坝地养鱼技术模式 256

14.2.4坝地养鱼主要技术措施 256

14.2.5坝地养鱼需注意的问题 257

14.2.6坝地养鱼效益分析 258

14.3坝地苜蓿种植模式 259

14.3.1发展坝地苜蓿种植模式的意义及目的 259

14.3.2技术原理 259

14.3.3技术规程 260

14.3.4效益分析 264

14.4坝地马铃薯种植模式 265

14.4.1技术目标 265

14.4.2技术原理 265

14.4.3技术方案 266

14.4.4技术规程 267

14.4.5效益分析 269

14.5坝地油菜栽培技术 270

14.5.1技术目标 270

14.5.2技术原理 270

14.5.3技术规程 271

14.5.4效益分析 273

第15章 沟壑整治工程的环境效应研究 274

15.1流域沟壑整治工程对水沙资源的调控机制 274

15.1.1流域径流和泥沙对降雨的响应研究 274

15.1.2流域径流和泥沙对不同的土地利用响应研究 278

15.1.3土地利用及降雨的减沙理水耦合效应 281

15.1.4流域尺度变化对流域径流的影响 288

15.1.5淤地坝对水沙资源的调控效应 290

15.1.6不同治理方式下的流域侵蚀强度变化 296

15.2沟壑开发整治工程环境效应评估 298

15.2.1评价指标的选择与指标体系构建 298

15.2.2淤地坝建设环境效应评估指标权重分析 304

15.2.3淤地坝建设环境效应指标筛选及权重分析 311

15.2.4淤地坝建设环境效应指标计算方法及评估标准 315

参考文献 317