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序 1

前言 1

第1章 绪论 1

1.1 流域土壤侵蚀（水文生态）过程与机制 1

1.1.1 流域土壤侵蚀过程研究 2

1.1.2 森林植被防止坡面土壤侵蚀机理 7

1.1.3 土地利用／森林植被演变对流域侵蚀过程的影响 19

1.1.4 流域土壤侵蚀过程模拟 23

1.1.5 存在的问题及发展趋势 27

1.2 研究区概况 29

1.2.1 甘肃天水研究区概况 29

1.2.2 无定河流域概况 41

1.3 研究方法 50

1.3.1 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学过程 50

1.3.2 土地利用／土地覆被影响下的土壤侵蚀过程 56

第2章 森林植被—坡面土壤侵蚀过程动力学特性分析 69

2.1 植被冠层对降雨侵蚀动力学特性的影响 69

2.1.1 林冠降雨雨滴粒径与雨强的关系 69

2.1.2 林冠降雨雨滴粒径分布曲线 71

2.1.3 林冠降雨雨滴体积累积分布曲线及雨滴分布模型 73

2.1.4 林冠降雨雨滴动能和雨滴终速动能 74

2.2 降雨条件下森林植被对坡面流水动力特性的影响研究 76

2.2.1 坡面流流动型态的确定和判别 76

2.2.2 坡面流流速及其影响因素分析 78

2.2.3 森林植被对坡面流阻力的影响 82

2.3 森林植被对坡面产沙过程的影响 91

2.3.1 不同处理坡面小区泥沙颗粒起动规律 92

2.3.2 单颗粒泥沙起动模式及受力分析 95

2.3.3 坡面泥沙起动临界剪切力研究 99

第3章 森林植被影响条件下坡面土壤侵蚀动力学模型 103

3.1 森林植被影响下坡面产流模型 103

3.1.1 坡面流连续方程 103

3.1.2 降雨条件下坡面小区坡面流动量方程 105

3.2 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学模型 107

3.2.1 森林植被影响下土壤侵蚀动力学模型建立 107

3.2.2 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学模型求解 108

3.2.3 模型验证 111

3.3 森林植被对坡面流侵蚀影响模拟 112

第4章 流域土地利用／森林植被景观格局演变 114

4.1 流域土地利用／森林植被动态演变过程 114

4.1.1 土地利用／森林植被动态监测方法 114

4.1.2 土地利用／森林植被时空变化 114

4.1.3 土地利用／森林植被变化分析模型 116

4.1.4 土地利用／森林植被变化过程分析 121

4.2 流域土地利用／森林植被动态变化的驱动力分析 136

4.2.1 自然因素 136

4.2.2 人口因素 137

4.2.3 政策因素 137

4.2.4 经济发展 137

4.3 流域土地利用／森林植被的景观空间格局动态变化分析 138

4.3.1 景观单元特征指数的提取及生态意义 138

4.3.2 研究流域土地利用景观格局动态变化 140

第5章 流域降雨时空异质性研究 149

5.1 流域降雨的统计分析 149

5.1.1 流域降水量的年际、年内分布规律 149

5.1.2 流域侵蚀性场降雨雨型分析 152

5.2 流域降雨空间分布的不均匀性研究 154

5.2.1 降雨不均性指标确定 154

5.2.2 流域次降雨量空间分布不均匀性研究 155

5.2.3 流域次降雨雨强空间分布不均匀性研究 156

5.2.4 流域暴雨中心发生的随机性研究 157

5.3 流域降雨空间变化的特征分析 158

5.3.1 不同类型降雨的点面关系分析 158

5.3.2 降雨站点的空间相关性 161

第6章 流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移尺度效应 164

6.1 罗玉沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律 167

6.1.1 年径流、输沙规律 167

6.1.2 月径流、输沙规律 171

6.1.3 洪水径流、输沙规律 174

6.2 吕二沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律 176

6.2.1 年径流、输沙规律 176

6.2.2 月径流、输沙规律 179

6.2.3 洪水径流和输沙规律分析 182

6.3 桥子沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律 184

6.3.1 径流、输沙年变化 184

6.3.2 径流、输沙年内变化 188

6.3.3 土地利用／土地覆被变化对洪水径流的影响 191

6.4 土地利用／森林植被变化下流域水沙运移的尺度分异规律研究 195

6.4.1 流域土地利用／森林植被变化下的理水减沙尺度效应研究 195

6.4.2 流域森林植被变化对理水减沙的响应分析 202

第7章 流域土地利用／森林植被变化下洪水径流及输沙过程随尺度变化规律 204

7.1 流域洪水径流和输沙对降雨及其时空分布的尺度响应研究 204

7.1.1 暴雨综合类型的降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析 205

7.1.2 A型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析 208

7.1.3 B型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析 211

7.1.4 C型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析 214

7.2 流域洪水径流和输沙过程的尺度效应研究 216

7.2.1 流域洪水径流及其变率对输沙的影响 216

7.2.2 流域洪水侵蚀产沙过程随尺度变化规律研究 224

7.3 流域洪水含沙量的尺度分异及洪水稳定含沙量规律研究 232

7.3.1 流域洪水流量与含沙量的尺度分异规律研究 232

7.3.2 流域洪水衰退时的稳定含沙量分析 237

第8章 基于WEPP模型的多尺度流域径流和侵蚀产沙模拟 241

8.1 WEPP模型的结构与参数率定 241

8.1.1 WEPP模型的结构 241

8.1.2 GeoWEPP参数率定及数据输入 243

8.2 WEPP模型在研究区的适用性检验及输入参数校正 248

8.2.1 CLIGEN生成气候数据的精度分析 249

8.2.2 WEPP模型基于土壤侵蚀机理的坡面侵蚀方程解析验证 253

8.2.3 土壤、植被生长输入参数的校准和验证 255

8.3 GeoWEPP模型对流域径流和侵蚀产沙的模拟校准与检验 257

8.3.1 模型适用性的评价指标 258

8.3.2 模型参数校准和检验 258

8.4 基于GeoWEPP模型的典型流域单元划分及径流与产沙模拟 265

8.4.1 GeoWEPP模型对流域径流和输沙模拟的运行过程 265

8.4.2 GeoWEPP模型对典型流域单元的提取 269

8.4.3 GeoWEPP模型对典型流域单元径流和输沙的模拟 270

8.4.4 典型流域单元径流和泥沙来源分析 276

8.5 基于GeoWEEP模型的典型流域单元水文生态响应情景分析 279

8.5.1 不同降水水平年典型流域单元侵蚀产沙对比分析 280

8.5.2 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 281

8.5.3 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 284

第9章 土地利用／森林植被变化下的流域地形特征与侵蚀产沙耦合关系 285

9.1 典型流域单元地貌形态分形维数计算 285

9.1.1 分形理论概述 285

9.1.2 地形地貌分维的地学意义 287

9.1.3 流域地貌形态特征分形维数的GIS模型测定方法 289

9.1.4 典型流域单元地貌形态特征分形维数计算与分析 291

9.2 流域地貌信息维数与侵蚀产沙的耦合关系 294

9.2.1 典型流域单元径流深与输沙模数关系 294

9.2.2 典型流域单元地形分维与年输沙模数关系 295

9.2.3 典型流域单元地形分维与年径流输沙的耦合关系 297

9.3 流域泥沙输移的分形特征及尺度转换 302

9.3.1 流域泥沙输移比的时空分异 303

9.3.2 流域泥沙输移比的影响因子分析 305

9.3.3 流域泥沙输移比的分形特征 310

9.3.4 流域泥沙输移比的尺度转换研究 311

9.4 森林植被／土地利用变化下的流域径流和输沙尺度转换 314

9.4.1 典型流域单元森林植被／土地利用变化特征值提取 314

9.4.2 森林植被／土地利用变化下的流域径流和输沙尺度转换 319

第10章 基于SWAT模型的无定河流域LUCC的水文生态响应 323

10.1 无定河流域土地利用／森林植被格局演变及驱动力分析 323

10.1.1 土地利用类型图的生成 323

10.1.2 流域土地利用／森林植被动态变化 324

10.1.3 驱动力分析 328

10.2 SWAT模型及数据库的构建 329

10.2.1 SWAT模型基础数据库构建 330

10.2.2 SWAT模型敏感性分析及校准验证 341

10.2.3 模型参数的校准与验证 342

10.3 流域森林植被格局对径流、侵蚀产沙的影响 344

10.3.1 流域降水、径流和产沙的动态变化 344

10.3.2 流域森林植被格局演变影响下的侵蚀产沙模拟 349

10.3.3 流域不同森林植被格局下的侵蚀产沙预测 357

10.4 水土保持生态建设措施的减水减沙效益分析 362

10.4.1 无定河流域降雨径流、产沙模型 362

10.4.2 无定河流域产流、产沙计算和变化原因分析 365

10.4.3 无定河流域水土保持生态建设措施减水减沙效益分析 368

参考文献 374