第1章 绪论 1
1.1研究目的和意义 1
1.2国内外研究进展 2
1.2.1小流域坝系研究进展 2
1.2.2淤地坝溃坝与风险评价研究进展 12
1.2.3存在的问题与研究展望 13
第2章 研究区概况及基本资料 15
2.1黄土高原监测坝系概况 15
2.1.1小流域自然地理、社会经济概况 15
2.1.2小流域水土流失及其综合治理现状 17
2.2重点研究小流域 19
2.3重点典型研究小流域——王茂沟小流域 21
2.3.1自然地理概况 21
2.3.2社会经济概况 23
2.4数据来源 24
第3章 黄土高原小流域坝系形成与发展演变 25
3.1黄土高原坝系建设历史沿革 25
3.2 1949年后淤地坝的建设与发展 28
3.3新时期淤地坝建设特点 32
3.4黄土高原地区淤地坝建设成就 36
3.4.1黄土高原地区淤地坝建设现状 36
3.4.2黄土高原地区坝系建设现状 37
3.5典型小流域坝系演变及历程 38
3.5.1韭园沟小流域 38
3.5.2王茂沟小流域 40
3.5.3西黑岱小流域 42
3.6黄土高原地区小流域坝系安全稳定的制约因素 42
第4章 淤地坝淤积信息提取与减蚀作用机理研究 47
4.1淤地坝剖面泥沙沉积旋回的划分及土样采集 47
4.1.1典型淤地坝的选取 47
4.1.2泥沙沉积旋回层划分及土样采集 48
4.2典型淤地坝坝地泥沙淤积信息的动态变化 50
4.2.1淤积泥沙干容重变化特征 50
4.2.2关地沟4＃淤地坝坝地次降雨沉积旋回淤积量计算 51
4.2.3坝地剖面泥沙沉积旋回层137Cs含量分布特征 51
4.2.4坝地剖面泥沙沉积旋回层的210Pb含量分布特征 52
4.2.5坝地剖面泥沙沉积旋回层的210Pbex含量分布特征 53
4.3淤地坝泥沙沉积旋回与侵蚀性降雨的响应关系 54
4.3.1侵蚀性降雨特性与降雨资料的分析 54
4.3.2淤地坝泥沙沉积旋回与侵蚀性降雨的对应原则 56
4.3.3淤地坝垂直剖面中137Cs含量与沉积计年的关系 57
4.3.4淤地坝坝地泥沙沉积旋回与次降雨事件的对应 57
4.4淤地坝对沟道侵蚀的减蚀作用分析 59
4.4.1流域不同土地利用类型坡面侵蚀产沙规律分析 59
4.4.2流域土地利用变化分析 62
4.4.3典型降雨事件下流域主要泥沙来源地的产沙变化 63
4.4.4降雨侵蚀产沙与坝地淤积泥沙对比分析 64
4.5淤地坝淤积过程对沟坡稳定性影响的研究 66
4.5.1数字高程模型与滑坡、崩塌调查 66
4.5.2SINMAP模型原理 67
4.5.3模型的集成方法 69
4.5.4模型参数化及参数测定 69
4.5.5坝地淤积高度对斜坡稳定性指数的影响分析 70
4.5.6坡度对斜坡稳定性的影响 71
4.6淤地坝对流域径流过程的影响研究 71
4.6.1淤地坝对径流系数和输沙模数的影响 71
4.6.2淤地坝建设对流域洪水滞时的影响 72
4.6.3淤地坝对流域径流过程的影响机理分析 73
第5章 基于137Cs和210Pbex示踪的流域侵蚀产沙演变 76
5.1野外调查取样及土样测试与分析 76
5.1.1不同土地利用方式土壤核素含量的分异特征 76
5.1.2不同地貌部位土壤核素含量的分异特征 77
5.2关地沟4＃淤地坝坝控流域土壤侵蚀产沙分布特征 78
5.2.1研究区背景值的确定 78
5.2.2不同土地利用方式土壤侵蚀特征 78
5.2.3小流域不同地貌部位土壤侵蚀特征 79
5.3小流域侵蚀产沙来源示踪 80
5.3.1小流域泥沙来源研究方法 81
5.3.2小流域泥沙来源分析 82
5.4基于复合指纹识别法的流域泥沙来源反演 84
5.4.1沉积旋回时间序列建立 84
5.4.2流域侵蚀历史演变过程 85
5.4.3淤地坝坝控流域泥沙来源反演结果 86
5.5不同淤积阶段坝控流域侵蚀产沙强度变化 87
5.5.1关地沟小流域侵蚀沉积速率变化趋势 87
5.5.2关地沟4＃淤地坝坝控流域侵蚀产沙变化趋势 88
第6章 典型小流域坝系级联物理模式解析 90
6.1典型小流域坝系对比的可行性分析 90
6.1.1典型小流域气候水文条件对比 90
6.1.2典型小流域坝系沟道地貌特征对比 90
6.2小流域坝系级联物理模式类型 93
6.3榆林沟小流域坝系级联物理模式解析 95
6.3.1榆林沟小流域坝系单元总体结构 96
6.3.2榆林沟小流域坝系单元级联控制关系解析 101
6.4小河沟小流域坝系级联物理模式解析 103
6.4.1小河沟小流域坝系单元总体结构 104
6.4.2小河沟小流域坝系单元蓄洪拦沙级联控制关系解析 106
6.5韭园沟小流域坝系级联物理模式解析 109
6.5.1韭园沟小流域坝系单元总体结构 109
6.5.2韭园沟小流域坝系单元蓄洪拦沙级联控制关系解析 115
第7章 典型小流域坝系级联配置模式与级联调控作用评价 120
7.1典型小流域坝系不同级别沟道分布情况 120
7.1.1榆林沟小流域 120
7.1.2小河沟小流域 121
7.1.3韭园沟小流域 122
7.2典型小流域沟道工程空间分布特征与拦沙关系 123
7.2.1典型小流域不同级别沟道淤地坝库容分布 123
7.2.2典型小流域坝系工程特征分布情况分析 125
7.2.3典型小流域坝系单元拦沙关系分析 127
7.3榆林沟小流域坝系空间布局与蓄洪拦沙的级联调控关系 129
7.3.1小流域坝系沟道分布的级联调控作用评价 129
7.3.2榆林沟小流域不同级别沟道坝地淤积及利用情况 130
7.3.3榆林沟小流域坝系框架布局的级联调控作用 131
7.3.4榆林沟小流域坝系现状防洪能力分析 133
7.3.5榆林沟小流域坝系对洪水的级联拦蓄作用评价 135
7.3.6小流域坝系运行中存在的问题分析 138
7.4韭园沟小流域次暴雨坝系级联作用分析 139
7.4.1韭园沟小流域坝系现状防洪能力分析 139
7.4.2韭园沟小流域“7·15”暴雨淤地坝水毁和泥沙拦蓄调查 141
第8章 淤地坝对流域泥沙输移-沉积特征的影响 145
8.1材料和方法 145
8.1.1土壤样品的采集 145
8.1.2土壤分形理论 145
8.2坝地泥沙淤积对沟道地形的影响 146
8.3坝地淤积泥沙的粒径分析 147
8.3.1坝地土壤粒径的统计特征 147
8.3.2坝地淤积泥沙质地分类 148
8.3.3坝地土壤颗粒的粗化度 148
8.4坝地土壤颗粒分形特征 151
8.4.1坝地土壤颗粒体积分形维数的分布特征 151
8.4.2坝地土壤颗粒分形维数与土壤颗粒组成的关系 152
8.5典型暴雨下淤地坝淤积泥沙特征 153
8.5.1绥德“7·15”暴雨洪水调查 153
8.5.2次暴雨洪水坝地淤积特征 153
8.6土壤颗粒体积分形维数与土壤性质的关系 155
8.7不同类型单座淤地坝坝地泥沙淤积特征 156
8.7.1有放水建筑物的淤地坝坝地泥沙淤积特征 156
8.7.2有溢洪道的淤地坝坝地泥沙淤积特征 157
8.7.3“闷葫芦”坝坝地泥沙淤积特征 157
8.8坝系单元坝地泥沙淤积特征 158
8.8.1不同坝系单元级联模式下的坝地泥沙淤积特征 158
8.8.2不同沟道级别下的坝地泥沙淤积特征 158
8.8.3不同坝系单元下的坝地泥沙淤积特征 159
8.9王茂沟坝系坝地泥沙淤积特征 161
第9章 小流域淤地坝系级联效应模拟与分析 162
9.1坝系运算关系解析 162
9.2坝系防洪标准研究 163
9.2.1子坝系和单元坝系的概念 163
9.2.2单元控制论的应用 165
9.3坝系拦蓄洪水的级联作用 167
9.3.1小流域坝系防洪体系 168
9.3.2淤地坝防洪标准 168
9.3.3单坝防洪标准与坝系防洪标准的关系 169
9.3.4王茂沟小流域不同坝系结构配置的蓄洪效应 169
9.4坝系防洪安全控制方法 177
9.5王茂沟小流域不同坝系结构组合拦沙级联效应 179
9.6小流域坝系不同结构配置的相对稳定分析 184
9.6.1单坝相对稳定与坝系稳定的关系 184
9.6.2坝系相对稳定与骨干坝的关系 185
第10章 淤地坝（系）安全稳定影响因素分析 191
10.1淤地坝安全影响因素分析 191
10.1.1淤地坝排水排沙能力分析 191
10.1.2淤地坝拦水拦沙能力分析 192
10.1.3坝控流域的来水来沙状况分析 192
10.2淤地坝及坝系相对稳定系数 196
10.2.1坝系相对稳定的内涵 196
10.2.2流域淤地坝与坝系相对稳定系数的空间变化特征 197
10.3小流域坝系不同地貌单元的水动力结构功能变化 201
10.3.1暴雨洪水集中是侵蚀产沙的主要动力 202
10.3.2高强度暴雨下的超渗产流对大洪峰形成具有重要影响 203
10.3.3产沙强烈、粗泥沙集中是暴雨洪水产沙的显著特点 205
10.4不同地貌单元淤地坝建设耦合性分析 206
10.4.1黄土区 206
10.4.2砒砂岩区 214
10.4.3盖沙区 220
10.5不同地貌单元水土资源优化调控模式探讨 221
10.5.1黄土区 221
10.5.2砒砂岩区 222
10.5.3盖沙区 223
第11章 坝系安全稳定布局与坝级配置及其综合效益研究 225
11.1小流域坝系布坝密度研究 225
11.1.1布坝密度影响因素分析 225
11.1.2黄土高原不同分区小流域坝系布坝密度 226
11.2坝系空间布局的配置比例分析 230
11.3骨干坝最优控制面积分析 231
11.4淤地坝相对稳定系数分析 232
11.5淤地坝系建坝时序研究 233
11.5.1流域坝系的建坝顺序 233
11.5.2小流域坝系的建坝时序分析 237
11.6小流域坝系综合效益的研究 239
11.6.1坝系拦沙蓄水效益分析 240
11.6.2坝地利用及增产效益分析 243
11.6.3生态效益 247
11.6.4社会效益 247
第12章 黄土高原淤地坝水损特征及原因分析 249
12.1黄土高原小流域坝系示范工程安全运行监测 249
12.2典型小流域淤地坝受损调查 253
12.3区域淤地坝安全现状 257
12.4淤地坝溃坝形式及原因分析 259
12.4.1典型坝系溃坝历史事件 259
12.4.2典型坝系垮坝形式 263
12.4.3典型坝系溃坝原因解析 264
第13章 淤地坝溃坝机理模拟与分析 272
13.1竖井式泄水建筑物空蚀空化引起坝体受损机理实验研究 272
13.1.1实验概述 272
13.1.2水流流态 273
13.1.3泄水建筑物放水塔壁面压强分布规律 277
13.1.4泄水建筑物放水洞沿程水深和流速分布规律 281
13.1.5放水隧洞沿程水流空化数分析 284
13.2不同土地利用方式下土壤入渗率实验研究 285
13.2.1实验设计 285
13.2.2实验结果与分析 286
13.3淤地坝坝系暴雨洪水计算 288
13.3.1暴雨洪水计算方法 288
13.3.2王茂沟小流域“7·15”特大暴雨洪水验证分析 289
13.3.3变化条件下流域设计暴雨洪水与侵蚀产沙分析 311
13.3.4变化条件下王茂沟小流域淤地坝溃坝模拟研究 319
13.4淤地坝坝体渗流与安全稳定性分析 334
13.4.1淤地坝坝体特征描述 334
13.4.2计算原理与方法 334
13.4.3参数选取及测定 335
13.4.4边坡稳定性计算模型的建立 335
13.4.5数值模拟计算 336
13.5淤地坝溃坝模拟 341
13.6淤地坝溃决计算 345
第14章 淤地坝防洪风险评价指标体系与评价 347
14.1淤地坝防洪风险评价指标体系构成及确定 347
14.1.1评价指标体系的确定 347
14.1.2评价指标计算及标准化 347
14.1.3淤地坝防洪风险评价指标权重 350
14.2王茂沟小流域淤地坝坝系防洪风险评价 351
14.2.1风险分值计算和风险等级标准划分 351
14.2.2淤地坝防洪风险评价指标确定 352
14.2.3坝系布局合理性评价与坝系防洪风险评价结果 355
第15章 变化情势下流域水沙变化与建坝适宜规模 360
15.1典型流域土地利用变化分析 360
15.1.1大理河流域 360
15.1.2秃尾河流域 363
15.1.3孤山川流域 368
15.2典型流域土地利用景观格局与分形维数变化分析 371
15.2.1大理河流域 371
15.2.2秃尾河流域 377
15.2.3孤山川流域 381
15.3流域水沙变化趋势分析 383
15.3.1大理河流域 383
15.3.2秃尾河流域和孤山川流域 385
15.4淤地坝建设对流域水沙变化的调控作用 387
15.4.1岔巴沟流域淤地坝对流域水沙调控作用分析 387
15.4.2淤地坝对流域水沙调控作用对比分析 388
15.4.3不同水土保持治理阶段王茂沟小流域淤地坝水沙调控作用分析 389
15.5变化情势下黄土高原淤地坝坝系适宜建设规模分析 390
15.5.1新时期淤地坝建设指导思想 390
15.5.2黄土高原淤地坝建设规模 391
15.5.3典型区域淤地坝建设规模——以延安市为例 395
第16章 结论 402
参考文献 406