第1章 绪论 1
1.1 水力侵蚀力学机理 1
1.1.1 降雨的力学特性 1
1.1.2 植被对降雨侵蚀力的影响 2
1.1.3 降雨再分配过程模型 5
1.2 坡面土壤侵蚀动力学过程及模拟 9
1.2.1 坡面径流侵蚀力学机理 9
1.2.2 坡面植被防蚀机理 14
1.2.3 坡面土壤侵蚀模型 16
1.3 沟道侵蚀力学机理 18
1.3.1 沟道侵蚀特征及类型 18
1.3.2 坡沟系统侵蚀产沙 19
1.3.3 沟道侵蚀模拟 20
1.4 河流输沙机理 21
1.4.1 悬移质泥沙运动 21
1.4.2 推移质泥沙运动 23
1.4.3 河床演变 24
1.4.4 河流泥沙数值模拟 26
1.5 流域土壤侵蚀过程及模拟 27
1.5.1 流域土壤侵蚀过程研究 27
1.5.2 流域土壤侵蚀过程模拟 29
第2章 降雨侵蚀动力学特性 31
2.1 降雨的力学特性 31
2.1.1 雨滴特性 31
2.1.2 降雨的侵蚀特性 32
2.1.3 降雨雨滴溅蚀 33
2.2 植被冠层对降雨侵蚀动力学特性的影响 37
2.2.1 试验设计 38
2.2.2 林冠降雨雨滴粒径与雨强的关系 41
2.2.3 林冠降雨雨滴粒径分布曲线 44
2.2.4 林冠降雨雨滴体积累积分布曲线及雨滴分布模型 45
2.2.5 林冠降雨雨滴动能和雨滴终速动能 47
2.3 侵蚀性降雨表征及空间变异特征 48
2.3.1 流域侵蚀性场次降雨雨型分析 48
2.3.2 流域侵蚀性降雨空间分布的不均匀性 52
第3章 坡面土壤侵蚀动力学机理 56
3.1 坡面流水力特性 56
3.1.1 坡面流及其形成 56
3.1.2 坡面流能量的表征 56
3.1.3 坡面流水力特性 58
3.2 坡面片流侵蚀 59
3.2.1 坡面流描述 59
3.2.2 坡面流侵蚀表达 62
3.3 坡面细沟流侵蚀 65
3.4 植被影响下的坡面流水动力特性 68
3.4.1 坡面流流速及其影响因素分析 68
3.4.2 森林植被对坡面流阻力的影响 72
3.4.3 森林植被对坡面侵蚀泥沙起动的影响 82
第4章 坡面水力侵蚀与产沙过程 87
4.1 坡面土壤侵蚀临界坡度 87
4.1.1 坡度影响土壤侵蚀机理 88
4.1.2 土壤侵蚀临界坡度基本理论分析 89
4.1.3 坡地土壤侵蚀临界坡度探讨 95
4.1.4 土壤侵蚀与坡度关系试验分析 97
4.2 坡面土壤侵蚀的坡长影响 99
4.2.1 坡长影响坡面侵蚀产沙理论分析 99
4.2.2 土壤侵蚀与坡长关系试验分析 100
4.3 坡面土壤侵蚀对植被结构变化响应 102
4.3.1 研究区概况及研究方法 103
4.3.2 坡面尺度植被对降雨径流和侵蚀产沙的影响 104
4.4 坡面产流产沙主导因子判析 107
4.4.1 降水与土壤侵蚀的关系 108
4.4.2 林草植被与土壤侵蚀的关系 110
4.4.3 影响坡面产流产沙的主导因子判析 114
4.5 坡面土壤侵蚀产沙模拟 115
4.5.1 坡面土壤侵蚀过程 115
4.5.2 坡面侵蚀与产沙数学模拟模型 118
4.5.3 水土保持措施下次暴雨产流计算方法 120
第5章 沟道侵蚀产沙过程 127
5.1 沟道侵蚀类型及过程 127
5.1.1 沟道侵蚀形式 127
5.1.2 沟道侵蚀的主要类型 130
5.1.3 沟道侵蚀过程 132
5.2 沟道侵蚀机制 134
5.2.1 沟道水流冲刷力 135
5.2.2 沟坡下滑力与抗滑力 136
5.2.3 沟坡稳定安全系数 138
5.2.4 沟道侵蚀产沙预测 138
5.3 沟道侵蚀模型 139
5.3.1 沟道汇流模型 139
5.3.2 沟道泥沙输移模型 142
5.3.3 沟道水沙变化的灰色系统模型预测 142
5.4 沟道侵蚀中的泥沙输移比及其测算模型 149
5.4.1 泥沙输移比的内涵 149
5.4.2 泥沙输移比的测算方法 151
5.4.3 泥沙输移比的影响因素 155
5.4.4 泥沙输移比的尺度依存性 158
5.4.5 泥沙输移比的分形特征及尺度转换途径 161
第6章 流域侵蚀产沙动力学过程 165
6.1 流域产汇流过程 165
6.1.1 产流机制 165
6.1.2 流域产流过程 171
6.1.3 流域汇流 172
6.2 流域径流侵蚀动力学过程 174
6.2.1 流域径流对降雨过程的响应 174
6.2.2 流域径流及其变率对输沙的影响 175
6.2.3 流域径流侵蚀产沙过程对侵蚀性降雨类型的响应 180
6.3 森林植被对流域土壤侵蚀影响机制 185
6.3.1 研究区概况及研究方法 186
6.3.2 流域地形地貌相似性分类的聚类分析 189
6.3.3 无林流域和森林流域的雨季径流对比分析 190
6.3.4 多林流域和少林流域对雨季径流和暴雨时输沙的影响 192
6.4 流域侵蚀产沙过程对土地利用变化响应 194
6.4.1 研究区概况及研究方法 195
6.4.2 罗玉沟流域土地利用变化 196
6.4.3 流域土地利用／覆被变化的径流调节效应 199
6.4.4 流域土地利用变化对侵蚀产沙过程的影响 206
6.5 流域水土保持措施效益分析 211
6.5.1 降雨－径流与降雨－产沙关系的建立 213
6.5.2 流域水土保持措施效益分析 215
第7章 河道泥沙输移过程 218
7.1 河道泥沙运移基本方程 218
7.2 河道与水库冲淤水动力学模型 220
7.2.1 输沙公式与参数的确定 220
7.2.2 全程统一计算的模式 226
7.3 禹门口至黄河口河道泥沙冲淤计算 230
7.3.1 泥沙冲淤验证计算 231
7.3.2 龙羊峡水库对三门峡水库和黄河下游河道的冲淤计算 238
7.4 工程治理和新水沙条件下黄河口清水沟流路行水年限模拟 241
7.4.1 黄河口流路演变历史 242
7.4.2 清水沟流路演变规律 244
7.4.3 黄河口未来的水沙变化 253
7.4.4 河口治理工程作用分析 259
7.4.5 清水沟流路使用年限模拟预测 260
第8章 流域分布式侵蚀产沙模型研究 277
8.1 次暴雨产沙数学模型 277
8.1.1 径流深公式 278
8.1.2 小流域产沙公式 279
8.1.3 次暴雨泥沙输移比 283
8.1.4 河道冲淤计算 285
8.1.5 流域产沙的数学模型 286
8.2 流域降雨水沙过程的分布式模型构建 290
8.2.1 分布式模型结构 290
8.2.2 小流域网格的划分 290
8.2.3 小流域“沟坡分离” 291
8.2.4 水流汇集网络的生成 292
8.2.5 降雨径流子模型 292
8.2.6 侵蚀产沙子模型 298
8.2.7 基于淤地坝嵌入的侵蚀产沙子模型 300
8.3 模型的率定和验证 302
8.3.1 模型的率定 303
8.3.2 模型的验证 305
8.4 基于分布式模型的水土保持措施减水减沙效益评价 308
8.4.1 减水减沙方案设计 308
8.4.2 减水减沙效益评价 308
8.4.3 减水效益分析 309
8.4.4 减沙效益分析 311
8.4.5 流域配置措施优化 312
8.5 典型坝系流域侵蚀产沙模拟 314
8.5.1 流域“沟坡分离” 319
8.5.2 输入条件确定 320
8.5.3 模型参数确定 321
8.5.4 产流产沙模拟 321
第9章 基于SWAT模型的流域侵蚀产沙过程模拟 326
9.1 嵌套流域降雨、地形地貌和土地利用特征分析 327
9.1.1 嵌套流域概况 327
9.1.2 研究区降雨特征分析 328
9.1.3 研究区地形地貌特征分析 331
9.1.4 研究区土地利用特征分析 335
9.2 SWAT模型简介、空间数据库构建 336
9.2.1 SWAT模型的结构 336
9.2.2 研究流域原始空间数据库的建立 343
9.2.3 研究流域空间属性数据库的建立 346
9.3 SWAT模型参数检验、率定及模拟结果评价 355
9.3.1 模型参数敏感度分析 355
9.3.2 模型参数的率定 360
9.3.3 模拟结果评价 362
9.4 基于SWAT模型的嵌套流域水文过程模拟 365
9.4.1 南北腰小流域径流输沙过程模拟 366
9.4.2 蔡家川流域径流输沙过程模拟 372
9.4.3 北坡小流域径流输沙过程模拟 376
9.4.4 柳沟小流域径流输沙过程模拟 380
9.4.5 刘家凹小流域径流输沙过程模拟 384
9.4.6 冯家圪垛小流域径流输沙过程模拟 388
9.4.7 井沟小流域径流输沙过程模拟 393
9.5 基于SWAT模型模拟的嵌套小流域径流输沙过程对比分析 397
9.5.1 年输出结果对比分析 397
9.5.2 月输出结果对比分析 399
9.5.3 嵌套流域水沙运移时空协同变化分析 401
9.6 嵌套流域水沙运移对气候及土地利用变化响应分析 402
9.6.1 嵌套流域不同降水水平年水沙运移过程分析 402
9.6.2 嵌套流域土地利用变化水文响应预测分析 404
第10章 基于GeoWEPP模型的不同土地利用情景径流输沙预测 406
10.1 WEPP模型的结构与参数率定 406
10.1.1 WEPP模型的结构 406
10.1.2 GeoWEPP参数率定及数据输入 408
10.2 WEPP模型在研究区的适用性检验及输入参数校正 413
10.2.1 CLIGEN生成气候数据的精度分析 414
10.2.2 WEPP模型基于土壤侵蚀机理的坡面侵蚀方程解析验证 419
10.2.3 土壤、植被生长输入参数的校准和验证 422
10.3 GeoWEPP模型对流域径流和侵蚀产沙的模拟校准与检验 424
10.3.1 模型适用性的评价指标 425
10.3.2 模型参数校准和检验 425
10.4 基于GeoWEPP模型的典型流域单元划分及径流与产沙模拟 432
10.4.1 GeoWEPP模型对流域径流和输沙模拟的运行过程 432
10.4.2 GeoWEP模型对典型流域单元的提取 437
10.4.3 GeoWEPP模型对典型流域单元径流和输沙的模拟 437
10.4.4 典型流域单元径流和泥沙来源分析 443
10.5 基于GeoWEPP模型的典型流域单元水文生态响应情景分析 446
10.5.1 不同降水水平年典型流域单元侵蚀产沙对比分析 447
10.5.2 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 448
10.5.3 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 452
参考文献 453