《坡面地形演變與水沙過程研究》在總結(jié)坡面溝蝕演變過程及坡面產(chǎn)匯流、產(chǎn)輸沙的基礎(chǔ)上,采用實體模擬、數(shù)學模型、數(shù)據(jù)分析、科學總結(jié)與系統(tǒng)集成相結(jié)合的研究方法,圍繞坡面地形演變及其對水沙過程的影響展開研究,以坡面地形為切入點,將降雨一徑流一地形演變一產(chǎn)流產(chǎn)沙作為一個水動力耦合系統(tǒng),研究溝蝕形態(tài)特征量化方法,辨識坡面地形演變時空分異規(guī)律,探明地形變化與水沙產(chǎn)輸過程的關(guān)系,揭示降雨一產(chǎn)流產(chǎn)沙一坡面形態(tài)定量響應規(guī)律。研究旨在突破現(xiàn)有坡面水蝕預報模型中尚未解決的空間變異性問題,深化認識流域侵蝕產(chǎn)沙物理過程。
《坡面地形演變與水沙過程研究》可供從事土壤侵蝕、水土保持、流水地貌、生態(tài)、水文、自然地理、土壤物理等研究領(lǐng)域的科技工作者閱讀,也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。
坡面是流域地貌的基本組成單元,也是土壤侵蝕的主要策源地。坡面侵蝕以降雨徑流為主要驅(qū)動力,通過物質(zhì)和能量交換使坡地形態(tài)不斷變化,從而影響坡面水沙過程,導致土壤侵蝕量迅速增加。因此,坡面地形變化對流域地貌的發(fā)育和演化過程具有重要的潛在影響。
將水文學和地貌學相結(jié)合研究坡面流的形成和動力過程,已成為國內(nèi)外土壤侵蝕研究的熱點和趨勢。其中,Kirkby主編的《山坡水文學》具有里程碑意義。1993年在日本橫濱召開的第六屆國際氣象及大氣物理科學和第四屆國際水文科學聯(lián)合大會上,將水文學和地貌學相結(jié)合作為未來水文地貌學研究的主要方向。在我國,大批學者相繼開展了以黃土高原典型土壤侵蝕類型區(qū)流域地貌和侵蝕產(chǎn)沙過程相結(jié)合的研究,為黃土高原水土流失提供了很有意義的治理思路。近年來,隨著坡面微地形觀測技術(shù)的提高和坡面侵蝕發(fā)生機制研究的深入,從坡面地貌演變與水沙變化過程分析坡面侵蝕動力過程,成為坡面侵蝕研究的新趨勢之一。
為此,本書瞄準土壤侵蝕學科前沿,系統(tǒng)闡述了作者多年來在坡面土壤侵蝕過程量化與模擬方面的最新研究成果。全書共11章。第1章緒論,系統(tǒng)回顧了細溝侵蝕與坡溝系統(tǒng)土壤侵蝕的研究成果及存在的問題,闡述了坡面地彤演變與水沙過程研究的必要性和重要意義;第2章細溝侵蝕動態(tài)過程實體模擬,詳細介紹了坡面水蝕精細模擬降雨試驗設(shè)計,通過跟蹤模擬降雨條件下細溝動態(tài)變化的全過程,揭示細溝形態(tài)演變特征;第3章細溝形態(tài)特征量化及實現(xiàn)方法,從地貌學角度出發(fā),將坡面細溝時空演化過程看作一個微地貌,借鑒流域地貌、水系量化方法,研究坡面細溝形態(tài)特征量化參數(shù)及實現(xiàn)方法;第4章降雨驅(qū)動下細溝形態(tài)時空分異規(guī)律,基于細溝形態(tài)演變規(guī)律分析,對各形態(tài)參數(shù)的合理性和敏感性進行評價;第5章坡面水沙過程與細溝形態(tài)的互饋關(guān)系,重點研究細溝形成與發(fā)育過程對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙及流速分布的影響,探討細溝形態(tài)演變與坡面產(chǎn)匯流、產(chǎn)輸沙間的互反饋作用;第6章細溝形態(tài)非線性量化指標構(gòu)建,從灰色系統(tǒng)角度來研究坡面侵蝕系統(tǒng),通過數(shù)學方法構(gòu)建綜合性的細溝形態(tài)量化指標;第7章基于細溝形態(tài)變化的黃土坡面侵蝕預報模型,充分考慮細溝發(fā)育對坡面侵蝕的貢獻,將細溝形態(tài)綜合量化參數(shù)嵌入模型,對陡坡地土壤流失預報模型進行了修正;第8章坡溝系統(tǒng)侵蝕動態(tài)過程實體模擬,詳細介紹了坡溝系統(tǒng)侵蝕動態(tài)過程實體模擬系統(tǒng)以及試驗觀測、數(shù)據(jù)分析方法;第9章坡溝系統(tǒng)侵蝕空間分布及形態(tài)演變,分析了坡溝系統(tǒng)不同降雨時段侵蝕空間分布,對坡溝系統(tǒng)中坡面和溝坡部分的侵蝕貢獻率變化過程進行了量化分析;第10章坡溝系統(tǒng)侵蝕能量空間分布特征,分析探討了坡溝系統(tǒng)侵蝕能量參數(shù),重點研究了侵蝕能量參數(shù)的時空分布特點;第11章坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙輸移規(guī)律,分析了坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙及泥沙輸移規(guī)律,探討了坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙隨降雨的序時變化過程。
前言
第1章 緒論
1.1 細溝侵蝕研究的意義
1.2 坡溝系統(tǒng)研究的重要性
1.3 細溝形態(tài)與泥沙輸移研究現(xiàn)狀
1.4 坡溝系統(tǒng)物質(zhì)與能量輸移研究現(xiàn)狀
1.5 坡面侵蝕產(chǎn)沙與地形因子響應研究現(xiàn)狀
1.6 坡面土壤侵蝕研究存在的問題
第2章 細溝侵蝕動態(tài)過程實體模擬
2.1 試驗材料
2.2 試驗設(shè)計
2.3 小結(jié)
第3章 細溝形態(tài)特征量化及實現(xiàn)方法
3.1 基于DEM的坡面地貌三維空間數(shù)據(jù)創(chuàng)建
3.2 基于DEM提取細溝網(wǎng)絡(luò)的基本原理與方法
3.3 細溝網(wǎng)絡(luò)分形特征研究
3.4 坡面地貌信息熵研究
3.5 細溝網(wǎng)絡(luò)拓撲特征研究
3.6 量化參數(shù)綜合比較
3.7 小結(jié)
第4章 降雨驅(qū)動下細溝形態(tài)時空分異規(guī)律
4.1 降雨驅(qū)動下坡面侵蝕產(chǎn)沙過程
4.2 細溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育過程
4.3 降雨對細溝邊界的塑造過程
4.4 降雨對細溝形態(tài)演變過程的影響
4.5 小結(jié)
第5章 坡面水沙過程與細溝形態(tài)的互饋關(guān)系
5.1 細溝形態(tài)對坡面水沙過程的影響
5.2 不同細溝發(fā)育階段坡面流速變化特征分析
5.3 小結(jié)
第6章 細溝形態(tài)非線性量化指標構(gòu)建
6,1基于灰關(guān)聯(lián)的細溝形態(tài)參數(shù)優(yōu)劣性評價
6.2 細溝形態(tài)量化模式研究
6.3 量化模式的驗證
6.4 細溝形態(tài)的非線性變化
6.5 小結(jié)
第7章 基于細溝形態(tài)變化的黃土坡面侵蝕預報模型
7.1 降雨一產(chǎn)沙一細溝形態(tài)定量響應規(guī)律
7.2 陡坡地坡面土壤侵蝕預報模型
7.3 模型的修正及驗證
7.4 小結(jié)
第8章 坡溝系統(tǒng)侵蝕動態(tài)過程實體模擬
8.1 試驗模擬系統(tǒng)
8.2 試驗觀測方法
8.3 數(shù)據(jù)分析方法
8.4 小結(jié)
第9章 坡溝系統(tǒng)侵蝕空間分布及形態(tài)演變
9.1 坡溝系統(tǒng)侵蝕演變過程TIN數(shù)據(jù)比較
9.2 侵蝕發(fā)育時空分布特征
9.3 坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙貢獻率分析
9.4 坡溝系統(tǒng)侵蝕形態(tài)分形維數(shù)量化特征
9.5 小結(jié)
第10章 坡溝系統(tǒng)侵蝕能量空間分布特征
10.1 徑流流速與侵蝕產(chǎn)沙的耦合關(guān)系
10.2 徑流剝蝕率
10.3 水流功率
10.4 徑流剪切力
10.5 降雨侵蝕力
10.6 小結(jié)
第11章 坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙輸移規(guī)律
11.1 坡溝系統(tǒng)產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程
11.2 坡溝侵蝕產(chǎn)流、產(chǎn)沙的階段性特征
11.3 坡溝系統(tǒng)水沙輸移及傳遞規(guī)律
11.4 小結(jié)
參考文獻