《坡面地形演变与水沙过程研究》在总结坡面沟蚀演变过程及坡面产汇流、产输沙的基础上,采用实体模拟、数学模型、数据分析、科学总结与系统集成相结合的研究方法,围绕坡面地形演变及其对水沙过程的影响展开研究,以坡面地形为切入点,将降雨一径流一地形演变一产流产沙作为一个水动力耦合系统,研究沟蚀形态特征量化方法,辨识坡面地形演变时空分异规律,探明地形变化与水沙产输过程的关系,揭示降雨一产流产沙一坡面形态定量响应规律。研究旨在突破现有坡面水蚀预报模型中尚未解决的空间变异性问题,深化认识流域侵蚀产沙物理过程。
《坡面地形演变与水沙过程研究》可供从事土壤侵蚀、水土保持、流水地貌、生态、水文、自然地理、土壤物理等研究领域的科技工作者阅读,也可供高等院校相关专业师生参考。
坡面是流域地貌的基本组成单元,也是土壤侵蚀的主要策源地。坡面侵蚀以降雨径流为主要驱动力,通过物质和能量交换使坡地形态不断变化,从而影响坡面水沙过程,导致土壤侵蚀量迅速增加。因此,坡面地形变化对流域地貌的发育和演化过程具有重要的潜在影响。
将水文学和地貌学相结合研究坡面流的形成和动力过程,已成为国内外土壤侵蚀研究的热点和趋势。其中,Kirkby主编的《山坡水文学》具有里程碑意义。1993年在日本横滨召开的第六届国际气象及大气物理科学和第四届国际水文科学联合大会上,将水文学和地貌学相结合作为未来水文地貌学研究的主要方向。在我国,大批学者相继开展了以黄土高原典型土壤侵蚀类型区流域地貌和侵蚀产沙过程相结合的研究,为黄土高原水土流失提供了很有意义的治理思路。近年来,随着坡面微地形观测技术的提高和坡面侵蚀发生机制研究的深入,从坡面地貌演变与水沙变化过程分析坡面侵蚀动力过程,成为坡面侵蚀研究的新趋势之一。
为此,本书瞄准土壤侵蚀学科前沿,系统阐述了作者多年来在坡面土壤侵蚀过程量化与模拟方面的最新研究成果。全书共11章。第1章绪论,系统回顾了细沟侵蚀与坡沟系统土壤侵蚀的研究成果及存在的问题,阐述了坡面地彤演变与水沙过程研究的必要性和重要意义;第2章细沟侵蚀动态过程实体模拟,详细介绍了坡面水蚀精细模拟降雨试验设计,通过跟踪模拟降雨条件下细沟动态变化的全过程,揭示细沟形态演变特征;第3章细沟形态特征量化及实现方法,从地貌学角度出发,将坡面细沟时空演化过程看作一个微地貌,借鉴流域地貌、水系量化方法,研究坡面细沟形态特征量化参数及实现方法;第4章降雨驱动下细沟形态时空分异规律,基于细沟形态演变规律分析,对各形态参数的合理性和敏感性进行评价;第5章坡面水沙过程与细沟形态的互馈关系,重点研究细沟形成与发育过程对坡面产流产沙及流速分布的影响,探讨细沟形态演变与坡面产汇流、产输沙间的互反馈作用;第6章细沟形态非线性量化指标构建,从灰色系统角度来研究坡面侵蚀系统,通过数学方法构建综合性的细沟形态量化指标;第7章基于细沟形态变化的黄土坡面侵蚀预报模型,充分考虑细沟发育对坡面侵蚀的贡献,将细沟形态综合量化参数嵌入模型,对陡坡地土壤流失预报模型进行了修正;第8章坡沟系统侵蚀动态过程实体模拟,详细介绍了坡沟系统侵蚀动态过程实体模拟系统以及试验观测、数据分析方法;第9章坡沟系统侵蚀空间分布及形态演变,分析了坡沟系统不同降雨时段侵蚀空间分布,对坡沟系统中坡面和沟坡部分的侵蚀贡献率变化过程进行了量化分析;第10章坡沟系统侵蚀能量空间分布特征,分析探讨了坡沟系统侵蚀能量参数,重点研究了侵蚀能量参数的时空分布特点;第11章坡沟系统侵蚀产沙输移规律,分析了坡沟系统侵蚀产沙及泥沙输移规律,探讨了坡沟系统侵蚀产沙随降雨的序时变化过程。
前言
第1章 绪论
1.1 细沟侵蚀研究的意义
1.2 坡沟系统研究的重要性
1.3 细沟形态与泥沙输移研究现状
1.4 坡沟系统物质与能量输移研究现状
1.5 坡面侵蚀产沙与地形因子响应研究现状
1.6 坡面土壤侵蚀研究存在的问题
第2章 细沟侵蚀动态过程实体模拟
2.1 试验材料
2.2 试验设计
2.3 小结
第3章 细沟形态特征量化及实现方法
3.1 基于DEM的坡面地貌三维空间数据创建
3.2 基于DEM提取细沟网络的基本原理与方法
3.3 细沟网络分形特征研究
3.4 坡面地貌信息熵研究
3.5 细沟网络拓扑特征研究
3.6 量化参数综合比较
3.7 小结
第4章 降雨驱动下细沟形态时空分异规律
4.1 降雨驱动下坡面侵蚀产沙过程
4.2 细沟网络发育过程
4.3 降雨对细沟边界的塑造过程
4.4 降雨对细沟形态演变过程的影响
4.5 小结
第5章 坡面水沙过程与细沟形态的互馈关系
5.1 细沟形态对坡面水沙过程的影响
5.2 不同细沟发育阶段坡面流速变化特征分析
5.3 小结
第6章 细沟形态非线性量化指标构建
6,1基于灰关联的细沟形态参数优劣性评价
6.2 细沟形态量化模式研究
6.3 量化模式的验证
6.4 细沟形态的非线性变化
6.5 小结
第7章 基于细沟形态变化的黄土坡面侵蚀预报模型
7.1 降雨一产沙一细沟形态定量响应规律
7.2 陡坡地坡面土壤侵蚀预报模型
7.3 模型的修正及验证
7.4 小结
第8章 坡沟系统侵蚀动态过程实体模拟
8.1 试验模拟系统
8.2 试验观测方法
8.3 数据分析方法
8.4 小结
第9章 坡沟系统侵蚀空间分布及形态演变
9.1 坡沟系统侵蚀演变过程TIN数据比较
9.2 侵蚀发育时空分布特征
9.3 坡沟系统侵蚀产沙贡献率分析
9.4 坡沟系统侵蚀形态分形维数量化特征
9.5 小结
第10章 坡沟系统侵蚀能量空间分布特征
10.1 径流流速与侵蚀产沙的耦合关系
10.2 径流剥蚀率
10.3 水流功率
10.4 径流剪切力
10.5 降雨侵蚀力
10.6 小结
第11章 坡沟系统侵蚀产沙输移规律
11.1 坡沟系统产流、产沙过程
11.2 坡沟侵蚀产流、产沙的阶段性特征
11.3 坡沟系统水沙输移及传递规律
11.4 小结
参考文献