《土壤侵蚀模型及工程应用》共分土壤侵蚀过程与泥沙输移、土壤侵蚀模型、土壤侵蚀模型的工程应用等三篇，计16章。《土壤侵蚀模型及工程应用》集多年研究成果，系统阐述了坡面径流水动力学特性及输沙能力、坡沟系统侵蚀产沙耦合关系、沟坡重力侵蚀诱发的动力机制、小流域泥沙输移比、气候～下垫面～水文过程耦合关系及产流效应等模型理论；介绍了自主研发的基于GIS分布式小流域侵蚀产沙动力学模型、基于GIS分布式中尺度流域侵蚀产沙经验模型、基于GIS分布式流域水文物理过程模型和土壤侵蚀模型支持系统；介绍了土壤侵蚀模型的工程应用案例。

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     《土壤侵蚀模型及工程应用》可供地貌、水土保持、自然地理、生态、水利工程、环境保护、泥沙等专业的科学研究人员、工程技术人员、流域管理工作者及大专院校师生参考。

　　自20世纪80年代特别是90年代以来，世界上许多发达国家的流域管理都逐步实现了数字化。目前，我国的流域管理在这方面也作了不少工作，就工作深度而言，也从简单的数据管理发展到通过数学模型进行系统模拟实现信息化管理。例如进入21世纪以来，我国先后提出了“数字黄河”、“数字长江”、“数字海河”等一系列数字流域建设工程规划，中国科学院南京地理与湖泊研究所等单位相继成立了流域模拟实验室等研究机构：从研究领域来说，也从经验预测模拟发展到基于地理信息系统的分布式水动力学数值模拟。
　　流域土壤侵蚀与产沙预测数学模型是实现流域科学管理的重要工具之一。从模拟方法上划分，可将土壤侵蚀模型分为集总式参数模型（Iumped parameter models）和分布式参数模型（dist ributed parameter models）。集总式参数模型（简称集总式模型）把整个流域当成一个整体，用一系列的参数反映全流域的各种下垫面条件和水流泥沙物理过程，各因素的输入参数取值通常为流域平均值，因而，其计算效率相对较高，可以满足流域侵蚀产沙总的变化趋势预测、江河水沙预估等流域管理层面上的宏观需求。但是，集总式模型并没有考虑流域内部各地理因素的空间变化。分布式参数模型（简称分布式模型）通常将流域分成一些小的地域单元，这些地域单元可以是格网也可以是子流域，通常假设这些地域单元内部是均一的，各地理要素具有相应的模型输入参数，地域单元之间有一定的拓扑关系，通过这种拓扑关系能够说明物质的传输方向。分布式模型在每个地域单元上运行，输出结果通过寻径的方法将水沙输至流域出口。分布式模型考虑了流域内部各地理因素的空间可变性，比集总式模型具有更高的空间分辨率，可以更方便地满足水土保持治理措施空间布置的规划、设计及效果评价等技术层面上的中观与微观需求。如果仅从计算域划分的意义上说，集总式模型与分布式模型也是相对而言的。对一个大流域，若以支流流域为计算域，建立每个支流流域出口断面的输出模型，则这些模型就是集总式的，但若将每一个支流流域作为一个计算子域，则多个模型耦合后所形成的大流域模型就又可视为分布式模型，但从严格意义上说，这类模型仅能称之为半分布式模型。
　　分布式模型是随着地理信息系统技术的发展而逐步发展起来的。
　　由加拿大人率先建立的地理信息系统（geographical information system，GIS）为数学模拟技术的快速发展提供了极为重要的支撑平台。由于地理信息系统具有强大的信息处理和表达功能，不仅能够存储、分析和表达现实世界中各种对象的属性信息，而且还能够处理其空间定位信息，将空间和属性信息有机地结合起来，从空间和属性两个方面对现实对象进行查询、检索和分析，并将结果以各种形式直观地、精确地表达出来。因而，目前GIS已在诸多领域中得到广泛应用，尤其在水土保持监测及土壤流失评价预测预报中有着更为独特的作用。
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　　（2）基础空间分析
　　包括DEM预处理、数据时空插值与基础水文运算三个子模块。其中，DEM预处理完成流域填洼、流域坡度分析计算功能：数据时空插值完成点位观测指标的空间插值与离散、固定时间尺度插值功能；基础水文分析实现基础水文运算功能，包括根据流域地形数据计算流域流向、进行汇流累积，提取流域河网、进行水流路径长度计算、分析流域土壤侵蚀单元侵蚀参数（如糙率）等。这三个子模块生成的计算结果存人数据库以供数学模型运算调用。
　　（3）年产沙经验模型
　　主要完成年产沙经验模型的因子计算及模型计算功能，以及计算成果的查询、可视化等。包括三个模块：模型因子计算，集成了气候因子、土壤因子、植物因子、工程因子、耕作因子、LS因子以及沟蚀系数计算等功能；经验模型计算，包括潜在侵蚀、土壤流失、年侵蚀强度以及年产沙总量等模型计算功能；成果查询可视化，包括模型各因子地图、计算成果地图、模型成果报表及成果曲线的生成、绘制及可视化功能。
　　数学模型计算。在各类基础计算完成后，根据基础计算结果进行数学模型运算并生成运算结果；同时实现计算结果查询功能，如沙峰误差、延时等参数查询，过程曲线查询等。
　　（4）机理模型
　　主要完成机理模型运算及成果可视化反演等功能。包括三个模块：机理模型计算，实现了机理模型的产流产沙计算功能：模型成果可视化，主要用来对某一计算结果进行制图表达与专题渲染或生成某一时刻运算结果的空间分布图：模型报表及曲线绘制等。包括：流域DEM、流域坡度、流域土地利用、流域河网、流域流向、流域流长、流域侵蚀单元等成果的专题地图生成；某一时刻降雨、径流深以及产沙情况的空间分布情况查询；以及模型报表查询、曲线生成与点位产流过程线的绘制等功能。成果动态反演，按照次降水的时间序列对其产流产沙过程进行动态反演，包括二维动态反演及三维动态反演两个方面。
　　（5）次暴雨洪水泥沙经验模型
　　主要实现了次暴雨洪水泥沙模型的计算及成果查询。包括次暴雨径流模拟计算、次暴雨洪水含沙量模拟计算、实时预报、含沙量实时预报、模型报表查询以及模拟曲线绘制六方面功能。
　　上述各个功能模块耦合紧密，实现了在单一框架下集成多个模型的应用需求，并且具有开放性，可根据模型研发进展，及时地添加、集成更多的土壤侵蚀模型与工程应用支持系统，以应用于生产实践。
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