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第1章 绪论1

1.1流域水文生态过程研究1

1.1.1流域降水与径流1

1.1.2生态水文过程研究2

1.1.3流域泥沙来源研究4

1.1.4水文模型研究进展5

1.2坡沟系统侵蚀产沙研究6

1.2.1坡沟系统侵蚀理论基础6

1.2.2坡面侵蚀对沟道侵蚀的作用7

1.3淤地坝对水沙资源的调控及坝系稳定研究8

1.3.1淤地坝对水沙资源的调控研究8

1.3.2基于土地利用变化的淤地坝坝系规划研究8

1.3.3建坝顺序及建坝间隔9

1.3.4坝系稳定性研究9

1.3.5 GIS及其模型在淤地坝设计中的现状及展望10

1.4沟道工程对径流泥沙的影响研究10

1.4.1沟道工程对径流的影响11

1.4.2沟道工程对泥沙的影响12

第2章 流域次暴雨水沙响应模型13

2.1径流侵蚀功率的理论基础14

2.2流域次暴雨水沙响应模型的建立14

2.2.1岔巴沟流域概况15

2.2.2次暴雨水沙响应关系的建立及验证15

2.2.3基于径流侵蚀功率的流域次暴雨水沙响应模型18

2.3径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用19

2.3.1概述19

2.3.2研究区域概况19

2.3.3坡面次暴雨水沙响应关系的建立19

2.4不同空间尺度次暴雨径流侵蚀功率与降雨侵蚀力对比研究21

2.4.1概述21

2.4.2研究结果与分析22

2.5流域次暴雨水沙响应关系的验证24

2.5.1蛇家沟及团山沟流域24

2.5.2南小河沟流域25

2.5.3纸坊沟流域27

2.5.4窟野河流域28

2.5.5三川河流域29

2.5.6典型对比流域31

2.5.7大理河流域34

2.6不同尺度流域次暴雨水沙响应关系分析35

第3章 流域地貌形态特征量化及其与侵蚀产沙耦合37

3.1地貌形态特征三维分形信息维数测定方法37

3.1.1三维分形GIS实体的创建38

3.1.2三维分形GIS实体的虚拟量化40

3.1.3三维分形GIS扫描41

3.1.4线性回归44

3.1.5标度归一44

3.2典型流域地貌分形量化47

3.2.1岔巴沟流域简介47

3.2.2水文泥沙控制站与水沙特性数据的收集48

3.2.3岔巴沟流域地貌分形特征53

3.3岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙地貌临界计算55

第4章 流域降雨水沙过程及分布式模型研究63

4.1降雨径流、侵蚀产沙的物理过程和力学机理63

4.1.1有效降雨过程63

4.1.2植物截留过程64

4.1.3土壤入渗过程64

4.1.4地表径流过程65

4.1.5土壤侵蚀过程66

4.1.6径流输沙过程66

4.1.7流域产沙过程66

4.2场暴雨小流域降雨径流和侵蚀产沙分布式模型建立67

4.2.1流域网格的划分67

4.2.2模型建立67

4.2.3模型的验证68

4.3基于分布式模型的水土保持措施减水减沙效益评价70

4.3.1减水减沙方案设计70

4.3.2减水减沙效益评价71

4.3.3流域配置措施优化75

4.4淤地坝子模型76

4.4.1“一大件”结构76

4.4.2“两大件”结构77

4.4.3“三大件”结构78

第5章 小流域侵蚀产沙特征示踪研究80

5.1流域泥沙来源示踪研究技术原理80

5.1.1典型淤地坝的选取80

5.1.2坡地及淤积层土样选取及其干容重测定82

5.1.3淤地坝淤积信息观测与分析82

5.1.4典型坝淤积信息与侵蚀性降雨响应关系83

5.1.5淤积信息的剖面分布规律85

5.2流域侵蚀产沙特征示踪分析86

5.2.1研究区背景值的确定86

5.2.2流域不同地貌部位侵蚀产沙来源示踪分析87

5.2.3流域不同土地利用类型侵蚀产沙来源示踪分析92

5.3小流域侵蚀产沙来源示踪93

5.3.1流域侵蚀产沙来源93

5.3.2典型降雨事件下流域主要侵蚀产沙来源变化94

5.3.3降雨侵蚀产沙与淤积泥沙对比分析96

5.4流域侵蚀产沙特征演变97

5.4.1基于流域定位实测资料的流域侵蚀产沙演变97

5.4.2基于黄土高原土壤流失方程的流域侵蚀产沙模数计算98

5.4.3基于淤地坝淤积信息的淤地坝坝控流域侵蚀产沙演变103

5.4.4流域土壤侵蚀模数确定方法比较104

第6章 流域坡沟系统重力侵蚀模拟与调控106

6.1重力侵蚀数值分析原理107

6.1.1滑坡稳定分析中的极限平衡方法107

6.1.2有限差分强度系数折减法基本原理107

6.1.3崩塌滑坡的蒙特卡洛概率计算108

6.1.4 FLAC3D数值模拟原理109

6.1.5坡沟系统作用力109

6.1.6 Rosenblueth矩估计方法的基本原理111

6.2坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究114

6.2.1研究区概况114

6.2.2坡沟系统概化模型及有限差分计算模型114

6.2.3土体物理力学指标115

6.2.4数值计算过程116

6.2.5坡沟系统稳定性变化特征116

6.2.6坡沟系统位移场分布模拟117

6.2.7坡沟系统应力场分布模拟119

6.2.8坡沟系统塑性区分布模拟120

6.3小流域重力侵蚀数值模拟研究121

6.3.1复杂地形的FLAC3D建模方法121

6.3.2小流域概化模型及有限差分计算模型122

6.3.3小流域重力侵蚀发育情况123

6.3.4小流域位移场分布模拟123

6.3.5小流域应力场分布模拟126

6.3.6小流域塑性区分布模拟126

6.3.7 Rosenblueth矩估计方法计算127

6.4淤地坝对小流域重力侵蚀的调控作用128

6.4.1淤地坝小流域有限差分计算模型128

6.4.2淤地坝对位移场分布调控作用128

6.4.3淤地坝对应力场分布调控作用130

6.4.4淤地坝对塑性区分布调控作用131

第7章 流域坝系工程优化模拟133

7.1坝系规划方法研究进展133

7.2韭园沟坝系建设情况134

7.3坝系优化非线性规划研究135

7.3.1建模方法135

7.3.2坝系优化非线性规划模型140

7.3.3建坝顺序优化模型141

7.3.4非线性优化规划结果142

7.3.5建坝顺序优化计算及结果148

7.4坝系防洪标准研究149

7.4.1关于坝系防洪标准问题149

7.4.2相对稳定坝系防洪标准研究方法150

7.4.3模型设计151

第8章 淤地坝规划与规模布局新技术154

8.1淤地坝规划建设中的技术问题154

8.1.1淤地坝坝系的相对稳定154

8.1.2淤地坝洪水设计标准和不达标淤地坝的处理标准156

8.1.3淤地坝淤满再用还是随淤随用157

8.2新时期淤地坝建设指导思想158

8.3淤地坝规模布局技术研究159

8.3.1建坝规模潜力分析159

8.3.2减沙需求的建坝规模分析161

8.3.3延安市拟建淤地坝规模确定163

第9章 淤地坝快速施工技术164

9.1水坠坝坝体排水系统技术优点165

9.1.1适用性165

9.1.2可行性165

9.1.3功效性165

9.2水坠坝坝体排水系统技术内容165

9.2.1技术系统实施背景165

9.2.2技术方案167

9.2.3技术实施167

9.3水坠坝坝体排水系统技术应用效果168

9.3.1表面观察169

9.3.2施工速度169

9.3.3经济性比较170

9.3.4推广前景170

9.4淤地坝坝体排水中的新材料应用170

第10章 淤地坝放水建筑物结构优化技术171

10.1淤地坝放水建筑物型式171

10.1.1卧管式放水工程171

10.1.2竖井式放水工程171

10.2放水工程具体实用新型设计172

10.3新型放水工程水力试验174

10.3.1宋家沟淤地坝实体概况174

10.3.2放水工程的水力设计要求176

10.3.3模型及试验方案设计176

10.3.4流量系数方法178

10.3.5水力试验结果与分析180

第11章 淤地坝结构设计与施工管理技术184

11.1淤地坝卧管结构设计184

11.1.1淤地坝卧管结构设计184

11.1.2卧管横断面尺寸设计185

11.1.3消力池横断面尺寸设计185

11.1.4方形卧管与消力池盖板厚度设计185

11.1.5方形卧管侧墙厚度设计186

11.2淤地坝涵洞结构设计186

11.2.1方形涵洞盖板厚度设计186

11.2.2圆形涵洞壁厚设计187

11.2.3圆形涵洞配筋设计187

11.3淤地坝卧管设计具体实例187

11.3.1卧管放水孔直径确定187

11.3.2卧管断面尺寸设计188

11.3.3消力池断面尺寸191

11.3.4方形卧管与消力池盖板厚度191

11.3.5方形卧管侧墙、基础尺寸195

11.3.6消力池侧墙、基础尺寸197

11.4淤地坝涵洞结构设计具体实例198

11.4.1涵洞断面尺寸198

11.4.2方形涵洞盖板厚度201

11.4.3方涵侧墙、基础尺寸204

11.4.4圆涵壁厚及配筋205

11.5淤地坝施工的破土面及坝体绿化技术209

11.6生态淤地坝的“随淤随用”209

第12章 黄土丘陵沟壑区水土资源开发利用模式211

12.1常规农林业利用模式——安家沟流域212

12.1.1常规农林业利用模式评价指标体系建立及解析212

12.1.2典型区概况214

12.1.3评价指标权重的确定214

12.1.4评价结果及分析217

12.2科技示范综合利用模式——定西西川旱地高效农业科技园218

12.2.1科技示范利用模式评价指标体系建立及解析218

12.2.2典型地区概况221

12.2.3评价指标权重的确定222

12.2.4评价结果及分析224

12.3特色农业模式——定西马铃薯特色农业225

12.3.1特色农业利用模式评价指标体系的建立及解析225

12.3.2典型地区概况227

12.3.3评价指标权重的确定228

12.3.4评价结果及分析229

12.4生态旅游利用模式——平凉市田家沟流域231

12.4.1生态旅游利用模式评价指标体系的建立及解析231

12.4.2典型区概况233

12.4.3评价指标权重的确定233

12.4.4评价结果及分析235

第13章 黄土丘陵沟壑区坝系多目标开发统筹规划模式239

13.1坝系多目标开发规划内涵239

13.1.1农业开发规划239

13.1.2林业开发规划240

13.1.3草畜开发规划241

13.1.4沟壑坝系景观开发规划242

13.2安家沟流域坝系多目标开发统筹规划242

13.2.1安家沟流域概况242

13.2.2多目标规划243

13.2.3多目标开发248

第14章 黄土丘陵沟壑区坝地开发利用模式250

14.1坝地引水灌溉模式250

14.1.1发展坝地引水灌溉模式的意义250

14.1.2发展坝地引水灌溉模式的目的251

14.1.3坝地引水灌溉技术模式251

14.1.4坝地引水灌溉效益分析253

14.2坝地养鱼模式255

14.2.1发展坝地养鱼模式的意义255

14.2.2发展坝地养鱼模式的目的255

14.2.3坝地养鱼技术模式256

14.2.4坝地养鱼主要技术措施256

14.2.5坝地养鱼需注意的问题257

14.2.6坝地养鱼效益分析258

14.3坝地苜蓿种植模式259

14.3.1发展坝地苜蓿种植模式的意义及目的259

14.3.2技术原理259

14.3.3技术规程260

14.3.4效益分析264

14.4坝地马铃薯种植模式265

14.4.1技术目标265

14.4.2技术原理265

14.4.3技术方案266

14.4.4技术规程267

14.4.5效益分析269

14.5坝地油菜栽培技术270

14.5.1技术目标270

14.5.2技术原理270

14.5.3技术规程271

14.5.4效益分析273

第15章 沟壑整治工程的环境效应研究274

15.1流域沟壑整治工程对水沙资源的调控机制274

15.1.1流域径流和泥沙对降雨的响应研究274

15.1.2流域径流和泥沙对不同的土地利用响应研究278

15.1.3土地利用及降雨的减沙理水耦合效应281

15.1.4流域尺度变化对流域径流的影响288

15.1.5淤地坝对水沙资源的调控效应290

15.1.6不同治理方式下的流域侵蚀强度变化296

15.2沟壑开发整治工程环境效应评估298

15.2.1评价指标的选择与指标体系构建298

15.2.2淤地坝建设环境效应评估指标权重分析304

15.2.3淤地坝建设环境效应指标筛选及权重分析311

15.2.4淤地坝建设环境效应指标计算方法及评估标准315

参考文献317