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序1

前言1

第1章 绪论1

1.1 流域土壤侵蚀（水文生态）过程与机制1

1.1.1 流域土壤侵蚀过程研究2

1.1.2 森林植被防止坡面土壤侵蚀机理7

1.1.3 土地利用／森林植被演变对流域侵蚀过程的影响19

1.1.4 流域土壤侵蚀过程模拟23

1.1.5 存在的问题及发展趋势27

1.2 研究区概况29

1.2.1 甘肃天水研究区概况29

1.2.2 无定河流域概况41

1.3 研究方法50

1.3.1 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学过程50

1.3.2 土地利用／土地覆被影响下的土壤侵蚀过程56

第2章 森林植被—坡面土壤侵蚀过程动力学特性分析69

2.1 植被冠层对降雨侵蚀动力学特性的影响69

2.1.1 林冠降雨雨滴粒径与雨强的关系69

2.1.2 林冠降雨雨滴粒径分布曲线71

2.1.3 林冠降雨雨滴体积累积分布曲线及雨滴分布模型73

2.1.4 林冠降雨雨滴动能和雨滴终速动能74

2.2 降雨条件下森林植被对坡面流水动力特性的影响研究76

2.2.1 坡面流流动型态的确定和判别76

2.2.2 坡面流流速及其影响因素分析78

2.2.3 森林植被对坡面流阻力的影响82

2.3 森林植被对坡面产沙过程的影响91

2.3.1 不同处理坡面小区泥沙颗粒起动规律92

2.3.2 单颗粒泥沙起动模式及受力分析95

2.3.3 坡面泥沙起动临界剪切力研究99

第3章 森林植被影响条件下坡面土壤侵蚀动力学模型103

3.1 森林植被影响下坡面产流模型103

3.1.1 坡面流连续方程103

3.1.2 降雨条件下坡面小区坡面流动量方程105

3.2 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学模型107

3.2.1 森林植被影响下土壤侵蚀动力学模型建立107

3.2.2 森林植被影响下坡面土壤侵蚀动力学模型求解108

3.2.3 模型验证111

3.3 森林植被对坡面流侵蚀影响模拟112

第4章 流域土地利用／森林植被景观格局演变114

4.1 流域土地利用／森林植被动态演变过程114

4.1.1 土地利用／森林植被动态监测方法114

4.1.2 土地利用／森林植被时空变化114

4.1.3 土地利用／森林植被变化分析模型116

4.1.4 土地利用／森林植被变化过程分析121

4.2 流域土地利用／森林植被动态变化的驱动力分析136

4.2.1 自然因素136

4.2.2 人口因素137

4.2.3 政策因素137

4.2.4 经济发展137

4.3 流域土地利用／森林植被的景观空间格局动态变化分析138

4.3.1 景观单元特征指数的提取及生态意义138

4.3.2 研究流域土地利用景观格局动态变化140

第5章 流域降雨时空异质性研究149

5.1 流域降雨的统计分析149

5.1.1 流域降水量的年际、年内分布规律149

5.1.2 流域侵蚀性场降雨雨型分析152

5.2 流域降雨空间分布的不均匀性研究154

5.2.1 降雨不均性指标确定154

5.2.2 流域次降雨量空间分布不均匀性研究155

5.2.3 流域次降雨雨强空间分布不均匀性研究156

5.2.4 流域暴雨中心发生的随机性研究157

5.3 流域降雨空间变化的特征分析158

5.3.1 不同类型降雨的点面关系分析158

5.3.2 降雨站点的空间相关性161

第6章 流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移尺度效应164

6.1 罗玉沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律167

6.1.1 年径流、输沙规律167

6.1.2 月径流、输沙规律171

6.1.3 洪水径流、输沙规律174

6.2 吕二沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律176

6.2.1 年径流、输沙规律176

6.2.2 月径流、输沙规律179

6.2.3 洪水径流和输沙规律分析182

6.3 桥子沟流域土地利用／森林植被变化下的水沙运移规律184

6.3.1 径流、输沙年变化184

6.3.2 径流、输沙年内变化188

6.3.3 土地利用／土地覆被变化对洪水径流的影响191

6.4 土地利用／森林植被变化下流域水沙运移的尺度分异规律研究195

6.4.1 流域土地利用／森林植被变化下的理水减沙尺度效应研究195

6.4.2 流域森林植被变化对理水减沙的响应分析202

第7章 流域土地利用／森林植被变化下洪水径流及输沙过程随尺度变化规律204

7.1 流域洪水径流和输沙对降雨及其时空分布的尺度响应研究204

7.1.1 暴雨综合类型的降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析205

7.1.2 A型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析208

7.1.3 B型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析211

7.1.4 C型暴雨下降雨特征值与洪水径流、输沙关系分析214

7.2 流域洪水径流和输沙过程的尺度效应研究216

7.2.1 流域洪水径流及其变率对输沙的影响216

7.2.2 流域洪水侵蚀产沙过程随尺度变化规律研究224

7.3 流域洪水含沙量的尺度分异及洪水稳定含沙量规律研究232

7.3.1 流域洪水流量与含沙量的尺度分异规律研究232

7.3.2 流域洪水衰退时的稳定含沙量分析237

第8章 基于WEPP模型的多尺度流域径流和侵蚀产沙模拟241

8.1 WEPP模型的结构与参数率定241

8.1.1 WEPP模型的结构241

8.1.2 GeoWEPP参数率定及数据输入243

8.2 WEPP模型在研究区的适用性检验及输入参数校正248

8.2.1 CLIGEN生成气候数据的精度分析249

8.2.2 WEPP模型基于土壤侵蚀机理的坡面侵蚀方程解析验证253

8.2.3 土壤、植被生长输入参数的校准和验证255

8.3 GeoWEPP模型对流域径流和侵蚀产沙的模拟校准与检验257

8.3.1 模型适用性的评价指标258

8.3.2 模型参数校准和检验258

8.4 基于GeoWEPP模型的典型流域单元划分及径流与产沙模拟265

8.4.1 GeoWEPP模型对流域径流和输沙模拟的运行过程265

8.4.2 GeoWEPP模型对典型流域单元的提取269

8.4.3 GeoWEPP模型对典型流域单元径流和输沙的模拟270

8.4.4 典型流域单元径流和泥沙来源分析276

8.5 基于GeoWEEP模型的典型流域单元水文生态响应情景分析279

8.5.1 不同降水水平年典型流域单元侵蚀产沙对比分析280

8.5.2 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281

8.5.3 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284

第9章 土地利用／森林植被变化下的流域地形特征与侵蚀产沙耦合关系285

9.1 典型流域单元地貌形态分形维数计算285

9.1.1 分形理论概述285

9.1.2 地形地貌分维的地学意义287

9.1.3 流域地貌形态特征分形维数的GIS模型测定方法289

9.1.4 典型流域单元地貌形态特征分形维数计算与分析291

9.2 流域地貌信息维数与侵蚀产沙的耦合关系294

9.2.1 典型流域单元径流深与输沙模数关系294

9.2.2 典型流域单元地形分维与年输沙模数关系295

9.2.3 典型流域单元地形分维与年径流输沙的耦合关系297

9.3 流域泥沙输移的分形特征及尺度转换302

9.3.1 流域泥沙输移比的时空分异303

9.3.2 流域泥沙输移比的影响因子分析305

9.3.3 流域泥沙输移比的分形特征310

9.3.4 流域泥沙输移比的尺度转换研究311

9.4 森林植被／土地利用变化下的流域径流和输沙尺度转换314

9.4.1 典型流域单元森林植被／土地利用变化特征值提取314

9.4.2 森林植被／土地利用变化下的流域径流和输沙尺度转换319

第10章 基于SWAT模型的无定河流域LUCC的水文生态响应323

10.1 无定河流域土地利用／森林植被格局演变及驱动力分析323

10.1.1 土地利用类型图的生成323

10.1.2 流域土地利用／森林植被动态变化324

10.1.3 驱动力分析328

10.2 SWAT模型及数据库的构建329

10.2.1 SWAT模型基础数据库构建330

10.2.2 SWAT模型敏感性分析及校准验证341

10.2.3 模型参数的校准与验证342

10.3 流域森林植被格局对径流、侵蚀产沙的影响344

10.3.1 流域降水、径流和产沙的动态变化344

10.3.2 流域森林植被格局演变影响下的侵蚀产沙模拟349

10.3.3 流域不同森林植被格局下的侵蚀产沙预测357

10.4 水土保持生态建设措施的减水减沙效益分析362

10.4.1 无定河流域降雨径流、产沙模型362

10.4.2 无定河流域产流、产沙计算和变化原因分析365

10.4.3 无定河流域水土保持生态建设措施减水减沙效益分析368

参考文献374