黃土高原溝蝕演變過程與侵蝕產(chǎn)沙

前言

　　我國(guó)是人口大國(guó)與農(nóng)業(yè)大國(guó)，也是世界上土壤侵蝕最嚴(yán)重的國(guó)家之一；不僅侵蝕面積大、分布范圍廣，而且侵蝕強(qiáng)度大、侵蝕危害嚴(yán)重，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失超過1000億元以上。正如孫鴻烈院士在中國(guó)水土流失與生態(tài)安全考察時(shí)所指出的：“我國(guó)嚴(yán)重的水土流失是各種生態(tài)問題的集中反映，對(duì)糧食安全和生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅”。土壤侵蝕已成為我國(guó)頭號(hào)環(huán)境問題?！　∈軓?fù)雜多變的自然環(huán)境和長(zhǎng)期人類活動(dòng)的影響，我國(guó)侵蝕類型多樣，產(chǎn)沙過程復(fù)雜，且不同水蝕類型區(qū)溝蝕嚴(yán)重，成為河流泥沙的重要來源。特別在我國(guó)黃土高原地區(qū)，復(fù)雜的地形地貌特征、易蝕的黃土、集中的暴雨、長(zhǎng)期和強(qiáng)烈的人類活動(dòng)，使本區(qū)成為我國(guó)土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)，不但坡面細(xì)溝侵蝕、尤其是淺溝侵蝕嚴(yán)重，而且各種溝蝕也異?；钴S。在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，溝蝕產(chǎn)沙量占流域產(chǎn)沙量的70％以上；在高原溝壑區(qū)，溝蝕量占流域產(chǎn)沙量的90％以上。各種形態(tài)溝蝕的形成和發(fā)展不但導(dǎo)致土地切割破碎，破壞土地資源，而且溝蝕產(chǎn)沙量也成為河流泥沙的重要來源。因此，黃土高原溝蝕演變過程與侵蝕產(chǎn)沙一直是水利和水土保持界關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。但由于各種溝蝕發(fā)生與演變過程的復(fù)雜性及影響因素的多變性，溝蝕過程的研究難度較大，取得的創(chuàng)新性研究成果較少。因此，深入研究我國(guó)溝蝕演變過程及其機(jī)理，揭示溝蝕產(chǎn)沙過程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，分析溝蝕演變過程不同階段對(duì)河流泥沙的貢獻(xiàn)，不僅為土壤侵蝕防治提供了重要的科學(xué)依據(jù)，而且也為建立以侵蝕過程為基礎(chǔ)的土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型提供強(qiáng)有力的理論支持。

內(nèi)容概要

本書在全面回顧和總結(jié)溝蝕過程與侵蝕產(chǎn)沙研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納溝蝕演變過程的研究方法和分析高精度GPS和三維激光掃描（Li-DAR）對(duì)溝蝕演變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的可行性和精度，系統(tǒng)研究細(xì)溝間侵蝕和細(xì)溝侵蝕過程，定量表征坡面匯水匯沙與細(xì)溝侵蝕過程，全面分析坡面匯水匯沙與淺溝侵蝕過程及其影響因素，闡明坡面匯水匯沙與片蝕—細(xì)溝—切溝侵蝕方式演變過程，揭示梁坡與溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理，模擬溝蝕形態(tài)演變過程。    本書可供從事土壤侵蝕、水土保持、地理學(xué)、國(guó)土整治、生態(tài)環(huán)境、環(huán)境保護(hù)研究的科研人員、高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生及相關(guān)領(lǐng)域管理人員參考。

書籍目錄

總序前言第1章  溝蝕過程與侵蝕產(chǎn)沙研究進(jìn)展  1.1  細(xì)溝侵蝕  1.2  淺溝侵蝕    1.2.1  淺溝侵蝕的概念    1.2.2  淺溝侵蝕發(fā)生發(fā)展過程    1.2.3  淺溝水流的水力學(xué)特征    1.2.4  淺溝侵蝕過程及影響因素分析    1.2.5  淺溝侵蝕預(yù)報(bào)模型  1.3  切溝侵蝕    1.3.1  切溝發(fā)展階段劃分    1.3.2  切溝發(fā)展的主要方式    1.3.3  切溝侵蝕測(cè)量技術(shù)    1.3.4  切溝侵蝕影響因素    1.3.5  切溝侵蝕預(yù)報(bào)模型  1.4  溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程研究進(jìn)展    1.4.1  坡溝系統(tǒng)徑流侵蝕形態(tài)的垂直分帶性研究    1.4.2  坡面匯水匯沙的侵蝕產(chǎn)沙作用分析    1.4.3  坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究  1.5  各種溝蝕產(chǎn)沙貢獻(xiàn)    1.5.1  細(xì)溝侵蝕對(duì)坡面侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    1.5.2  淺溝侵蝕對(duì)坡面侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    1.5.3  切溝侵蝕對(duì)流域侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    1.5.4  坡面匯流對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征分析  1.6  研究存在的問題與亟待研究的科學(xué)問題第2章  溝蝕產(chǎn)沙過程的研究方法  2.1  溝蝕過程研究徑流小區(qū)法和模擬降雨試驗(yàn)法    2.1.1  徑流小區(qū)法    2.1.2  模擬試驗(yàn)法  2.2  示蹤法研究水蝕過程與小流域泥沙來源    2.2.1  幾種示蹤方法    2.2.2  示蹤技術(shù)在片蝕和細(xì)溝侵蝕研究中的應(yīng)用    2.2.3  示蹤技術(shù)在小流域泥沙來源中的應(yīng)用  2.3  測(cè)針法在水蝕過程研究中的應(yīng)用  2.4  高新技術(shù)測(cè)量方法在溝蝕研究中的應(yīng)用    2.4.1  攝影測(cè)量方法研究    2.4.2  高精度GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法    2.4.3  激光掃描動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法  2.5  GPS、LiDAR和測(cè)針法監(jiān)測(cè)溝蝕過程的對(duì)比    2.5.1  試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    2.5.2  三種測(cè)量方法    2.5.3  數(shù)據(jù)處理    2.5.4  結(jié)果與討論    2.5.5  主要結(jié)論  2.6  小結(jié)第3章  細(xì)溝侵蝕的發(fā)生發(fā)展過程與機(jī)理  3.1  試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    3.1.1  細(xì)溝發(fā)生發(fā)展過程研究的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    3.1.2  坡面匯流對(duì)細(xì)溝侵蝕發(fā)展過程影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法  3.2  細(xì)溝侵蝕的發(fā)生發(fā)展    3.2.1  細(xì)溝侵蝕的形成    3.2.2  細(xì)溝侵蝕的發(fā)育過程    3.2.3  細(xì)溝的分叉與合并    3.2.4  細(xì)溝發(fā)生的臨界條件    3.2.5  細(xì)溝侵蝕的發(fā)展趨勢(shì)  3.3  上方匯水匯沙與坡面細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙過程    3.3.1  上方匯水匯沙與坡下方細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙過程    3.3.2  細(xì)溝水流水力學(xué)參數(shù)與細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙的關(guān)系  3.4  小結(jié)第4章  坡面淺溝侵蝕發(fā)育過程與侵蝕產(chǎn)沙  4.1  坡面淺溝臨界模型    4.1.1  研究區(qū)域概況與方法    4.1.2  結(jié)果與討論  4.2  淺溝發(fā)育過程的試驗(yàn)研究    4.2.1  研究方法    4.2.2  淺溝發(fā)育過程研究    4.2.3  淺溝發(fā)育與坡面侵蝕產(chǎn)沙過程    4.2.4  淺溝侵蝕對(duì)坡面侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)  4.3  影響淺溝侵蝕產(chǎn)沙過程的因素分析    4.3.1  降雨強(qiáng)度對(duì)淺溝侵蝕的影響    4.3.2  坡上方匯水流量對(duì)淺溝侵蝕區(qū)侵蝕產(chǎn)沙的影響    4.3.3  坡度和坡長(zhǎng)對(duì)淺溝侵蝕過程的影響  4.4  小結(jié)第5章  片蝕—細(xì)溝侵蝕—切溝侵蝕演變過程與侵蝕產(chǎn)沙  5.1  試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    5.1.1  不同含沙水流條件下侵蝕方式演變研究    5.1.2  不同匯水流量條件下坡面侵蝕方式演變研究    5.1.3  試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸O(shè)備    5.1.4  試驗(yàn)土槽準(zhǔn)備    5.1.5  試驗(yàn)過程    5.1.6  觀測(cè)項(xiàng)目及測(cè)試方法  5.2  溝蝕發(fā)生演變過程的模擬試驗(yàn)研究    5.2.1  坡面片蝕—細(xì)溝侵蝕演變過程    5.2.2  坡面細(xì)溝侵蝕—切溝侵蝕演變過程    5.2.3  連續(xù)模擬降雨過程中侵蝕方式演變過程觀察    5.2.4  坡面侵蝕方式演變對(duì)侵蝕產(chǎn)沙過程的影響    5.2.5  溝蝕（細(xì)溝和切溝）在不同階段的產(chǎn)沙貢獻(xiàn)  5.3  不同含沙水流條件下溝蝕演變與侵蝕產(chǎn)沙過程    5.3.1  坡面侵蝕—沉積—搬運(yùn)及上方含沙水流引起的侵蝕產(chǎn)沙量    5.3.2  上方匯水匯沙的侵蝕產(chǎn)沙作用    5.3.3  上方匯水匯沙對(duì)坡面徑流含沙量的影響  5.4  小結(jié)第6章  溝蝕演變過程的影響因素  6.1  降雨強(qiáng)度對(duì)溝蝕演變過程的影響    6.1.1  降雨強(qiáng)度對(duì)坡面侵蝕方式演變過程的影響    6.1.2  降雨強(qiáng)度對(duì)坡面侵蝕產(chǎn)沙過程的影響  6.2  坡面匯流對(duì)溝蝕演變過程的影響    6.2.1  無(wú)上方匯水情況下徑流量的變化過程    6.2.2  上方匯水對(duì)坡面徑流量的影響    6.2.3  上方匯水對(duì)坡面徑流含沙量的影響    6.2.4  上方匯水對(duì)坡面侵蝕方式演變及其侵蝕產(chǎn)沙過程的影響  6.3  地形因子對(duì)溝蝕演變過程的影響    6.3.1  坡度對(duì)溝蝕演變過程的影響    6.3.2  匯水坡長(zhǎng)對(duì)溝蝕演變過程的影響    6.3.3  匯水面積對(duì)侵蝕產(chǎn)沙量的影響分析  6.4  小結(jié)第7章  梁坡—溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程的定位試驗(yàn)研究  7.1  試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    7.1.1  坡面匯水匯沙對(duì)不同侵蝕分帶侵蝕產(chǎn)沙的影響及其貢獻(xiàn)研究    7.1.2  梁坡匯水匯沙對(duì)溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的影響與貢獻(xiàn)  7.2  坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的空間分布特征    7.2.1  坡面各侵蝕分帶侵蝕產(chǎn)沙特征    7.2.2  坡面各侵蝕分帶侵蝕產(chǎn)沙分配變化規(guī)律  7.3  坡面匯流對(duì)坡面各侵蝕分帶侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    7.3.1  坡面匯流對(duì)細(xì)溝侵蝕帶侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    7.3.2  坡面匯流對(duì)淺溝侵蝕帶侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)  7.4  梁坡匯流對(duì)溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的影響    7.4.1  梁坡匯水匯沙對(duì)溝坡侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)    7.4.2  梁坡匯水匯沙對(duì)溝坡侵蝕產(chǎn)沙影響因子的分析  7.5  小結(jié)第8章  梁坡—溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程的模擬試驗(yàn)研究  8.1  試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法    8.1.1  坡溝系統(tǒng)概化模型制作    8.1.2  試驗(yàn)設(shè)計(jì)    8.1.3  試驗(yàn)過程    8.1.4  試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目  8.2  坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征    8.2.1  坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征分析    8.2.2  坡溝系統(tǒng)的輸沙率和含沙量變化過程  8.3  坡面匯流與坡溝系統(tǒng)產(chǎn)沙過程    8.3.1  坡面匯水匯沙對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的影響    8.3.2  梁坡匯水含沙量與溝坡凈侵蝕量的關(guān)系  8.4  降雨強(qiáng)度對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的影響    8.4.1  降雨強(qiáng)度對(duì)坡溝系統(tǒng)徑流率變化過程的影響    8.4.2  降雨強(qiáng)度對(duì)坡溝系統(tǒng)輸沙率變化的影響    8.4.3  降雨強(qiáng)度對(duì)坡溝系統(tǒng)徑流含沙量變化的影響  8.5  小結(jié)第9章  溝蝕演變過程的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理  9.1  溝蝕產(chǎn)沙過程的水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)    9.1.1  水力學(xué)參數(shù)的測(cè)算    9.1.2  溝蝕產(chǎn)沙過程的水動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)  9.2  坡面侵蝕方式演變過程中水動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析    9.2.1  溝蝕演變過程中坡面徑流流速的變化特征    9.2.2  侵蝕方式演變過程中水流水力學(xué)參數(shù)變化特征    9.2.3  溝蝕演變過程中的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與輸沙率的關(guān)系  9.3  梁—溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程中的動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析    9.3.1  坡溝系統(tǒng)坡面徑流流速變化特征    9.3.2  坡溝系統(tǒng)坡面徑流流態(tài)特征    9.3.3  坡溝系統(tǒng)徑流侵蝕的水動(dòng)力學(xué)特征  9.4  小結(jié)第10章  侵蝕形態(tài)演變過程模擬  10.1  研究方法    10.1.1  利用地形測(cè)針儀進(jìn)行溝蝕測(cè)量的研究方法    10.1.2  地面侵蝕形態(tài)數(shù)據(jù)處理與數(shù)字高程模型（DEM）的制作  10.2  淺溝侵蝕演變過程的地面形態(tài)模擬  10.3  片蝕—細(xì)溝侵蝕—切溝侵蝕演變過程的地面形態(tài)模擬    10.3.1  溝蝕侵蝕產(chǎn)沙形態(tài)演變過程    10.3.2  數(shù)字高程模型的比較及溝蝕量的計(jì)算  10.4  坡溝系統(tǒng)侵蝕演變過程的地面形態(tài)模擬    10.4.1  不同降雨強(qiáng)度下坡面侵蝕形態(tài)的空間分布    10.4.2  不同降雨強(qiáng)度下坡面侵蝕形態(tài)的模擬  10.5  小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.2.4.2 降雨徑流因子對(duì)淺溝侵蝕過程的影響　　降雨對(duì)淺溝侵蝕的影響主要體現(xiàn)在降雨強(qiáng)度、降雨量等方面。張科利（1988）通過野外小區(qū)觀測(cè)資料指出：淺溝侵蝕基本上與降雨量沒有關(guān)系，淺溝侵蝕主要受降雨強(qiáng)度的影響，當(dāng)雨強(qiáng)由1.31mm／min增大到3.52mm／min時(shí)，在降雨量大體相當(dāng)?shù)那闆r下，每毫米降雨的侵蝕量由0.543kg增加到2.626kg。雨強(qiáng)增大1.687倍，淺溝侵蝕量卻增加了3.836倍?！　?）地形因子　　在黃土高原地區(qū)，影響水力侵蝕的地形因子主要包括地面的坡度、坡長(zhǎng)、坡向及坡形。地形直接決定著徑流是否集中以及集中的部位，直接影響著淺溝的發(fā)生、分布部位以及淺溝侵蝕的發(fā)生程度。地形因子對(duì)淺溝侵蝕的影響主要體現(xiàn)在坡度、坡長(zhǎng)和坡形等特征與淺溝侵蝕的關(guān)系上?！　∑露龋浩露扔绊懫旅娴氖苡昝娣e及其雨量，從而影響坡面徑流、人滲和徑流動(dòng)能的大小。臨界坡度是臨界動(dòng)能的具體體現(xiàn)之一。張科利（1988）、張科利和唐克麗（1992）指出淺溝發(fā)生的臨界坡度為18.2°，而以22°～31°分布居多。另外，坡度越大，坡面物質(zhì)在坡面向下方的分量也就越大，穩(wěn)定性就越差，越容易發(fā)生淺溝侵蝕。在黃土丘陵區(qū)，在坡的上部，坡度較緩，一般只發(fā)生片蝕和細(xì)溝侵蝕。順坡向下，坡度漸增，便發(fā)生淺溝侵蝕且形成淺溝。在陜北、晉西因梁峁坡面較短，淺溝一般分布在梁峁坡面的中下部（曹銀真，1983）。坡度影響淺溝侵蝕的強(qiáng)弱，張科利（1988）指出在一定范圍內(nèi)隨坡度增大而增強(qiáng)。同時(shí)，坡度影響淺溝侵蝕的分布，陳永宗（1984）發(fā)現(xiàn)，在5°～30°的坡面上，淺溝條數(shù)隨坡度的增大而增多，在30°～45°的坡面上隨坡度的增大而減小。張科利（1988）發(fā)現(xiàn)，坡度由小變大，淺溝分布間距由大變小再變大?！　∑麻L(zhǎng)：坡長(zhǎng)影響徑流匯集過程，而坡面徑流量的大小，決定著淺溝侵蝕的發(fā)生。張科利（1988）指出淺溝侵蝕的發(fā)生要求有一定的臨界坡長(zhǎng)，其特征值變化于20～60m，平均為40m左右。坡長(zhǎng)的大小決定著淺溝匯水面積的大小，影響著侵蝕量的多少。張科利（1988）指出由于淺溝已有了固定形態(tài)，淺溝侵蝕發(fā)生的臨界匯水面積就等于發(fā)生淺溝侵蝕的臨界坡長(zhǎng)與間距的乘積，該特征值為300～1200m°，以400～800m°居多，平均為657m2。就某一條淺溝而言，在一定坡長(zhǎng)范圍內(nèi)侵蝕量隨坡長(zhǎng)的增加而增加，但在一定程度后，由于泥沙負(fù)荷的增加，徑流挾沙力減小，淺溝侵蝕量減小。

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