河流水沙災(zāi)害及其防治

內(nèi)容概要

由于我國水土流失嚴(yán)重，近年來因泥沙輸移變化引起江河水沙災(zāi)害加劇的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，開展水沙災(zāi)害形成機(jī)理、預(yù)測及防治的研究，無論在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都具有重要的意義。水沙災(zāi)害具有豐富的內(nèi)涵和外延，涉及到水文學(xué)、水力學(xué)、河流動力學(xué)、地理地貌學(xué)及社會經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科的交叉問題。本書重點(diǎn)介紹了作者近年來在國家自然科學(xué)基金委員會重大項(xiàng)目資助下有關(guān)河流水沙災(zāi)害機(jī)理及防治方面的研究成果。全書針對近年來出現(xiàn)的小水大災(zāi)現(xiàn)象，以河流水沙災(zāi)害為對象，以泥沙沖淤造成的江河洪水災(zāi)害為重點(diǎn)，系統(tǒng)介紹泥沙運(yùn)動與江河湖泊洪水災(zāi)害的相互關(guān)系。主要內(nèi)容包括 ：河流水沙災(zāi)害的形成機(jī)理、模擬預(yù)測、評估防治等。本書可供水文學(xué)、水利學(xué)、地理地貌學(xué)和自然災(zāi)害學(xué)等學(xué)科的科技工作者及高等院校師生參考。

作者簡介

李義天，1957年8月生，山西朔州人，武漢大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國水利學(xué)會 泥沙專業(yè)委員會副主任，湖北省水利學(xué)會泥沙專委會主任，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）“長江流域水沙產(chǎn)輸朦朧主其與一環(huán)境變化耦合機(jī)理”項(xiàng)目首席科學(xué)家。1977年考入武漢水利電力學(xué)院，

書籍目錄

第一章  概論  第一節(jié)  水沙災(zāi)害定義和研究范圍  第二節(jié)  水沙災(zāi)害的產(chǎn)生過程  第三節(jié)  水沙災(zāi)害研究的意義    一、我國的洪災(zāi)    二、水沙災(zāi)害對洪災(zāi)的影響    三、江河水沙災(zāi)害研究的意義  第四節(jié)  水沙災(zāi)害研究進(jìn)展    一、當(dāng)前研究存在的問題     二、水沙災(zāi)害機(jī)理研究進(jìn)展    三、防災(zāi)減災(zāi)措施研究進(jìn)展  第五節(jié)  水沙災(zāi)害研究方法    一、資料分析方法    二、水沙運(yùn)動的水文學(xué)及河流動力學(xué)模擬方法    三、數(shù)值試驗(yàn)方法    四、地理地貌學(xué)的方法  第六節(jié)  本書的主要內(nèi)容    參考文獻(xiàn)第二章  暴雨產(chǎn)流與洪水預(yù)報  第一節(jié)  暴雨洪水形成的天氣因素    一、降雨的基本特征量及特性曲線    二、我國的暴雨特征    三、災(zāi)害性暴雨洪水的一般特點(diǎn)和規(guī)律    四、各流域代表性暴雨    五、主要江河暴雨洪水特性  第二節(jié)  暴雨洪水要素及其度量    一、暴雨洪水要素及其度量    二、徑流形成這程與預(yù)報  第三節(jié)  河段洪水預(yù)報    一、洪水預(yù)報的內(nèi)容與分類    二、河段洪水預(yù)報  第四節(jié)  湖泊調(diào)洪計算    參考文獻(xiàn)第三章  泥沙產(chǎn)生及模擬  第一節(jié)  產(chǎn)沙機(jī)理及其影響因素    一、土壤侵蝕方式    二、侵蝕影響因素  第二節(jié)  流域產(chǎn)沙模型    一、土壤流夫模型    二、泥沙輸移比的模擬計算  第三節(jié)  水土保持措施    一、減少土壤侵蝕施    二、減小漓以域泥沙輸移比    三、綜合治理，水土保持與發(fā)展農(nóng)、林、牧、副生產(chǎn)結(jié)合    參考文獻(xiàn)第四章  河道及蓄滯洪區(qū)小沙數(shù)字模型  第一節(jié)  水沙數(shù)學(xué)模型簡介    一、數(shù)學(xué)模型在水沙災(zāi)害研究中的應(yīng)用    二、數(shù)值計算方法概述    三、水沙數(shù)學(xué)模型存在的問題  第二節(jié)  一維非恒定水沙數(shù)學(xué)模型    一、基本控制方程    二、一維非恒定水流運(yùn)動方程的求解     三、一維非恒定水沙數(shù)學(xué)模型的建立    四、有關(guān)問題的處理  第三節(jié)  河網(wǎng)水沙數(shù)學(xué)模型    一、汊點(diǎn)基本方程    二、河網(wǎng)模型的汊點(diǎn)分組解法    三、河網(wǎng)泥沙模型的建立  第四節(jié)  蓄滯洪區(qū)水沙演進(jìn)模型    一、蓄滯洪區(qū)平面二維水流模型    二、蓄滯洪區(qū)平面二維泥沙模型  第五節(jié)  模型驗(yàn)證與運(yùn)用    一、河網(wǎng)水沙模型的驗(yàn)證    二、蓄滯洪區(qū)水沙演進(jìn)模型的驗(yàn)證    參考文獻(xiàn)第五章  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水沙運(yùn)動模擬中的應(yīng)用第六章  區(qū)域泥沙輸移第七章  泥沙淤積對洪水位的影響第八章  泥沙淤積與土地利用對洪水調(diào)節(jié)能力的影響第九章  水沙災(zāi)害的評估第十章  水沙災(zāi)害防治策略

章節(jié)摘錄

　　書摘　　3．水力侵蝕　　水力侵蝕是在降水、降雨形成的地表徑流作用下，土體被分離、輸移和沉積的過程。不論根據(jù)動力作用于地面的強(qiáng)度、頻率、分布范圍還是產(chǎn)沙貢獻(xiàn)，水力侵蝕都是最主要的侵蝕產(chǎn)沙模式。常見的水蝕形式有面蝕和溝蝕兩種。　?。?）面蝕　　面狀侵蝕產(chǎn)沙包括雨滴擊濺侵蝕產(chǎn)沙、流水的片狀侵蝕產(chǎn)沙和細(xì)溝侵蝕。雨滴打擊地面，破壞土壤結(jié)構(gòu)使土壤顆粒從土體表面剝離，使部分土粒濺起并向四周位移，這個過程稱為面蝕。當(dāng)降雨持續(xù)一定時段后，地表形成的流速不大的薄水層對地表土的均勻侵蝕現(xiàn)象稱為片蝕。隨著降雨的持續(xù)，地表形成無數(shù)條股流順坡運(yùn)動，將地表沖刷成時分時合的網(wǎng)狀侵蝕溝（細(xì)溝），此過程為細(xì)溝侵蝕?！　∶嫖g的三種形式是隨著降雨的持續(xù)，與坡面上不同的水流狀況相對應(yīng)的。雨初，土壤下滲能力大，坡面上不形成徑流，降雨一方面濺蝕形成松散沉積物，一方面為土壤所吸收。隨著降雨的持續(xù)，地表逐漸形成地面徑流。當(dāng)?shù)乇硭詈苄r，較大的雨滴仍能擊穿水層濺起土粒，但此時雨滴動能的一部分用于擾動水層使徑流紊動加大。因此，雖然雨滴的濺蝕作用減小，卻增大了徑流的挾沙能力，形成片蝕。當(dāng)水層厚度達(dá)到一定值時，雨滴動能不能擊穿水層，擊濺作用消失。當(dāng)?shù)孛鎻搅饔煞稚⒌牧魉佥^低的層狀流匯集成股流，水流挾沙能力進(jìn)一步加大，地面被侵蝕出細(xì)溝，片蝕此時只在細(xì)溝間的坡面上發(fā)生?！　。?）溝蝕　　溝蝕是指不同等級的溝谷在暫時性水流作用下的侵蝕產(chǎn)沙過程，按照溝谷系統(tǒng)不同有淺溝、切溝、懸溝、沖溝、干溝和河溝侵蝕。淺溝侵蝕主要發(fā)生在較陡坡面上，是若干細(xì)溝相互襲奪．匯聚足夠水量產(chǎn)生強(qiáng)烈拖曳力的結(jié)果，淺溝下端或與切溝相接，或與懸溝相連，溝型比較穩(wěn)定。切溝侵蝕多發(fā)育于凹形斜坡，匯集細(xì)溝和淺溝豐富的來水量，具有強(qiáng)烈的溝底下切、溝岸擴(kuò)張和溝頭前進(jìn)作用?！　?．其他侵蝕方式　?。?）融凍侵蝕春季融雪產(chǎn)生的地表徑流所形成的片蝕稱為融凍侵蝕，地面融雪水在下滲微弱情況下形成薄層水，并常和融凍后的薄層土成泥漿狀沿斜坡流動。在青藏高原等高寒地區(qū)，融凍交替地頻繁發(fā)生，導(dǎo)致強(qiáng)烈的寒凍風(fēng)化，形成粗大的巖屑，造成該地區(qū)的河流泥沙以推移質(zhì)為主?！　。?）灌溉侵蝕水田灌溉時，擾動的水流常將上方水田的土粒分散懸浮帶入下方水田，最后排出田外流入水路網(wǎng)。它使土壤肥力減退，水田表層土壤粗化。　?。?）潛蝕潛蝕是指在地下流水的作用下而發(fā)生的機(jī)械侵蝕，其中也伴隨著土體中可溶成分的溶蝕。水流沿裂隙或鼠穴等通道滲人地下，一方面使土體中的易溶成分溶解，另一方面則將細(xì)小的顆粒隨水帶走，使得這些通道不斷擴(kuò)大。最后形成了陷穴等微地貌形態(tài)。在以地下產(chǎn)流方式為主的熱帶地區(qū)，地下徑流也會帶走細(xì)小的以粘土為主的土壤顆粒，形成地下管道系統(tǒng)。　?。?）化學(xué)、生物作用化學(xué)剝蝕的前提是化學(xué)風(fēng)化，而化學(xué)風(fēng)化又是以物理風(fēng)化為前提的。由于外界溫度的變化，引起巖塊礦物之間以及巖塊表面和內(nèi)部之間的溫度差異，致使大的巖塊分解為較小的碎屑和更細(xì)小的礦物質(zhì)。物理風(fēng)化的深入進(jìn)行使顆粒的表面積大為增加，并為空氣和水分的通透和蓄存創(chuàng)造了條件，從而大大加速了化學(xué)分解的進(jìn)程?；瘜W(xué)分解主要指水對礦物質(zhì)的溶解、水化、水解和碳酸化等過程。巖石發(fā)生化學(xué)風(fēng)化之后，雨水在下滲過程中將不斷溶解風(fēng)化產(chǎn)物中的可溶性鹽類，使之進(jìn)人壤中流、表層流和地下水，并通過地下徑流與地表徑流的水力聯(lián)系而進(jìn)入河道，進(jìn)一步向下搬運(yùn)。值得指出的是化學(xué)剝蝕的最終產(chǎn)物雖然是以可溶性物質(zhì)為主，但中間過程會產(chǎn)生巖屑和礦物顆粒，成為其他侵蝕動力下固相泥沙的來源?！　∩镒饔贸巳祟惢顒油?，還包括其他一些動植物作用。巖石縫隙里大型植物的根系生長會加劇巖石的裂解崩落，嚙齒類動物（如，田鼠、野兔等）在土壤中構(gòu)筑巢穴等，都是促進(jìn)產(chǎn)沙的生物作用。據(jù)調(diào)查，內(nèi)蒙古清水河縣的黃河三級階地上，鼠類打洞松動土體平均每平方公里達(dá)12 500m’之多；南華山和屈吳山中華鼠打洞堆成的土堆，猶如公墓墳地一般，嚴(yán)重地破壞了草場（唐克麗等，1993）?！　。?）高含沙水流侵蝕　高含沙水流是一種特殊的固液兩相流。當(dāng)挾沙水流的含沙量超過某一臨界值之后，它就成為高含沙水流，即由牛頓流體變?yōu)橘e漢流體，表現(xiàn)出許多不同于正常挾沙水流的運(yùn)動與動力特性。高含沙水流能耗率很低。挾沙能力很強(qiáng)，因而，對于坡面、溝床具有強(qiáng)烈的侵蝕作用。高含沙水流搬運(yùn)與重力侵蝕相結(jié)合，為華南地區(qū)的崩崗地形的發(fā)育與黃十高原溝壑系統(tǒng)的塑造提供了一種特殊的機(jī)制?！　。?）人類作用　由于人類在社會、文化、經(jīng)濟(jì)等因素制約下，違背自然規(guī)律，進(jìn)行不合理的生產(chǎn)活動等，所引起的嚴(yán)重水土流失。人類活動可分為直接作用和間接作用。直接作用主要表現(xiàn)為人類直接作用而產(chǎn)生的剝蝕．搬運(yùn)-堆積過程，類型方式多種多樣，如耕作坡耕地、開礦、修路等。間接作用主要是人類破壞地表原始植被，加速水土流失的發(fā)生和發(fā)展。地表森林、草原的破壞使表層土壤失去保護(hù)產(chǎn)生水土流失，表土的開墾和耕種，進(jìn)一步加速水土流失，特別是無保護(hù)措施的坡耕地。人為侵蝕是不能直接產(chǎn)沙的，必須通過其他營力如風(fēng)力、降雨等的作用方能達(dá)到侵蝕產(chǎn)沙的目的。隨著社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人口的不斷增長，人地關(guān)系將越來越復(fù)雜?！　《?、侵蝕影響因素　　流域侵蝕系統(tǒng)是由河流的所有環(huán)境因子（如，氣候、地質(zhì)、地形、植被與土地利用、土壤等）所構(gòu)成的。在這些環(huán)境因子中，降雨、植被、地表物質(zhì)組成和地形等起著十分重要的作用。　　1．氣候因素　　侵蝕產(chǎn)沙過程實(shí)質(zhì)上是一個力學(xué)過程，降水的勢能隨著水流的運(yùn)動而轉(zhuǎn)化為侵蝕搬運(yùn)泥沙的機(jī)械功，并用于克服摩擦阻力而轉(zhuǎn)化為熱能。同時，作為侵蝕和搬運(yùn)泥沙的介質(zhì)而存在的流水即地表徑流，也與氣候密切相關(guān)。影響侵蝕的氣候因素主要是降水，降水中主要是暴雨。暴雨強(qiáng)度、頻率，季節(jié)性變化，年季變化，降雨總量等與侵蝕量密切相關(guān)?！　∏治g性降雨的標(biāo)準(zhǔn)：在自然界，并非所有的降雨都能引起土壤侵蝕，侵蝕總是由于某一臨界點(diǎn)以上的降雨強(qiáng)度或降雨量所引起的。侵蝕性降雨是指能夠引起土壤流失的降雨，侵蝕性降雨的標(biāo)準(zhǔn)是指能夠引起土壤流失的最小降雨強(qiáng)度和在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的降雨量。一般而言，凡是產(chǎn)生地表徑流的降雨，就能夠引起土壤流失。

媒體關(guān)注與評論

　　序　　我國是自然災(zāi)害多發(fā)的國家，洪水災(zāi)害一直是中華民族的心腹大患，洪水泛濫給人民的生命財產(chǎn)安全帶來了深重的災(zāi)難，嚴(yán)重阻礙了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。而且隨著社會的_發(fā)展以及國民生產(chǎn)總值的增加、居民生活水平的提高，洪水風(fēng)險和危害也越來越大，一旦發(fā)生洪水災(zāi)害，損失往往難以估量，1996年全國30個?。▍^(qū)、市）洪澇災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失2 200多億元，相當(dāng)于國民生產(chǎn)總值的4%。近年來，全國各大江河普遍出現(xiàn)了“小流量高水位”的新現(xiàn)象，同流量下水位不斷抬升，泥沙淤積已成為加劇洪水災(zāi)害的重要因素。泥沙往往和洪水交織在一起，相互關(guān)聯(lián)，相互依存，共同組成了水沙災(zāi)害。從目前來看，水沙災(zāi)害已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大環(huán)境公害，是擺在我們面前亟待解決的重大科學(xué)問題，因此，從深層次上揭示水沙災(zāi)害形成機(jī)理、特點(diǎn)并尋求相應(yīng)的防治措施是水沙學(xué)科的首要任務(wù)?！　　逗恿魉碁?zāi)害及其防治》一書立足學(xué)科發(fā)展的前沿，針對目前江河水沙災(zāi)害中出現(xiàn)的新問題、新現(xiàn)象，匯集了作者近年來在國家自然科學(xué)基金委員會重大項(xiàng)目資助下完成的有關(guān)河流水沙災(zāi)害形成機(jī)理及防治方面的研究成果，就河流水沙災(zāi)害的研究方法、形成機(jī)理、模擬預(yù)測、評估及防治等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。該書在系統(tǒng)總結(jié)目前國內(nèi)外水沙災(zāi)害研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，吸收了水文學(xué)、水力學(xué)、河流動力學(xué)、地理地貌學(xué)及社會經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科的知識，結(jié)合長江上中游的具體實(shí)例，從流域的產(chǎn)流產(chǎn)沙、泥沙輸移變化的宏觀過程出發(fā)，就泥沙淤積對洪水位及湖泊調(diào)蓄作用的影響、水沙災(zāi)害的風(fēng)險評估、三峽工程對水沙災(zāi)害的影響等方面進(jìn)行了深入的探討，在江河水沙災(zāi)害研究的思路、方法方面形成了完整的體系，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。該書內(nèi)容翔實(shí)，觀點(diǎn)新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，具有創(chuàng)新性、實(shí)用性和針對性強(qiáng)等特點(diǎn)。本書的及時出版對水沙災(zāi)害研究具有重要的推動作用?！　≈x鑒衡　　2004年2月

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