黃土高原溝道壩系相對穩(wěn)定原理與工程規(guī)劃研究

前言

黃土高原地區(qū)是我國乃至世界上水土流失最嚴重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一，經(jīng)流水長期強烈侵蝕，逐漸形成千溝萬壑、地形支離破碎的特殊自然景觀。據(jù)1990年公布的全國土壤侵蝕遙感普查資料，在黃土高原地區(qū)，水土流失面積達45.4萬km。，占總土地面積的71％。水土流失多集中在汛期（6-9月），占全年的60％～90％。黃土高原各典型地區(qū)主要侵蝕類型為水蝕及重力侵蝕，主要侵蝕發(fā)生時間為汛期，主要侵蝕空間分布特征具有垂直分帶性。特殊的自然條件是造成黃土高原水土流失的主要原因。黃土高原強烈的土壤侵蝕，不僅導致黃土高原地區(qū)水土及營養(yǎng)元素流失，土地日益貧瘠，耕地數(shù)量減少，自然環(huán)境惡化，造成新的貧困，而且影響黃河下游河道的防洪安全。從黃土高原侵蝕下來的大量泥沙輸送至下游河道造成河床強烈淤積并成為地上懸河，河勢強烈擺動，洪水威脅日益嚴重。歷史上，炎黃子孫既得益于黃河與黃土的哺育而生息繁榮，又受害于黃河與黃土相伴造成的黃河下游河道“善淤、善決、善徙”的特性而治水不止。在歷朝歷代，如何制訂治黃方略均是治國安邦的決策課題。對黃河治理方略的認識盡管一直存在較大的爭議，但治黃之本在于水土保持的觀點已基本形成共識。鑒于水土嚴重流失區(qū)面積僅占黃土高原地區(qū)總面積的20％，而輸入黃河的泥沙卻占總?cè)它S沙量的80％-左右，故采用現(xiàn)代工程措施攔減泥沙是最容易奏效的。在生物措施難以短期發(fā)揮作用且又在自然條件變得極其嚴酷后很難長期生效的情況下，只有從基本的流域單元人手，通過修筑控制性攔沙工程或淤地壩系等工程措施，改變黃土高原水土嚴重流失區(qū)的侵蝕地理環(huán)境，才是黃河治本之策。淤地壩是修建在水土流失地區(qū)各級溝道中的水土保持工程。淤地壩系是以骨干壩為主體、中小型淤地壩相配套并能聯(lián)合運用的小流域治理工程。這些工程既是治理水土流失、攔減入黃泥沙的最有效措施，也是改善生態(tài)環(huán)境、促進流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性措施，對于黃河上、中、下游的治理開發(fā)都具有重要意義。由于黃土高原自然地理環(huán)境極為復雜，多種侵蝕類型交互耦合、產(chǎn)沙地層多樣、人類活動劇烈，進行野外試驗觀測非常困難，且因?qū)系狼治g過程的野外試驗方法與技術(shù)還不成熟等，因此目前現(xiàn)場試驗資料較少且不系統(tǒng)。尤其是設(shè)計條件下的技術(shù)參數(shù)還難以同步測取，測試結(jié)果因沒有把握相似關(guān)系而難以在定量上對工程實際進行指導，甚至在定性上出現(xiàn)誤導，顯然不能滿足對流域治理方案及侵蝕產(chǎn)沙基本規(guī)律研究的需要。另外，對于各項溝道壩系建設(shè)方案又難以直接在原型上進行試驗比選。

內(nèi)容概要

　　《黃土高原溝道壩系相對穩(wěn)定原理與工程規(guī)劃研究》通過相似分析及模型試驗的驗證，提出了溝道壩系模型試驗的方法，并從試驗的角度研究論述了裸地溝坡模型的降雨產(chǎn)沙特性；研究了黃河下游河道沖淤及河床形態(tài)變化對侵蝕產(chǎn)沙區(qū)的響應機理；論證了黃土高原典型小流域壩系布局的攔沙效果及其發(fā)展規(guī)律；論述并運用溝道的自平衡機制，對壩系相對穩(wěn)定原理進行了理論闡釋和深入研究，并通過模型試驗研究了淤地壩（系）的相對穩(wěn)定過程與效應；研究論證了淤地壩攔沙減蝕的力學機理及保持相對穩(wěn)定的原理。另外，還創(chuàng)造性地提出淤地壩的壩體新結(jié)構(gòu)形式，并對區(qū)劃黃土高原粗沙粒徑進行了理論探索；列舉了應用相對穩(wěn)定原理指導流域壩系建設(shè)實例?！　　饵S土高原溝道壩系相對穩(wěn)定原理與工程規(guī)劃研究》可供水土保持學、地理學、環(huán)境科學、泥沙動力學等專業(yè)的研究和管理人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生閱讀參考。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 黃土高原水土流失與治理概況1.2 黃河的治本之策1.3 溝道壩系相對穩(wěn)定及工程規(guī)劃研究進展1.4 水土保持研究方法概述1.5 研究內(nèi)容、研究成果及章 節(jié)安排第2章 土壤侵蝕及溝道壩系模型試驗方法研究2.1 模型試驗方法研究現(xiàn)狀2.2 土壤侵蝕相似原理概述2.3 土壤侵蝕模型的特殊性及與河工模型類比2.4 土壤侵蝕模型設(shè)計方法探索2.5 模型試驗方法驗證2.6 討論與展望第3章 黃土高原流域演化與溝坡侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律3.1 流域地貌演化與黃土高原侵蝕階段3.2 黃土高原的土壤侵蝕背景特征3.3 黃土高原侵蝕產(chǎn)沙特征3.4 流域演化模型試驗研究3.5 溝坡侵蝕動力過程的模型試驗研究3.6 基準面變化對侵蝕產(chǎn)沙的影響試驗研究第4章 黃土高原侵蝕產(chǎn)沙對下游河道的影響4.1 黃河流域產(chǎn)水產(chǎn)沙、輸移和沉積系統(tǒng)的劃分4.2 粗沙臨界粒徑的理論劃分4.3 黃土高原強烈侵蝕對黃河下游河道沖淤的影響4.4 黃土高原強烈侵蝕對黃河下游河床形態(tài)調(diào)整的影響第5章 黃土高原壩系建設(shè)的作用和效益5.1 黃土高原淤地壩建設(shè)情況5.2 黃土高原淤地壩的作用5.3 淤地壩效益分析計算方法5.4 溝道壩系效益分析實例第6章 壩系相對穩(wěn)定原理及試驗研究6.1 淤地壩的攔沙減蝕機理6.2 壩系相對穩(wěn)定基本原理6.3 壩系相對穩(wěn)定原理的模型試驗研究6.4 淤地壩新技術(shù)與新方法第7章 壩系規(guī)劃及模型試驗研究7.1 溝道壩系的規(guī)劃與評價7.2 溝道壩系規(guī)劃模型試驗研究7.3 不同溝道級別壩系的工程規(guī)劃方法研究第8章 應用相對穩(wěn)定原理指導流域壩系建設(shè)實例8.1 韭園溝示范區(qū)壩系優(yōu)化規(guī)劃布設(shè)8.2 陽曲坡流域壩系工程建設(shè)相對穩(wěn)定可行性研究第9章 結(jié)論參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：溝道侵蝕量遠大于坡面侵蝕量，由此證實在黃土高原的水土保持實踐中，通過加強淤地壩等治溝工程建設(shè)來控制溝道水土流失的決策是正確的；通過對黃河下游河道沖淤及河床形態(tài)變化對侵蝕產(chǎn)沙區(qū)不同水沙條件的不同響應機理的研究，論證了根治黃河的策略在于中游水土保持及上、中、下游通盤考慮的合理性；通過研究淤地壩的淤積抬高對上、下游的不同影響機理，表明流域侵蝕產(chǎn)沙的形式和強度與流域侵蝕基準面的高低密切相關(guān)，說明了淤地壩攔沙減蝕的力學機理，研究結(jié)果表明了淤地壩在水土保持諸措施中對減少流域下游入黃泥沙能夠起到極其顯著作用的最根本原因。以上研究說明了小流域（淤地壩）壩系工程是針對黃土高原嚴重水土流失地區(qū)侵蝕（輸沙）特點而修筑的一種針對性極強的溝道治理措施。實驗室單壩放水試驗和溝道壩系的降雨模擬試驗結(jié)果都表明，淤地壩（壩系）相對穩(wěn)定是客觀存在的，也是可以實現(xiàn)的；研究還表明，不同的建壩順序和建壩密度的攔沙效果是不一樣的，需要按照規(guī)劃區(qū)域范圍的不同，選用不同的方法進行規(guī)劃及合理性評價。全書共分九章。第1章緒論，概述了黃土高原的治理概況、黃河治理方略，溝道壩系相對穩(wěn)定與工程規(guī)劃研究進展及章節(jié)安排；第2章土壤侵蝕及溝道壩系模型試驗方法研究，主要闡述了土壤侵蝕相似的基本原理、土壤侵蝕模型的特殊性及與水力模型類比，土壤侵蝕模型設(shè)計思路、方法及產(chǎn)沙量比尺的確定，并對模型試驗方法進行了驗證；第3章黃土高原流域演化與溝坡侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律，從流域演化與侵蝕的基本原理出發(fā)，論述了黃土高原的侵蝕環(huán)境背景及產(chǎn)沙特性，并用物理模型模擬了流域演化過程及溝坡動力侵蝕產(chǎn)沙特性；第4章黃土高原侵蝕產(chǎn)沙對下游河道的影響，以物理模型試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合黃河水文站觀測資料，論述了黃土高原強烈侵蝕產(chǎn)沙對黃河下游河道沖淤變化和河床形態(tài)變化的影響，建立了黃土高原侵蝕及治理與黃河治理的有機聯(lián)系；第5章黃土高原壩系建設(shè)的作用和效益，主要闡述了黃土高原水土保持措施及其對黃土高原水資源與水環(huán)境的影響；第6章壩系相對穩(wěn)定原理及試驗研究，論述了淤地壩攔沙減蝕的基本原理及單個淤地壩和壩系相對穩(wěn)定的基本條件；第7章壩系規(guī)劃及模型試驗研究，從模型試驗和理論分析兩個角度分析了黃土高原淤地壩系建設(shè)規(guī)劃的原理、方法及合理性；第8章應用相對穩(wěn)定原理指導流域壩系建設(shè)實例，以韭園溝、陽曲坡流域為例闡述了黃土高原不同立地條件下的規(guī)劃建設(shè)實例；第9章結(jié)論，總結(jié)了黃土高原溝道壩系相對穩(wěn)定原理與工程規(guī)劃研究相關(guān)結(jié)論與成果。

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《黃土高原溝道壩系相對穩(wěn)定原理與工程規(guī)劃研究》是由黃河水利出版社出版的。

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