流域泥沙動力學模型（簡體書）

為了研究區域與流域尺度下包括侵蝕-輸運-沉積的泥沙運動全過程，需要建立流域泥沙科學體系，對應于河流泥沙的學科內容，流域泥沙的相關研究應包括三部分：流域泥沙動力學、流域泥沙過程模擬和流域演變學。本書通過分析流域泥沙過程的主要影響因素和物理機理，初步完成了流域泥沙動力學的模型和模擬方法。
本書以黃土高原丘陵溝壑區為例，將其中發生的泥沙過程分解為坡面產流產沙、溝坡區重力侵蝕、溝道水沙演進等不同子過程，分別建立了相應的動力學模型，并以數字流域為平臺進行了集成。將模型應用于黃河多沙粗沙區，模擬結果能夠顯示侵蝕一輸運一沉積在流域內的分布情況，反映主要影響因素對流域泥沙過程的作用方式。將多沙粗沙區的產輸沙模擬與黃河中下游河道的水沙動力學模擬耦合，能夠分析水沙源區的來水來沙條件與干流河道間的水沙響應關系。
本書嘗試在區域與流域尺度完成了對包括流域面與河網在內的流域泥沙全過程的基于物理機理的分析與數學模擬，吸收地表水文過程、土壤侵蝕、高含沙水流運動，以及水土保持和流域地貌學等多個學科方向的成果，力求解釋流域泥沙過程中的主要科學問題，為黃河水沙過程預報提供科技支撐。
全書分12章。第1章緒論，綜述國內外研究進展和本書研究范圍。第2章至第4章討論了流域泥沙動力學的基本過程和機理。第5章至第7章分別介紹了流域泥沙主要子過程的模擬方法，包括坡面產流產沙、溝坡區重力侵蝕和溝道水沙演進模型，并在第8章簡明了模型的集成方式。第9章是模型在黃河多沙粗沙區驗證和應用的結果，隨后第10章對流域泥沙過程的規律作進一步分析。第11章介紹了河道水沙動力學模型基本原理、集成方法和應用結果，第12章進行了水沙源區與干流河道間的水沙響應分析。
本書對從事水利、地理、環境、農業等專業工作的研究人員具有參考價值，也可作為相關專業的研究生教材。

序
前言
摘要
第1章 緒論
1.1 研究對象
1.2 研究現狀
1.2.1 主要侵蝕與水質模型的結構和特點
1.2.2 土壤侵蝕公式的主要形式
1.2.3 流域土壤侵蝕模擬的進展
1.2.4 黃土高原侵蝕產沙研究
1.3 研究內容與方法
第2章 流域泥沙主要影響因子及其過程概化
2.1 流域特徵因子
2.1.1 降水、植被與土壤特徵
2.1.2 地質地貌特徵和河網
2.1.3 人類活動影響
2.1.4 不同因素間的相互作用
2.2 黃土高原的主要特徵因子
2.2.1 降水特徵
2.2.2 土壤與土地利用特徵
2.2.3 植被特徵
2.2.4 地貌特徵
2.3 流域不同地貌單元的泥沙子過程
2.3.1 黃土丘陵溝壑區的地貌單元組成
2.3.2 坡面侵蝕
2.3.3 溝坡區重力侵蝕
2.3.4 溝道與河道不平衡輸沙
2.4 黃土高原泥沙過程的模型概化
第3章 坡面水流特性
3.1 坡面漫流
3.1.1 坡面漫流的流態
3.1.2 坡面流的水力關係
3.1.3 坡面流阻力
3.1.4 雨滴擊濺的影響
3.1.5 坡面漫流的計算
3.2 有細溝的坡面流
3.2.1 細溝水流的實驗
3.2.2 細溝坡面的水流計算
3.3 本章小結
第4章 坡面侵蝕機理
4.1 雨滴濺蝕
4.2 坡面徑流侵蝕
4.2.1 薄層水流侵蝕
4.2.2 細溝水流侵蝕
4.3 坡面水流侵蝕和輸沙的計算
4.3.1 侵蝕量與輸沙量的關係
4.3.2 薄層水流的侵蝕與輸沙能力
4.3.3 細溝流的侵蝕與輸沙能力
4.3.4 模擬中要注意的問題
4.4 本章小結
第5章 坡面產流產沙模型
5.1 超滲產流模型
5.1.1 模型的結構與計算流程
5.1.2 產流過程計算
5.1.3 匯流過程
5.1.4 參數取值
5.2 坡面產沙模型
5.2.1 產沙模型的概化
5.2.2 坡面產沙計算公
5.2.3 公式合理性檢驗
5.2.4 公式的適用性
5.3 本章小結
第6章 溝坡區重力侵蝕模型
6.1 溝坡重力侵蝕物理圖景概
6.2 溝坡重力侵蝕力學分析
6.2.1 土體含水量變化
6.2.2 坡腳側向沖刷計算
6.2.3 溝坡失穩幾何形態分析
6.2.4 溝坡土體受力分析
6.3 溝坡失穩的不確定性分析
6.3.1 不確定性的含義
6.3.2 溝坡失穩的模糊性分析
6.3.3 溝坡失穩的隨機性分析
6.3.4 溝坡失穩的模糊概率
6.4 重力侵蝕模型的應用條件
6.5 本章小結
第7章 溝道水沙演進模型。
7.1 精確擴散波匯流模型
7.1.1 馬斯京根-貢日法
7.1.2 時空步長的選擇
7.1.3 水力要素的計算
7.1.4 驗證與對比
7.2 溝道輸沙計算
7.3 溝道水沙計算的驗證
7.4 本章小結
第8章 流域數字河網和模型集成
8.1 河網并行計算需求
8.2 數字流域平臺的改進與應用
8.3 基於二叉樹的河網編碼方法
8.3.1 河網的二叉樹特徵
8.3.2 快速定位節點的二叉樹編碼
8.3.3 基於二叉樹的河網編碼方法
8.3.4 基本拓撲關係
8.3.5 典型應用的拓撲算法
8.4 大規模河網的管理
8.4.1 分區分級編碼方法
8.4.2 子流域DEM切割和河網耦合
8.4.3 河網管理的應用
8.5 基於河網分解的并行計算
8.5.1 并行計算的邏輯架構
8.5.2 河網分解算法
8.5.3 基於MPI和計算機集群的實現方式
8.5.4 并行計算應用實例
8.6 模型的集成
8.6.1 模型集成方法
8.6.2 模擬尺度的提升
8.7 本章小結
第9章 流域泥沙過程模擬
9.1 岔巴溝流域泥沙過程模擬
9.1.1 計算準備
9.1.2 參數率定
9.1.3 模型應用
9.1.4 結果分析
9.2 無定河流域泥沙過程模擬
9.2.1 計算準備
9.2.2 參數率定
9.2.3 模型應用
9.2.4 結果分析
9.3 多沙粗沙區流域泥沙過程模擬
9.3.1 計算準備
9.3.2 1967年模擬結果
9.3.3 1977年模擬結果
9.3.4 結果分析
9.4 本章小結
第10章 水沙源區泥沙過程規律分析
10.1 尺度現象及其形成機理
10.1.1 尺度現象
10.1.2 模擬結果中的尺度現象
10.1.3 對尺度現象來源的分析
10.2 降雨變化對侵蝕產沙的影響
10.2.1 降雨變化趨勢和情景設置
10.2.2 徑流和輸沙量結果
10.2.3 不同土壤侵蝕組成的變化
10.2.4 結果分析
10.3 本章小結
第11章 河道水沙動力學模型
11.1 模型建立
11.1.1 控制方程組
11.1.2 數值解法
11.1.3 關鍵問題處理
11.2 模型率定
11.2.1 初始和邊界條件
11.2.2 高含沙量對模擬結果的影響
11.2.3 考慮高含沙量影響的模擬結果
11.3 參數敏感性分析
11.4 模型應用
11.4.1 1982年洪水
11.4.2 1992年洪水
11.4.3 1998年洪水
11.5 本章小結
第12章 水沙源區與干流河道的耦合模擬
12.1 流域與河道模型的耦合方式
12.2 模擬實例
12.2.1 計算準備
12.2.2 計算條件的對比
12.2.3 模擬結果
12.3 來水來沙變化對河道沖淤的影響
12.4 本章小結
參考文獻