目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 研究進(jìn)展 2
1.2.1 黃河水沙變化 2
1.2.2 黃河中游區(qū)生態(tài)建設(shè)及其水沙效應(yīng) 4
1.2.3 淤地壩地貌水文效應(yīng) 6
1.2.4 淤地壩減水減沙效益 8
1.2.5 流域水文泥沙過(guò)程模擬 11
1.3 研究區(qū)域概況 15
1.4 研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容 18
參考文獻(xiàn) 19
第2章 植被/景觀變化的水沙調(diào)節(jié)機(jī)制 26
2.1 坡溝系統(tǒng)不同植被格局的蓄水減沙效益 26
2.1.1 蓄水減沙效益計(jì)算方法 26
2.1.2 植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙調(diào)控作用 27
2.2 間歇性降雨對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的影響 28
2.2.1 坡溝系統(tǒng)產(chǎn)流產(chǎn)沙特征 28
2.2.2 坡溝系統(tǒng)入滲特征 29
2.3 植被格局對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的影響 30
2.4 植被格局對(duì)徑流流速的影響 31
2.4.1 植被格局對(duì)坡溝系統(tǒng)徑流流速的作用 31
2.4.2 坡溝系統(tǒng)中植被格局的緩流效應(yīng) 33
2.5 不同退耕類型的侵蝕產(chǎn)沙的特征 36
2.5.1 不同植被演替階段地上地下生物量特征 36
2.5.2 不同植被演替階段坡面徑流水動(dòng)力特征 38
2.5.3 演替階段植被侵蝕產(chǎn)沙特征 39
2.6 流域尺度植被對(duì)水沙變化的作用 41
2.6.1 黃土高原典型流域土地利用變化 41
2.6.2 黃土高原典型流域景觀格局變化 42
2.6.3 黃土高原典型流域景觀格局對(duì)水沙變化的影響 44
2.7 本章小結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 45
第3章 黃河典型流域極端水沙事件產(chǎn)輸規(guī)律 47
3.1 典型暴雨水沙特性演變 47
3.1.1 汛期降雨及水沙特征分析 47
3.1.2 場(chǎng)次條件下降雨和水沙特征分析 47
3.1.3 暴雨特征分析 49
3.1.4 典型洪水-輸沙關(guān)系演變規(guī)律 52
3.2 極端水沙事件的時(shí)空分布規(guī)律 54
3.2.1 年最大降雨事件的空間分布 54
3.2.2 年最大徑流事件的空間分布 55
3.2.3 年最大泥沙事件的空間分布 57
3.2.4 年最大水沙事件時(shí)空分布綜合分析 58
3.3 極端洪水事件發(fā)生的主導(dǎo)因子 59
3.3.1 降雨對(duì)極端洪水事件的影響 59
3.3.2 河道內(nèi)蓄水量對(duì)極端洪水事件的影響 62
3.3.3 極端洪水事件主導(dǎo)因子的分析 62
3.4 極端泥沙事件發(fā)生的主導(dǎo)因子 65
3.4.1 降雨對(duì)極端泥沙事件的影響 65
3.4.2 徑流對(duì)極端泥沙事件的影響 65
3.4.3 河道內(nèi)泥沙存儲(chǔ)對(duì)極端泥沙事件的影響 68
3.4.4 極端泥沙事件主導(dǎo)因子的分析 69
3.4.5 引發(fā)極端泥沙事件主導(dǎo)因子的傳播過(guò)程 72
3.5 本章小結(jié) 75
參考文獻(xiàn) 76
第4章 黃河流域頭道拐至潼關(guān)區(qū)間水庫(kù)淤積時(shí)空分布特征 79
4.1 頭道拐至潼關(guān)區(qū)間黃土高原地區(qū)水庫(kù)群分布特征 79
4.1.1 水庫(kù)分布概況 79
4.1.2 渭河流域水庫(kù)分布概況 80
4.1.3 河龍區(qū)間水庫(kù)分布概況 83
4.1.4 汾河流域水庫(kù)分布概況 83
4.2 水庫(kù)淤積量測(cè)算方法 85
4.2.1 流域干支流水庫(kù)泥沙淤積調(diào)查情況與分析 85
4.2.2 水庫(kù)淤積量估算方法 86
4.3 渭河流域水庫(kù)淤積量 88
4.3.1 渭河流域大型水庫(kù)淤積量 88
4.3.2 渭河流域中型水庫(kù)淤積量 89
4.3.3 渭河流域小型水庫(kù)淤積量 93
4.3.4 渭河流域水庫(kù)淤積量測(cè)算 98
4.4 河龍區(qū)間水庫(kù)淤積量 98
4.4.1 河龍區(qū)間大型水庫(kù)淤積量 98
4.4.2 河龍區(qū)間中型水庫(kù)淤積量 100
4.4.3 河龍區(qū)間小型水庫(kù)淤積量 101
4.4.4 河龍區(qū)間水庫(kù)淤積量測(cè)算 103
4.5 汾河流域水庫(kù)淤積量 103
4.6 頭道拐至潼關(guān)區(qū)間水庫(kù)的攔沙作用及未來(lái)攔沙效益分析 106
4.6.1 水庫(kù)總體淤積量 106
4.6.2 水庫(kù)庫(kù)容淤積率 107
4.6.3 水庫(kù)未來(lái)攔沙效益分析 108
4.7 典型水庫(kù)群調(diào)控模式對(duì)進(jìn)入下游河道泥沙的影響 109
4.7.1 無(wú)定河流域攔沙水庫(kù)現(xiàn)狀 110
4.7.2 無(wú)定河流域水庫(kù)群運(yùn)用方式 113
4.7.3 無(wú)定河流域水庫(kù)群運(yùn)用方式對(duì)進(jìn)入下游泥沙的影響 115
4.8 本章小結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 116
第5章 淤地壩系攔沙效益及攔沙能力變化 118
5.1 淤地壩時(shí)空分布特征 118
5.1.1 黃土高原淤地壩建壩歷程 118
5.1.2 黃土高原淤地壩空間分布 119
5.1.3 主要流域淤地壩分布及攔沙量分析 121
5.2 黃土高原淤地壩淤積特征分析 126
5.2.1 不同地貌區(qū)地貌特征分析 127
5.2.2 不同地貌區(qū)淤地壩庫(kù)容特征曲線 128
5.2.3 骨干壩淤積特征 129
5.2.4 中型壩淤積特征 131
5.2.5 不同類型淤地壩淤積特征匯總 133
5.3 典型區(qū)域淤地壩系攔沙效益分析 135
5.3.1 黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū) 137
5.3.2 黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū) 140
5.3.3 黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū) 142
5.3.4 黃土丘陵溝壑區(qū)第四副區(qū) 143
5.3.5 黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū) 144
5.3.6 石質(zhì)山嶺區(qū) 146
5.4 淤地壩攔沙量估算方法 148
5.4.1 建模原理 148
5.4.2 淤積量測(cè)量 152
5.4.3 黃土高原淤地壩2011～2017 年淤積量估算 152
5.5 淤地壩未來(lái)攔沙能力分析 154
5.5.1 總體淤積情況分析 154
5.5.2 分區(qū)域淤積情況分析 158
5.5.3 淤積典型分析 159
5.5.4 仍有攔沙能力淤地壩識(shí)別 163
5.6 本章小結(jié) 164
參考文獻(xiàn) 165
第6章 淤地壩系調(diào)峰消能機(jī)理與模擬 166
6.1 淤地壩系水動(dòng)力過(guò)程模擬 168
6.1.1 “7 15”洪水模型驗(yàn)證 168
6.1.2 流域壩系內(nèi)部洪水過(guò)程演變 170
6.2 不同重現(xiàn)期淤地壩系水動(dòng)過(guò)程模擬 174
6.2.1 洪峰流量對(duì)比 175
6.2.2 徑流能量削減對(duì)比 177
6.3 級(jí)聯(lián)壩系對(duì)設(shè)計(jì)暴雨洪水的影響分析 179
6.4 淤地壩淤積過(guò)程對(duì)徑流侵蝕動(dòng)力的影響 183
6.4.1 淤地壩淤積過(guò)程對(duì)徑流動(dòng)能的影響 183
6.4.2 淤地壩淤積過(guò)程對(duì)徑流勢(shì)能的影響 185
6.4.3 淤地壩淤積過(guò)程對(duì)徑流侵蝕功率的影響 187
6.4.4 淤地壩壩系效應(yīng)概化研究 187
6.5 本章小結(jié) 190
參考文獻(xiàn) 191
第7章 流域侵蝕能量時(shí)空分布格局 192
7.1 流域水沙能量動(dòng)力關(guān)系模擬 192
7.1.1 流域徑流輸沙關(guān)系物理解析 192
7.1.2 徑流侵蝕功率 192
7.2 無(wú)定河流域水沙及侵蝕能量空間分布特征 194
7.2.1 徑流侵蝕功率與輸沙關(guān)系分析 194
7.2.2 流域徑流輸沙的空間分布 196
7.2.3 無(wú)定河流域徑流侵蝕功率的空間分布 198
7.2.4 無(wú)定河流域徑流侵蝕功率的空間尺度效應(yīng) 199
7.3 大理河流域水-能-沙時(shí)空分布規(guī)律 201
7.3.1 流域水文要素的空間分布規(guī)律 201
7.3.2 流量、輸沙量、徑流侵蝕功率的匯聚過(guò)程 202
7.3.3 徑流模數(shù)的時(shí)空分布 205
7.3.4 輸沙模數(shù)的時(shí)空分布 207
7.3.5 徑流侵蝕功率的時(shí)空分布 209
7.3.6 徑流模數(shù)、輸沙模數(shù)、徑流侵蝕功率的關(guān)系 212
7.4 延河流域侵蝕能量空間分布及其與生態(tài)建設(shè)響應(yīng)關(guān)系 213
7.4.1 延河流域徑流侵蝕功率的空間分布 214
7.4.2 延河流域徑流侵蝕功率的空間尺度效應(yīng) 214
7.4.3 徑流侵蝕功率時(shí)空分布與流域環(huán)境及生態(tài)建設(shè)響應(yīng)關(guān)系 218
7.5 本章小結(jié) 221
參考文獻(xiàn) 222
第8章 級(jí)聯(lián)壩系布局及其對(duì)水沙動(dòng)力的調(diào)控作用 223
8.1 王茂溝流域壩系布局分析 223
8.1.1 壩系單元?jiǎng)澐?223
8.1.2 壩系級(jí)聯(lián)物理模式 223
8.2 壩系布局對(duì)徑流過(guò)程的影響 224
8.2.1 不同壩型組合對(duì)徑流過(guò)程影響 224
8.2.2 不同壩系級(jí)聯(lián)方式對(duì)徑流過(guò)程的影響 227
8.3 單壩對(duì)溝道徑流侵蝕動(dòng)力過(guò)程的調(diào)控作用 229
8.3.1 建壩前后流速隨時(shí)間的變化 229
8.3.2 建壩前后徑流剪切力隨時(shí)間的變化 230
8.3.3 建壩前后徑流功率隨時(shí)間的變化 232
8.3.4 建壩前后單位水流功率隨時(shí)間的變化 233
8.4 壩系布局對(duì)溝道徑流侵蝕動(dòng)力過(guò)程的調(diào)控作用 234
8.4.1 流速的時(shí)空變化 235
8.4.2 徑流剪切力的時(shí)空變化 236
8.4.3 徑流功率的時(shí)空變化 237
8.4.4 徑流能量的時(shí)空變化 238
8.4.5 徑流侵蝕功率的空間變化 240
8.5 壩系級(jí)聯(lián)方式對(duì)溝道侵蝕動(dòng)力過(guò)程的調(diào)控作用 240
8.5.1 流速隨時(shí)間變化 241
8.5.2 徑流剪切力隨時(shí)間變化 241
8.5.3 徑流功率隨時(shí)間變化 242
8.5.4 徑流侵蝕功率空間分布 242
8.5.5 壩系布局對(duì)流域輸沙量的調(diào)控作用 244
8.6 淤地壩系結(jié)構(gòu)與布局對(duì)水沙變化的作用 246
8.6.1 壩型組合對(duì)小流域暴雨洪水過(guò)程的影響 246
8.6.2 壩系級(jí)聯(lián)方式對(duì)小流域暴雨洪水過(guò)程的影響 247
8.6.3 淤地壩連通性與水沙輸移響應(yīng)關(guān)系 247
8.7 本章小結(jié) 249
參考文獻(xiàn) 250
第9章 淤地壩淤積泥沙特性及其對(duì)流域泥沙的再分配作用 251
9.1 淤地壩對(duì)流域地形地貌的影響 251
9.2 壩地淤積泥沙的粒徑分析 252
9.2.1 壩地淤積泥沙粒徑統(tǒng)計(jì)特征 252
9.2.2 壩地淤積泥沙的質(zhì)地分類 253
9.2.3 壩地淤積泥沙顆粒的粗化度 253
9.2.4 壩地淤積泥沙顆粒與分形特征 256
9.2.5 淤積泥沙顆粒分形維數(shù)與淤積泥沙性質(zhì)的關(guān)系 258
9.3 單壩與壩系泥沙淤積特征 260
9.3.1 不同類型單壩的淤積特征 260
9.3.2 壩系單元下的壩地泥沙淤積特征 261
9.3.3 王茂溝壩系壩地泥沙淤積特征 264
9.4 本章小結(jié) 265
參考文獻(xiàn) 265
第10章 泥沙來(lái)源研究方法及流域泥沙來(lái)源辨識(shí) 266
10.1 黃土高原泥沙來(lái)源研究方法 266
10.2 典型壩系小流域泥沙來(lái)源辨識(shí) 267
10.2.1 內(nèi)蒙古園子溝流域泥沙來(lái)源 267
10.2.2 橫山元坪小流域泥沙來(lái)源 271
10.2.3 綏德埝堰溝小流域泥沙來(lái)源 278
10.3 黃土高原小流域泥沙來(lái)源變化 280
10.3.1 皇甫川流域 281
10.3.2 無(wú)定河流域 283
10.3.3 延河流域 286
10.3.4 其他流域 289
10.4 本章小結(jié) 291
參考文獻(xiàn) 291
第11章 不同淤積狀態(tài)下淤地壩的水沙阻控作用 294
11.1 淤地壩淤積狀態(tài)與水沙阻控作用關(guān)系概述 294
11.2 研究區(qū)域與研究方法 295
11.2.1 研究區(qū)域概況 295
11.2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理 297
11.2.3 模擬工況設(shè)置 301
11.3 模型構(gòu)建與驗(yàn)證 303
11.3.1 三維網(wǎng)格的構(gòu)建 303
11.3.2 邊界條件和初始條件設(shè)置 305
11.3.3 模型參數(shù)設(shè)置 305
11.3.4 模型的率定和驗(yàn)證結(jié)果 306
11.4 淤地壩的削峰滯洪效率 308
11.4.1 溢洪道控制的庫(kù)容閾值 308
11.4.2 壩地控制的削峰滯洪效率 310
11.5 淤地壩的泥沙攔截效率 311
11.5.1 泥沙攔截效率 311
11.5.2 壩地的直接沉沙效率 312
11.5.3 壩地的間接減沙效率 314
11.6 壩地上的沖淤形態(tài)與泥沙沉積規(guī)律 318
11.6.1 壩地上的沖淤形態(tài)變化 318
11.6.2 泥沙的最終分布規(guī)律 318
11.7 本章小結(jié) 323
參考文獻(xiàn) 325
第12章 淤滿淤地壩水沙阻控能力及其淤積/侵蝕規(guī)律 328
12.1 淤滿淤地壩淤積動(dòng)態(tài)與攔沙關(guān)系概述 328
12.2 淤地壩水沙阻控能力模擬 329
12.2.1 模擬對(duì)象及參數(shù)設(shè)置 329
12.2.2 模擬流程 329
12.2.3 降雨序列和動(dòng)網(wǎng)格 330
12.2.4 判定準(zhǔn)則 330
12.3 不同降雨條件下淤地壩水沙阻控能力變化 332
12.4 淤滿條件下壩地泥沙淤積/侵蝕分布規(guī)律 339
12.4.1 壩地及其影響區(qū)內(nèi)的淤積/侵蝕分布 339
12.4.2 縱向淤積剖面對(duì)比 343
12.5 本章小結(jié) 344
參考文獻(xiàn) 346
第13章 典型暴雨條件下淤地壩水沙阻控作用 347
13.1 陜北“7 26”典型暴雨淤地壩攔沙作用 347
13.1.1 “7 26”典型暴雨概況 347
13.1.2 陜北“7 26”暴雨區(qū)淤地壩建設(shè)情況 348
13.1.3 典型流域淤地壩的滯洪攔沙作用 352
13.1.4 暴雨條件下淤地壩損毀特征與原因 355
13.2 綏德“7 15”典型暴雨淤地壩攔沙作用 358
13.2.1 綏德“7 15”暴雨洪水 358
13.2.2 韭園溝流域“7 15”暴雨水毀淤地壩情況調(diào)查 358
13.2.3 韭園溝流域“7 15”暴雨淤地壩攔沙作用分析 359
13.2.4 次暴雨洪水壩地淤積特征 362
13.3 西柳溝典型暴雨下淤地壩攔沙特征及其對(duì)水沙變化的影響 363
13.3.1 鄂爾多斯市淤地壩淤積量 363
13.3.2 西柳溝淤地壩泥沙淤積特征 364
13.3.3 西柳溝潰壩特征分析 365
13.4 其他典型暴雨條件下淤地壩攔沙作用 367
13.5 淤滿淤地壩破壞后泥沙阻控機(jī)理 368
13.5.1 淤地壩破壞前后陡坎發(fā)育過(guò)程 368
13.5.2 淤滿淤地壩破壞后的泥沙侵蝕過(guò)程 373
13.6 本章小結(jié) 375
參考文獻(xiàn) 376
第14章 溝道工程流域水沙阻控效應(yīng)與貢獻(xiàn)率識(shí)別 377
14.1 壩系水沙阻控群體效應(yīng) 377
14.1.1 淤地壩系水沙阻控機(jī)理解析 377
14.1.2 壩系水沙阻控群體效應(yīng)驗(yàn)證 380
14.2 淤地壩系減蝕機(jī)理 381
14.2.1 淤地壩系減蝕效應(yīng)理論分析 381
14.2.2 王茂溝流域淤地壩系修建前后侵蝕勢(shì)能對(duì)比 382
14.3 淤地壩系水沙調(diào)控異地效應(yīng) 385
14.4 淤地壩對(duì)典型流域水沙變化的貢獻(xiàn)率 386
14.4.1 黃河中游主要河流水沙變化趨勢(shì) 387
14.4.2 大理河骨干壩建壩歷程 388
14.4.3 大理河淤地壩攔沙貢獻(xiàn)率 389
14.4.4 淤地壩攔沙量結(jié)果合理性分析 390
14.4.5 水沙關(guān)系變化 391
14.4.6 溝道和坡面貢獻(xiàn)率 392
14.5 典型流域溝道工程對(duì)水沙變化的貢獻(xiàn)率 392
14.5.1 溝道工程對(duì)王茂溝流域水沙變化的貢獻(xiàn)率 392
14.5.2 溝道工程對(duì)無(wú)定河流域水沙變化的貢獻(xiàn)率 395
14.5.3 無(wú)定河流域治理措施群體作用 398
14.6 典型流域坡面及溝道壩系建設(shè)對(duì)徑流泥沙的影響預(yù)測(cè) 400
14.6.1 流域治理對(duì)徑流泥沙過(guò)程的影響 400
14.6.2 流域治理對(duì)徑流泥沙空間分布的影響 402
14.6.3 坡面及溝道壩系建設(shè)對(duì)徑流侵蝕能量的影響 408
14.7 本章小結(jié) 413
參考文獻(xiàn) 413
第15章 主要結(jié)論 415