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)建設及其水沙效應 4
1.2.3 淤地壩地貌水文效應 6
1.2.4 淤地壩減水減沙效益 8
1.2.5 流域水文泥沙過程模擬 11
1.3 研究區(qū)域概況 15
1.4 研究目標與研究內(nèi)容 18
參考文獻 19
第2章 植被/景觀變化的水沙調(diào)節(jié)機制 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 蓄水減沙效益計算方法 26
2.1.2 植被格局對坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙調(diào)控作用 27
2.2 間歇性降雨對產(chǎn)流產(chǎn)沙過程的影響 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 植被格局對產(chǎn)流產(chǎn)沙過程的影響 30
2.4 植被格局對徑流流速的影響 31
2.4.1 植被格局對坡溝系統(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 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水沙變化的影響 44
2.7 本章小結(jié) 45
參考文獻 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-輸沙關系演變規(guī)律 52
3.2 極端水沙事件的時空分布規(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 年最大水沙事件時空分布綜合分析 58
3.3 極端洪水事件發(fā)生的主導因子 59
3.3.1 降雨對極端洪水事件的影響 59
3.3.2 河道內(nèi)蓄水量對極端洪水事件的影響 62
3.3.3 極端洪水事件主導因子的分析 62
3.4 極端泥沙事件發(fā)生的主導因子 65
3.4.1 降雨對極端泥沙事件的影響 65
3.4.2 徑流對極端泥沙事件的影響 65
3.4.3 河道內(nèi)泥沙存儲對極端泥沙事件的影響 68
3.4.4 極端泥沙事件主導因子的分析 69
3.4.5 引發(fā)極端泥沙事件主導因子的傳播過程 72
3.5 本章小結(jié) 75
參考文獻 76
第4章 黃河流域頭道拐至潼關區(qū)間水庫淤積時空分布特征 79
4.1 頭道拐至潼關區(qū)間黃土高原地區(qū)水庫群分布特征 79
4.1.1 水庫分布概況 79
4.1.2 渭河流域水庫分布概況 80
4.1.3 河龍區(qū)間水庫分布概況 83
4.1.4 汾河流域水庫分布概況 83
4.2 水庫淤積量測算方法 85
4.2.1 流域干支流水庫泥沙淤積調(diào)查情況與分析 85
4.2.2 水庫淤積量估算方法 86
4.3 渭河流域水庫淤積量 88
4.3.1 渭河流域大型水庫淤積量 88
4.3.2 渭河流域中型水庫淤積量 89
4.3.3 渭河流域小型水庫淤積量 93
4.3.4 渭河流域水庫淤積量測算 98
4.4 河龍區(qū)間水庫淤積量 98
4.4.1 河龍區(qū)間大型水庫淤積量 98
4.4.2 河龍區(qū)間中型水庫淤積量 100
4.4.3 河龍區(qū)間小型水庫淤積量 101
4.4.4 河龍區(qū)間水庫淤積量測算 103
4.5 汾河流域水庫淤積量 103
4.6 頭道拐至潼關區(qū)間水庫的攔沙作用及未來攔沙效益分析 106
4.6.1 水庫總體淤積量 106
4.6.2 水庫庫容淤積率 107
4.6.3 水庫未來攔沙效益分析 108
4.7 典型水庫群調(diào)控模式對進入下游河道泥沙的影響 109
4.7.1 無定河流域攔沙水庫現(xiàn)狀 110
4.7.2 無定河流域水庫群運用方式 113
4.7.3 無定河流域水庫群運用方式對進入下游泥沙的影響 115
4.8 本章小結(jié) 115
參考文獻 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別 163
5.6 本章小結(jié) 164
參考文獻 165
第6章 淤地壩系調(diào)峰消能機理與模擬 166
6.1 淤地壩系水動力過程模擬 168
6.1.1 “7 15”洪水模型驗證 168
6.1.2 流域壩系內(nèi)部洪水過程演變 170
6.2 不同重現(xiàn)期淤地壩系水動過程模擬 174
6.2.1 洪峰流量對比 175
6.2.2 徑流能量削減對比 177
6.3 級聯(lián)壩系對設計暴雨洪水的影響分析 179
6.4 淤地壩淤積過程對徑流侵蝕動力的影響 183
6.4.1 淤地壩淤積過程對徑流動能的影響 183
6.4.2 淤地壩淤積過程對徑流勢能的影響 185
6.4.3 淤地壩淤積過程對徑流侵蝕功率的影響 187
6.4.4 淤地壩壩系效應概化研究 187
6.5 本章小結(jié) 190
參考文獻 191
第7章 流域侵蝕能量時空分布格局 192
7.1 流域水沙能量動力關系模擬 192
7.1.1 流域徑流輸沙關系物理解析 192
7.1.2 徑流侵蝕功率 192
7.2 無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系分析 194
7.2.2 流域徑流輸沙的空間分布 196
7.2.3 無定河流域徑流侵蝕功率的空間分布 198
7.2.4 無定河流域徑流侵蝕功率的空間尺度效應 199
7.3 大理河流域水-能-沙時空分布規(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程 202
7.3.3 徑流模數(shù)的時空分布 205
7.3.4 輸沙模數(shù)的時空分布 207
7.3.5 徑流侵蝕功率的時空分布 209
7.3.6 徑流模數(shù)、輸沙模數(shù)、徑流侵蝕功率的關系 212
7.4 延河流域侵蝕能量空間分布及其與生態(tài)建設響應關系 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 214
7.4.3 徑流侵蝕功率時空分布與流域環(huán)境及生態(tài)建設響應關系 218
7.5 本章小結(jié) 221
參考文獻 222
第8章 級聯(lián)壩系布局及其對水沙動力的調(diào)控作用 223
8.1 王茂溝流域壩系布局分析 223
8.1.1 壩系單元劃分 223
8.1.2 壩系級聯(lián)物理模式 223
8.2 壩系布局對徑流過程的影響 224
8.2.1 不同壩型組合對徑流過程影響 224
8.2.2 不同壩系級聯(lián)方式對徑流過程的影響 227
8.3 單壩對溝道徑流侵蝕動力過程的調(diào)控作用 229
8.3.1 建壩前后流速隨時間的變化 229
8.3.2 建壩前后徑流剪切力隨時間的變化 230
8.3.3 建壩前后徑流功率隨時間的變化 232
8.3.4 建壩前后單位水流功率隨時間的變化 233
8.4 壩系布局對溝道徑流侵蝕動力過程的調(diào)控作用 234
8.4.1 流速的時空變化 235
8.4.2 徑流剪切力的時空變化 236
8.4.3 徑流功率的時空變化 237
8.4.4 徑流能量的時空變化 238
8.4.5 徑流侵蝕功率的空間變化 240
8.5 壩系級聯(lián)方式對溝道侵蝕動力過程的調(diào)控作用 240
8.5.1 流速隨時間變化 241
8.5.2 徑流剪切力隨時間變化 241
8.5.3 徑流功率隨時間變化 242
8.5.4 徑流侵蝕功率空間分布 242
8.5.5 壩系布局對流域輸沙量的調(diào)控作用 244
8.6 淤地壩系結(jié)構與布局對水沙變化的作用 246
8.6.1 壩型組合對小流域暴雨洪水過程的影響 246
8.6.2 壩系級聯(lián)方式對小流域暴雨洪水過程的影響 247
8.6.3 淤地壩連通性與水沙輸移響應關系 247
8.7 本章小結(jié) 249
參考文獻 250
第9章 淤地壩淤積泥沙特性及其對流域泥沙的再分配作用 251
9.1 淤地壩對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 265
第10章 泥沙來源研究方法及流域泥沙來源辨識 266
10.1 黃土高原泥沙來源研究方法 266
10.2 典型壩系小流域泥沙來源辨識 267
10.2.1 內(nèi)蒙古園子溝流域泥沙來源 267
10.2.2 橫山元坪小流域泥沙來源 271
10.2.3 綏德埝堰溝小流域泥沙來源 278
10.3 黃土高原小流域泥沙來源變化 280
10.3.1 皇甫川流域 281
10.3.2 無定河流域 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 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)來源及處理 297
11.2.3 模擬工況設置 301
11.3 模型構建與驗證 303
11.3.1 三維網(wǎng)格的構建 303
11.3.2 邊界條件和初始條件設置 305
11.3.3 模型參數(shù)設置 305
11.3.4 模型的率定和驗證結(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 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 淤滿淤地壩淤積動態(tài)與攔沙關系概述 328
12.2 淤地壩水沙阻控能力模擬 329
12.2.1 模擬對象及參數(shù)設置 329
12.2.2 模擬流程 329
12.2.3 降雨序列和動網(wǎng)格 330
12.2.4 判定準則 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 縱向淤積剖面對比 343
12.5 本章小結(jié) 344
參考文獻 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理 368
13.5.1 淤地壩破壞前后陡坎發(fā)育過程 368
13.5.2 淤滿淤地壩破壞后的泥沙侵蝕過程 373
13.6 本章小結(jié) 375
參考文獻 376
第14章 溝道工程流域水沙阻控效應與貢獻率識別 377
14.1 壩系水沙阻控群體效應 377
14.1.1 淤地壩系水沙阻控機理解析 377
14.1.2 壩系水沙阻控群體效應驗證 380
14.2 淤地壩系減蝕機理 381
14.2.1 淤地壩系減蝕效應理論分析 381
14.2.2 王茂溝流域淤地壩系修建前后侵蝕勢能對比 382
14.3 淤地壩系水沙調(diào)控異地效應 385
14.4 淤地壩對典型流域水沙變化的貢獻率 386
14.4.1 黃河中游主要河流水沙變化趨勢 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 水沙關系變化 391
14.4.6 溝道和坡面貢獻率 392
14.5 典型流域溝道工程對水沙變化的貢獻率 392
14.5.1 溝道工程對王茂溝流域水沙變化的貢獻率 392
14.5.2 溝道工程對無定河流域水沙變化的貢獻率 395
14.5.3 無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對徑流泥沙的影響預測 400
14.6.1 流域治理對徑流泥沙過程的影響 400
14.6.2 流域治理對徑流泥沙空間分布的影響 402
14.6.3 坡面及溝道壩系建設對徑流侵蝕能量的影響 408
14.7 本章小結(jié) 413
參考文獻 413
第15章 主要結(jié)論 415