本書針對流域侵蝕治理的迫切需要，聚焦淺溝和切溝侵蝕過程量化與機理研究的前沿領(lǐng)域，基于大量的野外定位觀測和控制條件模擬試驗資料，結(jié)合立體攝影測量和三維激光掃描等現(xiàn)代測量技術(shù)，揭示了淺溝和切溝的發(fā)生發(fā)展過程，明確了降雨、匯流、壤中流和土壤管道流等侵蝕動力和地形因子對溝蝕過程的影響，基于CCHE2D水動力學模型模擬了淺溝集水區(qū)水動力學參數(shù)的時空分布特征，闡明了切溝發(fā)育過程及其不同發(fā)育階段各主導侵蝕過程對坡面侵蝕的作用，明確了典型流域切溝形態(tài)的空間分布特征，構(gòu)建了切溝寬度、表面積和體積的轉(zhuǎn)換模型等。
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目錄
前言
第1章溝蝕過程研究動態(tài)與研究重點1
1.1細溝、淺溝和切溝侵蝕的區(qū)別1
1.2淺溝侵蝕研究動態(tài)分析3
1.2.1淺溝形成過程與淺溝系統(tǒng)概念3
1.2.2淺溝侵蝕發(fā)生的臨界條件4
1.2.3淺溝侵蝕的影響因子6
1.2.4淺溝侵蝕預報模型8
1.3切溝侵蝕研究動態(tài)分析9
1.3.1切溝發(fā)展階段劃分與切溝發(fā)展的主要方式10
1.3.2切溝發(fā)生的臨界條件10
1.3.3切溝侵蝕的影響因素11
1.3.4切溝侵蝕預報模型12
1.4溝蝕過程的監(jiān)測方法與技術(shù)12
1.4.1傳統(tǒng)測量方法與技術(shù)13
1.4.2現(xiàn)代測量方法與技術(shù)13
1.5溝蝕研究的重點14
參考文獻15
第2章基于野外原型觀測的淺溝侵蝕過程研究22
2.1大型淺溝集水區(qū)淺溝侵蝕過程的監(jiān)測方法23
2.1.1野外觀測站與觀測場布設(shè)23
2.1.2降雨、徑流、產(chǎn)沙與溝道形態(tài)監(jiān)測方法24
2.1.3基于三維激光掃描技術(shù)的淺溝集水區(qū)侵蝕溝形態(tài)監(jiān)測方法25
2.1.4基于立體攝影測量技術(shù)的淺溝溝槽形態(tài)監(jiān)測方法27
2.2侵蝕性降雨特征對淺溝集水區(qū)侵蝕產(chǎn)沙的影響27
2.2.1侵蝕性降雨雨型劃分及降雨特征指標分析27
2.2.2淺溝集水區(qū)徑流和侵蝕產(chǎn)沙對降雨雨型的響應31
2.2.3不同降雨雨型下淺溝集水區(qū)次降雨過程和徑流過程特征33
2.2.4基于不同降雨雨型的淺溝集水區(qū)侵蝕量與降雨特征指標的關(guān)系分析36
2.2.5劃分侵蝕性降雨雨型的淺溝集水區(qū)土壤侵蝕量與PI30方程的驗證38
2.3不同降雨雨型下淺溝集水區(qū)上方來水來沙對淺溝侵蝕的影響40
2.3.1增水系數(shù)與增沙系數(shù)的定義40
2.3.2不同降雨雨型下上方來水來沙對淺溝侵蝕帶產(chǎn)流產(chǎn)沙的貢獻分析41
2.3.3不同降雨雨型下增沙系數(shù)與增水系數(shù)的關(guān)系分析42
2.3.4降雨特征對增沙系數(shù)的影響43
2.4淺溝動態(tài)發(fā)育變化過程的量化研究47
2.4.12003～2015年淺溝發(fā)育動態(tài)變化47
2.4.2基于三維激光掃描技術(shù)的淺溝形態(tài)動態(tài)變化過程49
2.4.3基于立體攝影測量技術(shù)的淺溝溝槽跌坎鏈形態(tài)特征52
2.5結(jié)語54
參考文獻54
第3章基于模擬試驗的淺溝侵蝕過程研究59
3.1降雨強度和坡度對淺溝侵蝕影響的試驗研究60
3.1.1試驗設(shè)計與研究方法60
3.1.2降雨強度和坡度對淺溝坡面土壤侵蝕的影響64
3.1.3降雨強度和坡度對淺溝形態(tài)的影響66
3.1.4基于淺溝系統(tǒng)方向?qū)?shù)值的侵蝕嚴重部位界定69
3.2坡面上方匯流對淺溝侵蝕過程影響的試驗研究73
3.2.1試驗設(shè)計與研究方法73
3.2.2上方匯流強度對淺溝坡面侵蝕的影響75
3.2.3上方匯流強度對淺溝溝槽水流流速的影響80
3.2.4淺溝坡面侵蝕率與上方匯水區(qū)地形及降雨強度的關(guān)系分析81
3.3坡面上方匯流和側(cè)方匯流對淺溝侵蝕影響的試驗研究83
3.3.1試驗設(shè)計與研究方法83
3.3.2上方匯流和側(cè)方匯流對坡面徑流和侵蝕過程的影響87
3.3.3坡面匯流流路與淺溝發(fā)育過程90
3.3.4上方和側(cè)方匯流對坡面土壤侵蝕量的貢獻分析92
3.4結(jié)語93
參考文獻94
第4章壤中流和土壤管道流對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響97
4.1試驗設(shè)計與研究方法98
4.1.1模擬試驗設(shè)備98
4.1.2模擬試驗設(shè)計100
4.1.3跌水坑形態(tài)特征指標102
4.2壤中流水頭高度和坡度對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響103
4.2.1壤中流水頭高度對淺溝溝頭溯源侵蝕及跌水坑形態(tài)的影響103
4.2.2坡度對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響104
4.3土壤管道流對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響106
4.3.1無土壤管道時的溝頭溯源侵蝕過程106
4.3.2土壤管道存在對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響110
4.3.3土壤管道流對淺溝溝頭溯源侵蝕過程的影響111
4.4壤中流和土壤管道流在溝頭溯源過程中的作用114
4.4.1壤中流在溝頭溯源侵蝕過程中的作用114
4.4.2土壤管道和管道侵蝕在溝頭溯源侵蝕中的作用114
4.5結(jié)語115
參考文獻116
第5章基于水動力學模型CCHE2D的淺溝集水區(qū)水動力學參數(shù)時空分布數(shù)值模擬119
5.1CCHE2D模型簡介119
5.1.1CCHE2D模型的控制方程119
5.1.2求解方程組的部分交錯網(wǎng)格的建立120
5.1.3薄層水流水面插值問題的解決方法121
5.1.4邊界條件及初始條件的設(shè)置122
5.2模擬試驗設(shè)計及研究方法123
5.2.1試驗設(shè)計123
5.2.2坡面水動力學參數(shù)的測量及計算方法124
5.3模擬結(jié)果分析125
5.3.1淺溝溝槽水流水動力學參數(shù)特征125
5.3.2細溝間水流水動力學參數(shù)特征127
5.4數(shù)據(jù)模擬結(jié)果及模型驗證128
5.4.1淺溝坡面水流流速和水深的空間分布128
5.4.2CCHE2D模型模擬值與實測值的比較132
5.4.3曼寧公式模擬值與實測值的比較132
5.4.4CCHE2D模型模擬的坡面水動力學參數(shù)的時空分布特征134
5.4.5淺溝溝頭水流流場分布135
5.4.6網(wǎng)格大小對模型模擬的敏感性分析135
5.5結(jié)語136
參考文獻137
第6章基于LIDAR技術(shù)的切溝侵蝕過程試驗研究138
6.1切溝發(fā)育過程的模擬試驗設(shè)計139
6.1.1試驗設(shè)計139
6.1.2實體模型構(gòu)建139
6.1.3試驗步驟與觀測項目140
6.2三維激光掃描技術(shù)動態(tài)監(jiān)測切溝發(fā)育過程的作業(yè)流程140
6.2.1數(shù)據(jù)采集141
6.2.2數(shù)據(jù)配準與拼接142
6.2.3數(shù)據(jù)預處理與坐標轉(zhuǎn)換143
6.2.4TINMESH及等高線生成與侵蝕量估算143
6.2.5基于模擬試驗的LIDAR技術(shù)監(jiān)測切溝發(fā)育過程的技術(shù)流程143
6.3基于LIDAR技術(shù)的切溝形態(tài)定量刻畫145
6.3.1TINMESH對溝蝕形態(tài)的定量刻畫145
6.3.2TINMESH刻畫溝蝕形態(tài)的誤差分析148
6.3.3基于LIDAR技術(shù)的侵蝕量估算149
6.4切溝發(fā)育不同階段主導侵蝕過程及其對溝蝕的貢獻151
6.4.1切溝發(fā)育過程151
6.4.2切溝形態(tài)動態(tài)變化過程154
6.4.3切溝發(fā)育不同階段主導侵蝕過程對溝蝕的貢獻156
6.5結(jié)語158
參考文獻159
第7章切溝形態(tài)的空間分布特征及其體積估算模型161
7.1基于DEM的切溝形態(tài)特征提取方法研究161
7.1.1數(shù)據(jù)預處理161
7.1.2切溝形態(tài)特征參數(shù)的提取164
7.2切溝形態(tài)的空間分布特征與體積估算模型165
7.2.1切溝基本形態(tài)特征的空間分布165
7.2.2切溝衍生形態(tài)特征的空間分布168
7.2.3切溝形態(tài)特征指標間的相關(guān)關(guān)系170
7.2.4基于切溝長度和表面積估算切溝體積的模型構(gòu)建172
7.3基于不同分辨率DEM構(gòu)建切溝形態(tài)特征參數(shù)尺度轉(zhuǎn)換模型175
7.3.10.1m高分辨率與5m分辨率DEM提取切溝形態(tài)特征參數(shù)的對比175
7.3.2切溝形態(tài)特征參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的建立175
7.3.3轉(zhuǎn)換模型驗證176
7.3.4轉(zhuǎn)換模型普適性檢驗177
7.4結(jié)語178
參考文獻178
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