《植被阻延徑流及其固土抗蝕機(jī)理》在總結(jié)植被控制水土流失作用的基礎(chǔ)上,用野外定位動態(tài)監(jiān)測、野外徑流沖刷、室內(nèi)人工模擬降雨試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的研究方法,將植被一土壤一侵蝕作為一個水文耦合系統(tǒng),圍繞植被減蝕作用機(jī)理開展研究,定量表征了天然降雨和模擬降雨條件下植被減流減沙效益,闡明了不同被覆坡面水沙耦合關(guān)系與侵蝕形態(tài)特征,分析了地表阻力和土壤黏聚力對植被作用的力學(xué)響應(yīng)關(guān)系,揭示了植被阻延徑流及其固土作用力學(xué)驅(qū)動機(jī)制。研究成果旨在深化土壤侵蝕力學(xué)研究,為科學(xué)詮釋水沙變化成因的植被減沙貢獻(xiàn)作用提供科學(xué)依據(jù)。
《植被阻延徑流及其固土抗蝕機(jī)理》可供從事土壤侵蝕、水土保持、生態(tài)水文、地理學(xué)等研究領(lǐng)域的相關(guān)科學(xué)人員閱讀,也可供高等院校相關(guān)師生參考。
黃土高原是世界上水土流失最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū),也是黃河泥沙的主要來源區(qū),黨和國家對黃土高原生態(tài)建設(shè)極為重視,長期以來投入大量人力物力持續(xù)開展了大規(guī)模的水土流失治理工作,取得了顯著成效。2000年以來,隨著退耕還林(草)、封禁政策實(shí)施和水土保持工作力度不斷加大,黃土高原植被覆蓋狀況得到明顯改善。同時(shí),黃河潼關(guān)站年實(shí)測徑流量由1919~1959年的平均426.14億m3減少到2000~2016年的平均216.22億m3,減少了49.3%;黃河潼關(guān)站實(shí)測輸沙量由1919~1959年的平均15.9億t減少到2000~2016年的平均2.45億t,減少幅度達(dá)到84.6%。黃河徑流輸沙銳減成因中,植被措施變化起到多大作用,已成為當(dāng)前人們關(guān)注的熱點(diǎn)。因此,深化植被減蝕作用的力學(xué)機(jī)理研究不僅可以促進(jìn)土壤侵蝕動力學(xué)的發(fā)展,也可為大規(guī)模退耕還林還草和植被恢復(fù)重建提供科學(xué)依據(jù)。
為此,本書基于黃河上中游地區(qū)植被覆蓋顯著提高與同時(shí)期黃河水沙發(fā)生銳減的背景,揭示了植被阻延徑流及其固土作用的機(jī)理。全書共8章。第1章緒論,系統(tǒng)回顧了植被阻延徑流及其固土抗蝕作用的研究背景和意義,并對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,研究成果及存在問題等進(jìn)行了梳理。第2章主要介紹了野外采樣、野外徑流沖刷和室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)等研究方法,并對野外研究區(qū)概況、試驗(yàn)布置、野外采樣和分布情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第3章從天然降雨、模擬降雨和野外模擬沖刷試驗(yàn)手段,分別闡述了植被的減流減沙效益作用。第4章從不同被覆角度闡述了坡面水沙耦合關(guān)系,以及不同立地條件下的水沙過程和坡面侵蝕形態(tài)演變過程。第5章介紹了不同覆蓋度坡面水沙過程及被覆變化對水沙參數(shù)、水沙過程、水沙關(guān)系的影響。第6章介紹了地表阻力對植被作用的響應(yīng)關(guān)系,分析了不同被覆坡面流阻力的變化特征,建立了基于支持向量機(jī)(SVM)的坡面流阻力系數(shù)模型。第7章分析了不同被覆條件下植被坡面水動力學(xué)參數(shù)特征,從單位水流功率、斷面單位能量和水動力學(xué)參數(shù)角度分析了植被一土壤一侵蝕互動作用的水動力學(xué)驅(qū)動機(jī)制。第8章分析了植被坡面黏聚力和土壤抗剪強(qiáng)度變化特征,揭示了植被增強(qiáng)土壤抗蝕性的力學(xué)機(jī)理。
本書研究成果由國家自然科學(xué)基金“黃土丘陵區(qū)植被作用下產(chǎn)流機(jī)制及侵蝕動力響應(yīng)”(41571276)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“植被多元覆蓋結(jié)構(gòu)對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程的調(diào)控機(jī)制”(41701326)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“砒砂巖區(qū)多動力復(fù)合侵蝕時(shí)空分布規(guī)律”、黃河水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)“黃土高原植被恢復(fù)閾值與減沙潛力研究”共同資助完成。
本書協(xié)作過程中,項(xiàng)目組成員通力合作,進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)整理分析工作。全書撰寫分工如下:第1章由肖培青、秦瑞杰撰寫;第2章由肖培青、楊春霞、甄斌撰寫;第3章由肖培青、甄斌撰寫;第4章由楊春霞、甄斌撰寫;第5章由甄斌、楊春霞撰寫;第6章由焦鵬、肖培青、秦瑞杰撰寫;第7章由肖培青、秦瑞杰、焦鵬撰寫;第8章由肖培青、甄斌、秦瑞杰撰寫。全書由肖培青、楊春霞統(tǒng)稿。
另外,本書的撰寫得到了姚文藝、鄭粉莉、史學(xué)建等專家的指導(dǎo)和幫助,他們對本書的編寫提出了寶貴的建議,對提高書稿質(zhì)量大有裨益,在此表示衷心感謝。在本書的初稿整理過程中,黃河水利出版社編輯李洪良給予了很大幫助,在此一并表示感謝。
由于作者水平有限,書中難免出現(xiàn)疏漏之處,懇請讀者批評指正。
前言
第1章 緒論
1.1 研究背景
1.2 研究意義
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
1.4 存在的問題
第2章 研究思路與方法
2.1 野外試驗(yàn)區(qū)概況
2.2 野外力學(xué)土樣采集與試驗(yàn)方法
2.3 野外模擬沖刷試驗(yàn)
2.4 室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)
第3章 植被減流減沙效益
3.1 天然降雨條件下植被減流減沙效益
3.2 模擬降雨條件下植被減流減沙效益
3.3 野外模擬沖刷條件下植被減流減沙效益
第4章 不同被覆坡面水沙耦合關(guān)系分析
4.1 模擬降雨條件下坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程
4.2 野外徑流沖刷條件下坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程
4.3 不同被覆下坡面侵蝕形態(tài)演變過程
第5章 不同覆蓋度坡面水沙過程
5.1 不同覆蓋度坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程
5.2 被覆變化對水沙關(guān)系的影響
5.3 被覆類型對水沙參數(shù)的影響分析
5.4 覆蓋度對水沙參數(shù)的影響分析
5.5 坡面徑流水沙過程演變特征
5.6 被覆對坡面水沙關(guān)系的作用程度
第6章 地表阻力對植被作用的響應(yīng)關(guān)系
6.1 不同被覆條件下坡面流阻力系數(shù)變化特征
6.2 坡面流阻力系數(shù)的影響因素分析
6.3 不同被覆坡面阻力系數(shù)的定量確定
6.4 基于支持向量機(jī)(SVM)的坡面流阻力系數(shù)模型
6.5 小結(jié)
第7章 植被坡面水動力學(xué)參數(shù)特征
7.1 不同被覆條件下坡面水流水力學(xué)參數(shù)特征
7.2 不同被覆條件下坡面水流水力學(xué)參數(shù)與侵蝕產(chǎn)沙量的關(guān)系
7.3 植被-土壤-侵蝕互動作用的水動力學(xué)驅(qū)動機(jī)制
第8章 植被增強(qiáng)土壤抗蝕性的力學(xué)機(jī)理
8.1 野外試驗(yàn)區(qū)植被坡面黏聚力變化過程
8.2 植被增強(qiáng)土壤黏聚力的模擬試驗(yàn)研究
8.3 不同被覆坡面黏聚力的影響因素分析
8.4 植被增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度力學(xué)模型驗(yàn)證分析
8.5 土壤侵蝕力學(xué)原理
8.6 植被增強(qiáng)土壤抗蝕性的力學(xué)模式分析
8.7 植被增強(qiáng)土壤抗蝕性的定量評價(jià)
8.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)