《流域泥沙運(yùn)動與模擬》以土壤侵蝕過程為主線，基于水動力學(xué)與侵蝕、泥沙與河流動力學(xué)及水文生態(tài)學(xué)等理論，從降雨侵蝕產(chǎn)沙、坡面侵蝕產(chǎn)沙、溝道侵蝕產(chǎn)沙、流域侵蝕產(chǎn)沙及河道泥沙輸移等過程，系統(tǒng)地探討其動力學(xué)特性、侵蝕機(jī)理、侵蝕過程及模型模擬；相對完整地將降雨到河川徑流的水動力學(xué)及其伴隨的泥沙侵蝕、搬運(yùn)和輸移等過程，以公式推導(dǎo)、大量實(shí)驗(yàn)成果歸納、分布式模型構(gòu)建、國際成熟模型運(yùn)用等，展現(xiàn)于讀者�！读饔蚰嗌尺\(yùn)動與模擬》內(nèi)容系統(tǒng)性強(qiáng)、理論與實(shí)踐相結(jié)合、方法與應(yīng)用相結(jié)合，并涵蓋了作者三十多年的實(shí)際科研工作。
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流域水沙過程包括降雨產(chǎn)流、匯流，以及泥沙侵蝕、輸移、沉積的全過程。河流泥沙來源于流域泥沙，流域環(huán)境決定著進(jìn)入河流的水沙條件，而水沙條件變化又進(jìn)一步影響河床演變過程。通常情況下，河流泥沙與河床演變學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)是河流泥沙運(yùn)動與河道沖淤過程，而土壤侵蝕與水土保持學(xué)則重點(diǎn)關(guān)注流域面上降雨徑流和侵蝕產(chǎn)沙過程。因此，加強(qiáng)流域泥沙運(yùn)動與模擬研究，揭示流域侵蝕產(chǎn)沙與河流泥沙運(yùn)動及河床演變的內(nèi)在關(guān)系具有重要理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
該書將泥沙的侵蝕、搬運(yùn)和沉積作為一個(gè)整體，對流域與河流泥沙運(yùn)動全過程進(jìn)行系統(tǒng)研究。首先，通過分析雨滴降落過程中的力學(xué)特性，研究降雨經(jīng)林冠層到達(dá)土壤產(chǎn)生濺蝕的整個(gè)動力過程及植被的防蝕作用；其次，以能量概念表征坡面流的水力特性和侵蝕力，采用水流功率理論分析坡面流和雨滴擊濺共同作用下的輸沙能力；再次，從溝道水流沖刷力、溝坡下滑力和溝坡穩(wěn)定安全系數(shù)等角度進(jìn)行力學(xué)分析和推演，描述溝道產(chǎn)沙過程，并探討了流域泥沙輸移至河道與河口的動力學(xué)計(jì)算、模擬及河口演變規(guī)律；最后，運(yùn)用泥沙運(yùn)動力學(xué)基本理論與方法，結(jié)合地理學(xué)、地貌學(xué)、水文學(xué)等學(xué)科知識，建立了具有物理過程基礎(chǔ)的小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上首次構(gòu)建了壩系流域侵蝕產(chǎn)沙分布式模型，用來揭示壩系作為一個(gè)由結(jié)構(gòu)、等級、功能各異的單項(xiàng)工程組成的復(fù)雜系統(tǒng)對水沙運(yùn)動的調(diào)控作用。
該書作者一直致力于泥沙運(yùn)動、河床演變、河口海岸、土壤侵蝕、水土保持與生態(tài)環(huán)境等學(xué)科的交叉研究，從事科研工作30年來，承擔(dān)了大量的基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)項(xiàng)目，取得了豐富的研究成果，該書是總結(jié)、梳理和提煉作者近30年研究工作而形成的系統(tǒng)成果，它是全面論述水沙從流域、坡面、溝道、河流以至河口的侵蝕、搬運(yùn)和沉積的重要著作。相信本書的出版，能為土壤侵蝕、水土保持、泥沙運(yùn)動和與河床演變等學(xué)科綜合和交叉研究提供新思路。
3．森林植被莖干與坡面流的作用機(jī)理
森林對徑流能量的影響，主要是由于林木對徑流的分散阻止作用，增大地表徑流的阻力系數(shù)。當(dāng)雨滴落到坡面上以后，順坡而下，流經(jīng)植物莖干，植物莖干對坡面流產(chǎn)生阻滯作用，就像橋墩一樣，出現(xiàn)流體繞物體的繞流運(yùn)動，坡面流作用于莖干的力，即繞流阻力，使不斷順坡流來的坡面流將部分壓能轉(zhuǎn)化為動能，改變原來的運(yùn)動方向，沿著莖干兩側(cè)繼續(xù)向前流動，流速增加，出現(xiàn)流線分歧現(xiàn)象。試驗(yàn)時(shí)，在植被莖干的前部滴人示蹤劑可明顯觀察到坡面流遇到莖干后的繞流現(xiàn)象，徑流局部變形，流線分歧，流速增加。
坡面流的繞流運(yùn)動，使坡面局部阻力增大，在莖干的迎水面和兩側(cè)很容易將周圍的泥沙帶起。在背水面，水流在這里匯聚，流速減小，被帶起的泥沙會慢慢在這里沉積。因而覆蓋物的出現(xiàn)增加了泥沙顆粒的起動機(jī)會，使得在有覆蓋的情況下，泥沙在更小的徑流速度下也可以發(fā)生起動。而莖千周圍的床面仍然非常平整，沒有起動現(xiàn)象的出現(xiàn)。
研究莖干擾流規(guī)律對合理林木密度非常有益，由于林木密度的變化，局部沖積的形態(tài)以及每個(gè)局部形態(tài)相互干擾的情形也不相同。一方面阻力增大，水深不斷地增加，水深的增加可能會使周圍的水流影響到床面沙粒的機(jī)會減小；另一方面，林木之間的間距變小，這使水流流動受阻產(chǎn)生的渦流沒有空間充分發(fā)展，它們互相干擾，消散能量，因而減小了對沙粒起動的影響。衛(wèi)海燕等用塑料管作覆蓋研究了泥沙起動問題，實(shí)際上也反映了一種坡面流繞流運(yùn)動現(xiàn)象，雖然試驗(yàn)用的塑料管與森林植被的莖干特性不同，但也有其相似性。
莖干繞流現(xiàn)象對坡面流的作用，是植被對徑流的作用，不同于植被對降雨特性的影響，林木在一定種植密度內(nèi)，會使泥沙起動流速減小，增加坡面侵蝕。因此，應(yīng)合理選擇林木的種植密度，才能起到減少坡面水蝕的作用。
4．枯落物層與坡面徑流的作用機(jī)理
森林植被枯枝落葉層防止水蝕的機(jī)理主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：一是消除林冠降雨雨滴對坡面土壤及坡面流的擊濺動能，從根本上消除擊濺侵蝕發(fā)生；二是枯落物層的存在增大了地表有效糙率，使坡面流流動受阻，部分能量損耗，從而減少坡面侵蝕；三是其具有一定的儲水持水能力，可以有效延長徑流歷時(shí)和增加土壤人滲。數(shù)十年來，國內(nèi)外學(xué)者通過大量試驗(yàn)，認(rèn)為雨滴濺蝕是引起土壤侵蝕的重要因素。韓冰等(1994)通過28年生油松人工林內(nèi)濺蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)枯落物層具有一定厚度時(shí)濺蝕與其他因素?zé)o關(guān)，濺蝕主要發(fā)生在清除枯落物層的林下，隨枯落物層厚度增加，濺蝕量劇減。
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