《流域泥沙運(yùn)動(dòng)與模擬》以土壤侵蝕過(guò)程為主線(xiàn)，基于水動(dòng)力學(xué)與侵蝕、泥沙與河流動(dòng)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(guò)程，系統(tǒng)地探討其動(dòng)力學(xué)特性、侵蝕機(jī)理、侵蝕過(guò)程及模型模擬；相對(duì)完整地將降雨到河川徑流的水動(dòng)力學(xué)及其伴隨的泥沙侵蝕、搬運(yùn)和輸移等過(guò)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(guó)際成熟模型運(yùn)用等，展現(xiàn)于讀者�！读饔蚰嗌尺\(yùn)動(dòng)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(guò)程包括降雨產(chǎn)流、匯流，以及泥沙侵蝕、輸移、沉積的全過(guò)程。河流泥沙來(lái)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(guò)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(dòng)與河道沖淤過(guò)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(guò)程。因此，加強(qiáng)流域泥沙運(yùn)動(dòng)與模擬研究，揭示流域侵蝕產(chǎn)沙與河流泥沙運(yùn)動(dòng)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(shū)將泥沙的侵蝕、搬運(yùn)和沉積作為一個(gè)整體，對(duì)流域與河流泥沙運(yùn)動(dòng)全過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)研究。首先，通過(guò)分析雨滴降落過(guò)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(dòng)力過(guò)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(guò)程，并探討了流域泥沙輸移至河道與河口的動(dòng)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(dòng)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(shí)，建立了具有物理過(guò)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(lái)揭示壩系作為一個(gè)由結(jié)構(gòu)、等級(jí)、功能各異的單項(xiàng)工程組成的復(fù)雜系統(tǒng)對(duì)水沙運(yùn)動(dòng)的調(diào)控作用。
該書(shū)作者一直致力于泥沙運(yùn)動(dòng)、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(lái)，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(shū)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(shū)的出版，能為土壤侵蝕、水土保持、泥沙運(yùn)動(dòng)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(duì)徑流能量的影響，主要是由于林木對(duì)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(duì)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(dòng)，坡面流作用于莖干的力，即繞流阻力，使不斷順坡流來(lái)的坡面流將部分壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，沿著莖干兩側(cè)繼續(xù)向前流動(dòng)，流速增加，出現(xiàn)流線(xiàn)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(guān)察到坡面流遇到莖干后的繞流現(xiàn)象，徑流局部變形，流線(xiàn)分歧，流速增加。
坡面流的繞流運(yùn)動(dòng)，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?chē)哪嗌硯稹Ｔ诒乘�，水流在這里匯聚，流速減小，被帶起的泥沙會(huì)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(dòng)機(jī)會(huì)，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(dòng)。而莖千周?chē)拇裁嫒匀环浅Ｆ秸�，沒(méi)有起動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。
研究莖干擾流規(guī)律對(duì)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(huì)使周?chē)乃饔绊懙酱裁嫔沉５臋C(jī)會(huì)減��；另一方面，林木之間的間距變小，這使水流流動(dòng)受阻產(chǎn)生的渦流沒(méi)有空間充分發(fā)展，它們互相干擾，消散能量，因而減小了對(duì)沙粒起動(dòng)的影響。衛(wèi)海燕等用塑料管作覆蓋研究了泥沙起動(dòng)問(wèn)題，實(shí)際上也反映了一種坡面流繞流運(yùn)動(dòng)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(duì)坡面流的作用，是植被對(duì)徑流的作用，不同于植被對(duì)降雨特性的影響，林木在一定種植密度內(nèi)，會(huì)使泥沙起動(dòng)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(duì)坡面土壤及坡面流的擊濺動(dòng)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(dòng)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(chǔ)水持水能力，可以有效延長(zhǎng)徑流歷時(shí)和增加土壤人滲。數(shù)十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)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(guò)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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