王文龙团队历时十余年:黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀分布特征及过程模拟研究

黄土塬是顶面平坦宽阔、周边为沟谷切割的黄土堆积高地,又称黄土平台。黄土高原塬面总面积约为 3.56 万 km2,其中,董志塬保存最完好、面积最大,有“天下黄土第一塬”和“陇东粮仓”的美誉;洛川塬和长武塬是我国的优质苹果基地,“洛川苹果”被认定为中国驰名商标。可见,黄土塬在黄土高原农果业生产中占据十分重要的地位。然而,黄土塬正遭受沟头溯源侵蚀与沟岸坍塌蚕食的威胁,面积不断萎缩。沟头的迅速前进导致大面积塬面的优质农田遭到破坏,同时损坏民居、道路和厂房等生产生活设施,严重威胁粮食安全及当地居民的生产生活安全;沟头溯源产生的大量泥沙不断淤积到下游河床及水库中,可造成严重洪涝灾害。溯源侵蚀已经严重威胁塬区甚至下游区域的生态安全,“固沟保塬”已成为黄土高塬沟壑区十分紧迫的工作。

董志塬沟头溯源侵蚀

黄土高原一场暴雨可使沟头前进几米甚至几十米,沟头溯源侵蚀已使甘肃董志塬面积缩小至不到原来的1/2。但目前对溯源侵蚀过程与机理及植被对溯源侵蚀作用机制的研究还十分薄弱,相关理论体系尚不完善,不能满足黄土高原生态建设与区域可持续发展需求。

作者在总结国内外研究现状,提炼核心科学问题的基础上,申请并主持了“十一五”国家科技支撑计划项目及国家自然科学基金项目,通过野外调查和模拟试验获得大量资料,系统研究沟头分布特征、溯源侵蚀发生发展过程及植被阻控机理等。历时十余年,完成此专著,旨在深入探索黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀规律及阻控机理,为黄土高塬“固沟保塬”及生态环境建设提供科学指导与技术支撑。

《黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀分布特征及过程模拟》旨在丰富和完善水土保持学科知识体系,促进学科发展,深化学者对溯源侵蚀的认识。本书将野外调查与模拟试验相结合,以照片三维重建为技术支撑,形成一套科学有效的溯源侵蚀研究方法,并在重力侵蚀研究方面有所突破。作者培养了一支较高水平的研究生队伍,为学科发展和研究的持续深入积蓄了科研力量,对黄土高塬沟壑区“固沟保塬”、社会经济发展与生态环境建设意义重大。

“十一五”以来,作者先后主持了“十一五”国家科技支撑计划项目“高塬沟壑区农果林多元综合治理模式研究与示范(2006BAD09B09-01)”01 子课题“高塬沟壑区土壤侵蚀过程与防治技术研究”、黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室自主课题“黄土高塬沟壑区董志塬溯源侵蚀分布特征及其发育演化研究”和国家自然科学基金面上项目“黄土塬沟头溯源侵蚀动力过程及形态演化试验研究(41571275)”等。运用土壤侵蚀与水土保持相关理论方法,以当前世界上保存最完整、最具代表性的黄土台塬——董志塬为研究对象,对其沟头溯源侵蚀进行全面的野外考察,并进行长达十余年的野外模拟试验,系统研究黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀分布特征及其影响因素、溯源侵蚀径流泥沙过程、水力-重力作用过程与机制、沟头地貌形态演化过程及植被对沟头溯源侵蚀的阻控机理,为黄土高塬沟壑区“固沟保塬”提供理论基础与科学依据。

本书重点介绍沟头溯源侵蚀过程中重力作用特征与机制及沟头形态演化过程。介绍沟头重力侵蚀特征时,采用情景再现的方式,用现场图片清晰记录和展示重力侵蚀发生过程,对溯源侵蚀过程中重力侵蚀的时空特征等进行研究,成为本书一大亮点;监测沟头形态演化过程中使用国际先进的照片三维重建技术,通过建立沟头三维模型,再现沟头形态演化过程。书后参考文献对进一步了解本书内容有一定的帮助。

傅伯杰院士为本书作序

沟头溯源侵蚀作为黄土高原最活跃的侵蚀形式,在高塬沟壑区总侵蚀量中占比较大。董志塬是国家级和省级商品粮与果品生产基地,其塬面溯源侵蚀异常严重,对道路、村镇和区域粮食安全造成很大威胁。《黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀分布特征及过程模拟》基于对董志塬沟头分布的调查和植被恢复沟头的模拟试验研究,系统阐明沟头溯源侵蚀分布特征及其影响因素,并分析溯源侵蚀中产流产沙过程、水力及重力的作用特征及沟头形态演化过程,揭示植被,尤其是植被根系对沟头溯源侵蚀的阻控效应和作用机制。国内对溯源侵蚀的专门研究较少,起步也较晚,该书作为黄土高塬沟头溯源侵蚀研究的著作,可填补区域沟头溯源侵蚀研究的空白,对水土保持学科发展有促进作用,是对土壤侵蚀与水土保持理论的进一步丰富和深化,可为黄土高塬沟壑区“固沟保塬”与生态环境建设提供科学依据。因此,该书具有较高的学术价值与生产指导意义,其出版值得庆贺。

该书内容丰富、数据翔实,试验监测技术先进,立意新颖、逻辑严密,学术观点独到,研究成果具有明显创新性,学术价值和应用价值均较高。第一,学术思想系统深入,是对董志塬沟头溯源侵蚀多年调查和试验结果的系统总结。第二,针对目前植被根系对沟头溯源侵蚀影响研究薄弱现象,定量揭示黄土高塬植被类型和根系密度对沟头溯源产沙与形态演化过程的影响机制。第三,研究内容丰富,逻辑体系严密,综合多学科研究手段和监测技术,全面介绍黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀特征及发展过程。内容特点包括:阐明不同植被类型和植物密度条件下沟头溯源过程中重力侵蚀发生的时空分布特征;以坡面尺度植物根系控制沟头溯源的机理为突破口,揭示不同植被条件对沟头溯源侵蚀的阻控效应和抑制机理;采用先进的三维立体摄影测量技术,实现对次沟头发育过程的精准再现,对深入理解次沟头溯源侵蚀形态演化过程提供可靠的技术支持;应用价值较强,可为黄土高塬沟壑区“固沟保塬”战略实施提供科学依据与技术支撑。

该书作者王文龙研究员长期从事黄土高原土壤侵蚀研究,主持多项国家自然科学基金项目,在国内外主流期刊发表多篇论文,在土壤侵蚀研究领域有一定影响力。2006 年主持“十一五”国家科技支撑计划项目“高塬沟壑区农果林多元综合治理模式研究与示范”子课题“高塬沟壑区土壤侵蚀过程与防治技术研究”开始,到 2010 年主持黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室自主课题“黄土高塬沟壑区董志塬溯源侵蚀分布特征及其发育演化研究”,再到 2016 年主持国家自然科学基金面上项目“黄土塬沟头溯源侵蚀动力过程及形态演化试验研究”,十几年来,作者对黄土高塬沟壑区土壤侵蚀过程有极为深刻的认识,发现沟头溯源侵蚀为该区产沙最剧烈、危害最严重、破坏最强烈的一种土壤侵蚀方式。作者通过野外实地调查与模拟研究相结合的方法,系统、深入地阐明黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀分布特征及过程。在科学研究中,实现从定性描述溯源侵蚀特征到定量分析溯源侵蚀产沙、沟头形态发育及其影响因素的深化。

中国科学院院士 傅伯杰

内容简介

本书系统研究黄土高塬沟壑区沟头分布特征及溯源侵蚀过程。首先,探明董志塬沟头溯源侵蚀分布特征、沟头前进速率及其影响因素的内在联系;其次,以裸地为对照,研究不同根系密度草地及不同土地利用方式下沟头溯源侵蚀过程,阐述径流泥沙变化、水力学参数变化及侵蚀水动力学特征、重力侵蚀时空分布及其对产沙的影响,以及沟头前进速率、沟道下切速率和形态演化过程;最后,分析土壤性质和根系特征对沟头溯源侵蚀的影响,揭示植被对溯源侵蚀的阻控机制。本书可供环境、水土保持、资源、水利、土壤等领域的管理人员、科技工作者及相关专业高校师生阅读。

目录速览

前言

第1章 绪论 1

1.1 黄土塬沟头溯源侵蚀背景 1

1.2 黄土塬溯源侵蚀研究目的与意义 1

1.3 沟头溯源侵蚀研究进展 2

1.3.1 沟头溯源侵蚀内涵与沟头特征 2

1.3.2 沟头溯源侵蚀研究方法 4

1.3.3 沟头溯源侵蚀影响因素 6

1.3.4 沟头溯源侵蚀触发机制 8

1.3.5 沟头溯源侵蚀预测模型 9

1.3.6 沟头防护措施体系 11

1.4 本章小结 12

第2章 黄土高塬沟壑区溯源侵蚀研究 14

2.1 研究区概况 14

2.1.1 董志塬概况 14

2.1.2 南小河沟小流域概况 16

2.2 研究目标 17

2.2.1 调查研究目标 17

2.2.2 试验研究目标 17

2.3 研究内容 17

2.3.1 野外调查研究内容 17

2.3.2 模拟试验研究内容 18

2.4 技术路线 19

2.5 试验方法 20

2.5.1 野外调查 20

2.5.2 试验研究 21

2.6 试验设计 30

2.7 试验操作图 31

第3章 董志塬沟头溯源侵蚀分布特征及其主要影响因素 33

3.1 董志塬沟头溯源侵蚀分布特征 33

3.1.1 董志塬沟头溯源侵蚀概况 33

3.1.2 董志塬沟头溯源侵蚀强度 34

3.1.3 董志塬沟头溯源侵蚀强度分级 40

3.1.4 董志塬南小河沟小流域沟头溯源侵蚀特征 42

3.2 董志塬沟头溯源侵蚀诱发类型与沟头前进典型实例分析 43

3.2.1 董志塬沟头溯源侵蚀的诱发类型 46

3.2.2 董志塬沟头前进典型实例分析 48

3.3 董志塬流域几何特征对沟头溯源侵蚀的影响 57

3.3.1 流域几何特征 58

3.3.2 典型沟头流域几何特征对沟头溯源侵蚀的影响 59

3.4 本章小结 61

第4章 沟头土体理化性质变化及根系分布特征 63

4.1 沟头土体理化性质变化 63

4.1.1 不同植被盖度退耕地沟头土体理化性质变化 63

4.1.2 不同土地利用方式下沟头土体理化性质变化 69

4.2 沟头土体根系分布特征 76

4.2.1 不同植被盖度沟头土体根系分布特征 76

4.2.2 不同土地利用方式下沟头土体根系分布特征 81

4.3 本章小结 83

第5章 沟头溯源侵蚀产流产沙及泥沙颗粒变化特征 85

5.1 沟头溯源侵蚀产流特征 85

5.1.1 产流过程 85

5.1.2 各因素对径流量的影响 90

5.2 沟头溯源侵蚀产沙特征 104

5.2.1 产沙过程 104

5.2.2 各因素对产沙量的影响 114

5.2.3 沟头溯源侵蚀产沙贡献率特征 125

5.3 沟头溯源侵蚀泥沙颗粒变化特征 126

5.3.1 泥沙颗粒组成变化特征 126

5.3.2 泥沙颗粒特征指标变化特征 127

5.3.3 泥沙颗粒富集率变化特征 133

5.3.4 土地利用方式对泥沙颗粒分选特征的影响 135

5.4 本章小结 139

第6章 沟头溯源径流水动力学特征 141

6.1 不同植被盖度与放水流量下径流水动力学特征 141

6.1.1 径流水力学参数随盖度和放水流量的变化 141

6.1.2 径流水动力学参数随盖度和放水流量的变化 148

6.1.3 不同植被盖度下径流水动力学特征 153

6.2 土地利用方式对径流水动力学特征的影响 156

6.2.1 土地利用方式对沟头径流水力学参数的影响 156

6.2.2 土地利用方式对沟头径流水动力学参数的影响 165

6.2.3 土地利用方式对沟头射流水动力学参数的影响 169

6.2.4 不同土地利用方式下沟头溯源侵蚀产沙水动力学机制 172

6.3 本章小结 174

第7章 沟头前进过程的重力侵蚀特征 176

7.1 重力侵蚀发生的原因分析 176

7.2 沟头溯源过程中重力侵蚀形式及其发生机制 178

7.2.1 重力侵蚀过程与形式 178

7.2.2 沟头溯源重力侵蚀机制 183

7.3 沟头溯源过程中重力侵蚀发生的时空特征 186

7.3.1 重力侵蚀发生的时间特征 186

7.3.2 重力侵蚀发生的空间特征 196

7.3.3 沟头重力崩塌分类与频次统计 204

7.4 沟头溯源重力侵蚀强度特征 205

7.5 本章小结 210

第8章 溯源侵蚀沟头形态演化特征 213

8.1 小区DEM获取 213

8.1.1 钢尺测量获取小区DEM 213

8.1.2 基于照片三维重建技术获取小区DEM 217

8.2 沟沿线提取 222

8.3 沟头前进速率变化特征 223

8.3.1 不同盖度及放水流量下的沟头前进速率 223

8.3.2 不同土地利用方式下的沟头前进速率 227

8.4 沟道下切速率变化特征 230

8.4.1 不同盖度与放水流量下的沟道下切速率 230

8.4.2 不同土地利用方式下的沟道下切速率 240

8.5 侵蚀沟形态变化特征 246

8.5.1 沟道宽深比变化 246

8.5.2 坡面切割度变化 248

8.5.3 沟道形状系数变化 250

8.6 侵蚀沟形态参数与影响因素的关系 253

8.6.1 形态参数与土壤理化性质的关系 253

8.6.2 形态参数与根系的关系 253

8.6.3 沟头前进过程与重力侵蚀的关系 256

8.6.4 沟头前进速率与土壤理化性质及根系特征参数的关系 258

8.7 本章小结 260

第9章 黄土高塬沟壑区溯源侵蚀研究展望 262

参考文献 264

附录 272

彩图

(本文编辑:王芳)

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID:sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品味

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学

传播科学,欢迎您点亮★星标,点赞、在看▼


一份快3平台,一份快3官网,一份快3网址,一份快3下载,一份快3app,一份快3开户,一份快3投注,一份快3购彩,一份快3注册,一份快3登录,一份快3邀请码,一份快3技巧,一份快3手机版,一份快3靠谱吗,一份快3走势图,一份快3开奖结果

Powered by 一份快3 @2018 RSS地图 HTML地图