河流水沙灾害及其防治(精)/武汉大学学术丛书

    由于我国水土流失严重，近年来因泥沙输移变化引起江河水沙灾害加剧的现象越来越严重，开展水沙灾害形成机理、预测及防治的研究，无论在理论上还是在实际应用中都具有重要的意义。水沙灾害具有丰富的内涵和外延，涉及到水文学、水力学、河流动力学、地理地貌学及社会经济学等多学科的交叉问题。本书重点介绍了作者近年来在国家自然科学基金委员会重大项目资助下有关河流水沙灾害机理及防治方面的研究成果。全书针对近年来出现的小水大灾现象，以河流水沙灾害为对象，以泥沙冲淤造成的江河洪水灾害为重点，系统介绍泥沙运动与江河湖泊洪水灾害的相互关系。主要内容包括 ：河流水沙灾害的形成机理、模拟预测、评估防治等。本书可供水文学、水利学、地理地貌学和自然灾害学等学科的科技工作者及高等院校师生参考。

    李义天，1957年8月生，山西朔州人，武汉大学教授、博士生导师，中国水利学会 泥沙专业委员会副主任，湖北省水利学会泥沙专委会主任，国家重点基础研究发展计划（973计划）“长江流域水沙产输朦胧主其与一环境变化耦合机理”项目首席科学家。1977年考入武汉水利电力学院，1987年获该校博士学位，毕业后留校任教。1988年任副教授，1991年任教授。一直从事河流工程的教学与科研工作，主持完成国家自然科学基金重点、重大项目；中加合作CIDA项目；长江三峡工程上游变动回水区、坝区及坝下游等泥沙问题研究项目数十项。建立的“一、二维嵌套水沙数学模型”，在全国许多水电站、南水北调中线工程、长江中下游河道及主要支流，如汉江、赣江等河道及航道整治工程研究中得到应用；建立的“蓄滞洪区洪水调度模型”，在荆江等流域的洪水调度中广泛应用。对河流水沙灾害的形成机理、研究方法、模拟预测、评估及防治等方面进行了系统的研究，提出了泥沙资源化的新思路，在减灾的同时变害为利。公开发表论文70多篇，出版专著、教材6部。获国家教委及水利部科技进步奖，作出突出贡献的中国博士学位获得者、全国优秀教师、中国青年科技奖、霍英东青年教师奖、湖北科技精英、湖北省有突出贡献的中青年专家、“国家电力公司特等劳模”等奖励和荣誉。

    

第一章 概论
第一节 水沙灾害定义和研究范围
第二节 水沙灾害的产生过程
第三节 水沙灾害研究的意义
一、我国的洪灾
二、水沙灾害对洪灾的影响
三、江河水沙灾害研究的意义
第四节 水沙灾害研究进展
一、当前研究存在的问题
二、水沙灾害机理研究进展
三、防灾减灾措施研究进展
第五节 水沙灾害研究方法
一、资料分析方法
二、水沙运动的水文学及河流动力学模拟方法
三、数值试验方法
四、地理地貌学的方法
第六节 本书的主要内容
参考文献
第二章 暴雨产流与洪水预报
第一节 暴雨洪水形成的天气因素
一、降雨的基本特征量及特性曲线
二、我国的暴雨特征
三、灾害性暴雨洪水的一般特点和规律
四、各流域代表性暴雨
五、主要江河暴雨洪水特性
第二节 暴雨洪水要素及其度量
一、暴雨洪水要素及其度量
二、径流形成这程与预报
第三节 河段洪水预报
一、洪水预报的内容与分类
二、河段洪水预报
第四节 湖泊调洪计算
参考文献
第三章 泥沙产生及模拟
第一节 产沙机理及其影响因素
一、土壤侵蚀方式
二、侵蚀影响因素
第二节 流域产沙模型
一、土壤流夫模型
二、泥沙输移比的模拟计算
第三节 水土保持措施
一、减少土壤侵蚀施
二、减小漓以域泥沙输移比
三、综合治理，水土保持与发展农、林、牧、副生产结合
参考文献
第四章 河道及蓄滞洪区小沙数字模型
第一节 水沙数学模型简介
一、数学模型在水沙灾害研究中的应用
二、数值计算方法概述
三、水沙数学模型存在的问题
第二节 一维非恒定水沙数学模型
一、基本控制方程
二、一维非恒定水流运动方程的求解
三、一维非恒定水沙数学模型的建立
四、有关问题的处理
第三节 河网水沙数学模型
一、汊点基本方程
二、河网模型的汊点分组解法
三、河网泥沙模型的建立
第四节 蓄滞洪区水沙演进模型
一、蓄滞洪区平面二维水流模型
二、蓄滞洪区平面二维泥沙模型
第五节 模型验证与运用
一、河网水沙模型的验证
二、蓄滞洪区水沙演进模型的验证
参考文献
第五章 人工神经网络在水沙运动模拟中的应用
第六章 区域泥沙输移
第七章 泥沙淤积对洪水位的影响
第八章 泥沙淤积与土地利用对洪水调节能力的影响
第九章 水沙灾害的评估
第十章 水沙灾害防治策略

3．水力侵蚀
水力侵蚀是在降水、降雨形成的地表径流作用下，土体被分离、输移和沉积的过程。不论根据动力作用于地面的强度、频率、分布范围还是产沙贡献，水力侵蚀都是最主要的侵蚀产沙模式。常见的水蚀形式有面蚀和沟蚀两种。
(1)面蚀
面状侵蚀产沙包括雨滴击溅侵蚀产沙、流水的片状侵蚀产沙和细沟侵蚀。雨滴打击地面，破坏土壤结构使土壤颗粒从土体表面剥离，使部分土粒溅起并向四周位移，这个过程称为面蚀。当降雨持续一定时段后，地表形成的流速不大的薄水层对地表土的均匀侵蚀现象称为片蚀。随着降雨的持续，地表形成无数条股流顺坡运动，将地表冲刷成时分时合的网状侵蚀沟(细沟)，此过程为细沟侵蚀。
面蚀的三种形式是随着降雨的持续，与坡面上不同的水流状况相对应的。雨初，土壤下渗能力大，坡面上不形成径流，降雨一方面溅蚀形成松散沉积物，一方面为土壤所吸收。随着降雨的持续，地表逐渐形成地面径流。当地表水深很小时，较大的雨滴仍能击穿水层溅起土粒，但此时雨滴动能的一部分用于扰动水层使径流紊动加大。因此，虽然雨滴的溅蚀作用减小，却增大了径流的挟沙能力，形成片蚀。当水层厚度达到一定值时，雨滴动能不能击穿水层，击溅作用消失。当地面径流由分散的流速较低的层状流汇集成股流，水流挟沙能力进一步加大，地面被侵蚀出细沟，片蚀此时只在细沟间的坡面上发生。
(2)沟蚀
沟蚀是指不同等级的沟谷在暂时性水流作用下的侵蚀产沙过程，按照沟谷系统不同有浅沟、切沟、悬沟、冲沟、干沟和河沟侵蚀。浅沟侵蚀主要发生在较陡坡面上，是若干细沟相互袭夺．汇聚足够水量产生强烈拖曳力的结果，浅沟下端或与切沟相接，或与悬沟相连，沟型比较稳定。切沟侵蚀多发育于凹形斜坡，汇集细沟和浅沟丰富的来水量，具有强烈的沟底下切、沟岸扩张和沟头前进作用。
4．其他侵蚀方式
(1)融冻侵蚀春季融雪产生的地表径流所形成的片蚀称为融冻侵蚀，地面融雪水在下渗微弱情况下形成薄层水，并常和融冻后的薄层土成泥浆状沿斜坡流动。在青藏高原等高寒地区，融冻交替地频繁发生，导致强烈的寒冻风化，形成粗大的岩屑，造成该地区的河流泥沙以推移质为主。
(2)灌溉侵蚀水田灌溉时，扰动的水流常将上方水田的土粒分散悬浮带入下方水田，最后排出田外流入水路网。它使土壤肥力减退，水田表层土壤粗化。
(3)潜蚀潜蚀是指在地下流水的作用下而发生的机械侵蚀，其中也伴随着土体中可溶成分的溶蚀。水流沿裂隙或鼠穴等通道渗人地下，一方面使土体中的 ……