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第1章 绪论1

1.1研究目的和意义1

1.2国内外研究进展2

1.2.1小流域坝系研究进展2

1.2.2淤地坝溃坝与风险评价研究进展12

1.2.3存在的问题与研究展望13

第2章 研究区概况及基本资料15

2.1黄土高原监测坝系概况15

2.1.1小流域自然地理、社会经济概况15

2.1.2小流域水土流失及其综合治理现状17

2.2重点研究小流域19

2.3重点典型研究小流域——王茂沟小流域21

2.3.1自然地理概况21

2.3.2社会经济概况23

2.4数据来源24

第3章 黄土高原小流域坝系形成与发展演变25

3.1黄土高原坝系建设历史沿革25

3.2 1949年后淤地坝的建设与发展28

3.3新时期淤地坝建设特点32

3.4黄土高原地区淤地坝建设成就36

3.4.1黄土高原地区淤地坝建设现状36

3.4.2黄土高原地区坝系建设现状37

3.5典型小流域坝系演变及历程38

3.5.1韭园沟小流域38

3.5.2王茂沟小流域40

3.5.3西黑岱小流域42

3.6黄土高原地区小流域坝系安全稳定的制约因素42

第4章 淤地坝淤积信息提取与减蚀作用机理研究47

4.1淤地坝剖面泥沙沉积旋回的划分及土样采集47

4.1.1典型淤地坝的选取47

4.1.2泥沙沉积旋回层划分及土样采集48

4.2典型淤地坝坝地泥沙淤积信息的动态变化50

4.2.1淤积泥沙干容重变化特征50

4.2.2关地沟4＃淤地坝坝地次降雨沉积旋回淤积量计算51

4.2.3坝地剖面泥沙沉积旋回层137Cs含量分布特征51

4.2.4坝地剖面泥沙沉积旋回层的210Pb含量分布特征52

4.2.5坝地剖面泥沙沉积旋回层的210Pbex含量分布特征53

4.3淤地坝泥沙沉积旋回与侵蚀性降雨的响应关系54

4.3.1侵蚀性降雨特性与降雨资料的分析54

4.3.2淤地坝泥沙沉积旋回与侵蚀性降雨的对应原则56

4.3.3淤地坝垂直剖面中137Cs含量与沉积计年的关系57

4.3.4淤地坝坝地泥沙沉积旋回与次降雨事件的对应57

4.4淤地坝对沟道侵蚀的减蚀作用分析59

4.4.1流域不同土地利用类型坡面侵蚀产沙规律分析59

4.4.2流域土地利用变化分析62

4.4.3典型降雨事件下流域主要泥沙来源地的产沙变化63

4.4.4降雨侵蚀产沙与坝地淤积泥沙对比分析64

4.5淤地坝淤积过程对沟坡稳定性影响的研究66

4.5.1数字高程模型与滑坡、崩塌调查66

4.5.2SINMAP模型原理67

4.5.3模型的集成方法69

4.5.4模型参数化及参数测定69

4.5.5坝地淤积高度对斜坡稳定性指数的影响分析70

4.5.6坡度对斜坡稳定性的影响71

4.6淤地坝对流域径流过程的影响研究71

4.6.1淤地坝对径流系数和输沙模数的影响71

4.6.2淤地坝建设对流域洪水滞时的影响72

4.6.3淤地坝对流域径流过程的影响机理分析73

第5章 基于137Cs和210Pbex示踪的流域侵蚀产沙演变76

5.1野外调查取样及土样测试与分析76

5.1.1不同土地利用方式土壤核素含量的分异特征76

5.1.2不同地貌部位土壤核素含量的分异特征77

5.2关地沟4＃淤地坝坝控流域土壤侵蚀产沙分布特征78

5.2.1研究区背景值的确定78

5.2.2不同土地利用方式土壤侵蚀特征78

5.2.3小流域不同地貌部位土壤侵蚀特征79

5.3小流域侵蚀产沙来源示踪80

5.3.1小流域泥沙来源研究方法81

5.3.2小流域泥沙来源分析82

5.4基于复合指纹识别法的流域泥沙来源反演84

5.4.1沉积旋回时间序列建立84

5.4.2流域侵蚀历史演变过程85

5.4.3淤地坝坝控流域泥沙来源反演结果86

5.5不同淤积阶段坝控流域侵蚀产沙强度变化87

5.5.1关地沟小流域侵蚀沉积速率变化趋势87

5.5.2关地沟4＃淤地坝坝控流域侵蚀产沙变化趋势88

第6章 典型小流域坝系级联物理模式解析90

6.1典型小流域坝系对比的可行性分析90

6.1.1典型小流域气候水文条件对比90

6.1.2典型小流域坝系沟道地貌特征对比90

6.2小流域坝系级联物理模式类型93

6.3榆林沟小流域坝系级联物理模式解析95

6.3.1榆林沟小流域坝系单元总体结构96

6.3.2榆林沟小流域坝系单元级联控制关系解析101

6.4小河沟小流域坝系级联物理模式解析103

6.4.1小河沟小流域坝系单元总体结构104

6.4.2小河沟小流域坝系单元蓄洪拦沙级联控制关系解析106

6.5韭园沟小流域坝系级联物理模式解析109

6.5.1韭园沟小流域坝系单元总体结构109

6.5.2韭园沟小流域坝系单元蓄洪拦沙级联控制关系解析115

第7章 典型小流域坝系级联配置模式与级联调控作用评价120

7.1典型小流域坝系不同级别沟道分布情况120

7.1.1榆林沟小流域120

7.1.2小河沟小流域121

7.1.3韭园沟小流域122

7.2典型小流域沟道工程空间分布特征与拦沙关系123

7.2.1典型小流域不同级别沟道淤地坝库容分布123

7.2.2典型小流域坝系工程特征分布情况分析125

7.2.3典型小流域坝系单元拦沙关系分析127

7.3榆林沟小流域坝系空间布局与蓄洪拦沙的级联调控关系129

7.3.1小流域坝系沟道分布的级联调控作用评价129

7.3.2榆林沟小流域不同级别沟道坝地淤积及利用情况130

7.3.3榆林沟小流域坝系框架布局的级联调控作用131

7.3.4榆林沟小流域坝系现状防洪能力分析133

7.3.5榆林沟小流域坝系对洪水的级联拦蓄作用评价135

7.3.6小流域坝系运行中存在的问题分析138

7.4韭园沟小流域次暴雨坝系级联作用分析139

7.4.1韭园沟小流域坝系现状防洪能力分析139

7.4.2韭园沟小流域“7·15”暴雨淤地坝水毁和泥沙拦蓄调查141

第8章 淤地坝对流域泥沙输移-沉积特征的影响145

8.1材料和方法145

8.1.1土壤样品的采集145

8.1.2土壤分形理论145

8.2坝地泥沙淤积对沟道地形的影响146

8.3坝地淤积泥沙的粒径分析147

8.3.1坝地土壤粒径的统计特征147

8.3.2坝地淤积泥沙质地分类148

8.3.3坝地土壤颗粒的粗化度148

8.4坝地土壤颗粒分形特征151

8.4.1坝地土壤颗粒体积分形维数的分布特征151

8.4.2坝地土壤颗粒分形维数与土壤颗粒组成的关系152

8.5典型暴雨下淤地坝淤积泥沙特征153

8.5.1绥德“7·15”暴雨洪水调查153

8.5.2次暴雨洪水坝地淤积特征153

8.6土壤颗粒体积分形维数与土壤性质的关系155

8.7不同类型单座淤地坝坝地泥沙淤积特征156

8.7.1有放水建筑物的淤地坝坝地泥沙淤积特征156

8.7.2有溢洪道的淤地坝坝地泥沙淤积特征157

8.7.3“闷葫芦”坝坝地泥沙淤积特征157

8.8坝系单元坝地泥沙淤积特征158

8.8.1不同坝系单元级联模式下的坝地泥沙淤积特征158

8.8.2不同沟道级别下的坝地泥沙淤积特征158

8.8.3不同坝系单元下的坝地泥沙淤积特征159

8.9王茂沟坝系坝地泥沙淤积特征161

第9章 小流域淤地坝系级联效应模拟与分析162

9.1坝系运算关系解析162

9.2坝系防洪标准研究163

9.2.1子坝系和单元坝系的概念163

9.2.2单元控制论的应用165

9.3坝系拦蓄洪水的级联作用167

9.3.1小流域坝系防洪体系168

9.3.2淤地坝防洪标准168

9.3.3单坝防洪标准与坝系防洪标准的关系169

9.3.4王茂沟小流域不同坝系结构配置的蓄洪效应169

9.4坝系防洪安全控制方法177

9.5王茂沟小流域不同坝系结构组合拦沙级联效应179

9.6小流域坝系不同结构配置的相对稳定分析184

9.6.1单坝相对稳定与坝系稳定的关系184

9.6.2坝系相对稳定与骨干坝的关系185

第10章 淤地坝（系）安全稳定影响因素分析191

10.1淤地坝安全影响因素分析191

10.1.1淤地坝排水排沙能力分析191

10.1.2淤地坝拦水拦沙能力分析192

10.1.3坝控流域的来水来沙状况分析192

10.2淤地坝及坝系相对稳定系数196

10.2.1坝系相对稳定的内涵196

10.2.2流域淤地坝与坝系相对稳定系数的空间变化特征197

10.3小流域坝系不同地貌单元的水动力结构功能变化201

10.3.1暴雨洪水集中是侵蚀产沙的主要动力202

10.3.2高强度暴雨下的超渗产流对大洪峰形成具有重要影响203

10.3.3产沙强烈、粗泥沙集中是暴雨洪水产沙的显著特点205

10.4不同地貌单元淤地坝建设耦合性分析206

10.4.1黄土区206

10.4.2砒砂岩区214

10.4.3盖沙区220

10.5不同地貌单元水土资源优化调控模式探讨221

10.5.1黄土区221

10.5.2砒砂岩区222

10.5.3盖沙区223

第11章 坝系安全稳定布局与坝级配置及其综合效益研究225

11.1小流域坝系布坝密度研究225

11.1.1布坝密度影响因素分析225

11.1.2黄土高原不同分区小流域坝系布坝密度226

11.2坝系空间布局的配置比例分析230

11.3骨干坝最优控制面积分析231

11.4淤地坝相对稳定系数分析232

11.5淤地坝系建坝时序研究233

11.5.1流域坝系的建坝顺序233

11.5.2小流域坝系的建坝时序分析237

11.6小流域坝系综合效益的研究239

11.6.1坝系拦沙蓄水效益分析240

11.6.2坝地利用及增产效益分析243

11.6.3生态效益247

11.6.4社会效益247

第12章 黄土高原淤地坝水损特征及原因分析249

12.1黄土高原小流域坝系示范工程安全运行监测249

12.2典型小流域淤地坝受损调查253

12.3区域淤地坝安全现状257

12.4淤地坝溃坝形式及原因分析259

12.4.1典型坝系溃坝历史事件259

12.4.2典型坝系垮坝形式263

12.4.3典型坝系溃坝原因解析264

第13章 淤地坝溃坝机理模拟与分析272

13.1竖井式泄水建筑物空蚀空化引起坝体受损机理实验研究272

13.1.1实验概述272

13.1.2水流流态273

13.1.3泄水建筑物放水塔壁面压强分布规律277

13.1.4泄水建筑物放水洞沿程水深和流速分布规律281

13.1.5放水隧洞沿程水流空化数分析284

13.2不同土地利用方式下土壤入渗率实验研究285

13.2.1实验设计285

13.2.2实验结果与分析286

13.3淤地坝坝系暴雨洪水计算288

13.3.1暴雨洪水计算方法288

13.3.2王茂沟小流域“7·15”特大暴雨洪水验证分析289

13.3.3变化条件下流域设计暴雨洪水与侵蚀产沙分析311

13.3.4变化条件下王茂沟小流域淤地坝溃坝模拟研究319

13.4淤地坝坝体渗流与安全稳定性分析334

13.4.1淤地坝坝体特征描述334

13.4.2计算原理与方法334

13.4.3参数选取及测定335

13.4.4边坡稳定性计算模型的建立335

13.4.5数值模拟计算336

13.5淤地坝溃坝模拟341

13.6淤地坝溃决计算345

第14章 淤地坝防洪风险评价指标体系与评价347

14.1淤地坝防洪风险评价指标体系构成及确定347

14.1.1评价指标体系的确定347

14.1.2评价指标计算及标准化347

14.1.3淤地坝防洪风险评价指标权重350

14.2王茂沟小流域淤地坝坝系防洪风险评价351

14.2.1风险分值计算和风险等级标准划分351

14.2.2淤地坝防洪风险评价指标确定352

14.2.3坝系布局合理性评价与坝系防洪风险评价结果355

第15章 变化情势下流域水沙变化与建坝适宜规模360

15.1典型流域土地利用变化分析360

15.1.1大理河流域360

15.1.2秃尾河流域363

15.1.3孤山川流域368

15.2典型流域土地利用景观格局与分形维数变化分析371

15.2.1大理河流域371

15.2.2秃尾河流域377

15.2.3孤山川流域381

15.3流域水沙变化趋势分析383

15.3.1大理河流域383

15.3.2秃尾河流域和孤山川流域385

15.4淤地坝建设对流域水沙变化的调控作用387

15.4.1岔巴沟流域淤地坝对流域水沙调控作用分析387

15.4.2淤地坝对流域水沙调控作用对比分析388

15.4.3不同水土保持治理阶段王茂沟小流域淤地坝水沙调控作用分析389

15.5变化情势下黄土高原淤地坝坝系适宜建设规模分析390

15.5.1新时期淤地坝建设指导思想390

15.5.2黄土高原淤地坝建设规模391

15.5.3典型区域淤地坝建设规模——以延安市为例395

第16章 结论402

参考文献406