本书根据国家重点研发计划项目“黄河流域水沙变化机理与趋势预测”的研究成果系统总结而成。全书以黄河流域坡面-沟道-流域-区域等多尺度与林草-梯田-淤地坝-水库等多措施耦合为研究对象，基于数据与平台—过程与机理—模型与预测—评价与对策等全链条设计，围绕强人类活动影响下的黄河流域水沙变化机理与未来发展趋势中的基本理论和关键技术开展研究，揭示近百年黄河水沙演变规律，辨识流域水沙变化多因素耦合驱动机制及贡献率，研发多因子耦合驱动的流域分布式水循环模型与流域泥沙动力学过程模型，构建流域水沙变化趋势集合评估技术，预测未来30～50年黄河水沙量，提出维持黄河健康的水沙调控阈值体系与新水沙情势下黄河保护和治理的策略与措施。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 黄河流域水沙变化研究现状与问题 1
1.1.1 变化环境下水沙演变规律 1
1.1.2 水沙变化归因分析 3
1.1.3 水土流失过程与水沙效应 5
1.1.4 水沙变化趋势预测 7
1.1.5 水沙调控理论与技术 8
1.2 研究区概况 10
1.2.1 黄河流域 10
1.2.2 黄土高原 11
1.2.3 主要产沙区 14
1.2.4 典型流域 15
1.3 研究资料与方法 17
1.3.1 资料收集 17
1.3.2 实验开展 18
1.3.3 研究方法 28
1.3.4 技术路线 31
第2章 黄河流域降水与下垫面演变过程 32
2.1 降水变化特征 32
2.1.1 黄河流域降水变化特征 32
2.1.2 黄土高原降水变化特征 33
2.1.3 主要产沙区降水变化特征 38
2.2 下垫面演变特征 50
2.2.1 植被覆盖时空变化 50
2.2.2 梯田时空变化 58
2.2.3 淤地坝时空变化 61
2.2.4 水库分布特征 66
第3章 黄河流域水沙时空演变及其分异规律 69
3.1 流域水沙时空演变 69
3.1.1 上游水沙变化 69
3.1.2 中游水沙变化 79
3.1.3 主要产沙区水沙变化 91
3.2 典型流域侵蚀产沙特征与水沙关系变化 99
3.2.1 典型流域侵蚀产沙反演 99
3.2.2 典型流域水沙关系变化 112
第4章 黄河典型流域产汇流机制与产输沙规律 123
4.1 流域场次暴雨-洪水-输沙关系变化 123
4.1.1 典型场次暴雨洪水事件筛选 123
4.1.2 场次暴雨-洪水和暴雨-输沙过程变化 124
4.1.3 场次暴雨-洪水和暴雨-输沙关系变化 131
4.2 流域降雨-产输沙关系变化 133
4.2.1 典型流域降雨-产沙关系变化 133
4.2.2 典型流域径流-输沙关系变化 135
4.2.3 入黄支流径流-输沙关系变化 140
4.3 主要产沙区产汇流机制辨析 147
4.3.1 流域产汇流机制辨析方法 147
4.3.2 典型流域产汇流机制演化辨析 150
第5章 黄河流域水沙变化主要影响因素驱动机理及其贡献率 159
5.1 坡面措施对流域水沙变化的影响 159
5.1.1 林草植被对流域水沙过程的影响 159
5.1.2 梯田对流域水沙过程的影响 168
5.1.3 林草和梯田对流域水沙过程的耦合调控作用 171
5.2 淤地坝对流域水沙变化的影响 178
5.2.1 淤地坝系对沟道侵蚀动力过程调控 178
5.2.2 淤满淤地坝水沙阻控机制 191
5.2.3 溃决淤地坝泥沙输移机制 208
5.3 水库淤积与风沙入黄对流域水沙变化的影响 222
5.3.1 河潼区间水库淤积量 222
5.3.2 河潼区间水库的拦沙效应 224
5.3.3 风沙入黄对黄河水沙变化的影响 226
5.4 水沙变化的多因素协同机制与群体贡献率 230
5.4.1 泥沙来源与贡献率识别 230
5.4.2 水沙变化驱动因子贡献率及群体效应 236
第6章 黄河流域水沙变化趋势预测模型构建 241
6.1 多因子驱动的黄河流域分布式水沙模型 241
6.1.1 模型构建 242
6.1.2 模型率定与验证 255
6.2 流域水沙动力学过程模型 262
6.2.1 模型框架 262
6.2.2 模型通用技术 267
6.2.3 模型率定与验证 283
6.3 SWAT模型改进与验证 295
6.3.1 模型闭合参数和闭合关系 295
6.3.2 模型率定与验证 297
6.4 产沙指数模型 299
6.4.1 不同类型区产沙指数计算方法 299
6.4.2 模型验证 304
6.5 HydroTrend模型 304
6.5.1 模型修正 304
6.5.2 模型率定 305
6.6 GAMLSS模型 308
6.6.1 模型原理 308
6.6.2 典型流域径流和输沙模型构建 311
6.7 基于机器学习法的水沙预测模型 313
6.7.1 预测模型构建 313
6.7.2 多模型预测结果 317
6.7.3 最优模型选取 319
6.8 基于人工智能法的水沙预测模型 322
6.8.1 基于XGBoost算法的模型构建 323
6.8.2 典型流域径流过程模拟效果 326
6.9 基于频率分析的沙量预测模型 328
第7章 未来30～50年黄河流域水沙变化趋势预测 331
7.1 未来气候变化多模式预估及不确定性 331
7.1.1 未来气候演变趋势 332
7.1.2 未来降水变化趋势及不确定性 334
7.1.3 基于CMIP6模式的未来降水预估及不确定性 349
7.2 黄土高原植被恢复潜力预测 354
7.2.1 植被类型变化过程 354
7.2.2 植被类型变化趋势预测 357
7.2.3 相似生境方法的植被潜力预测 363
7.3 未来30～50年黄河流域水沙变化多模型预测 367
7.3.1 流域分布式水沙模型的径流预测 367
7.3.2 流域水沙动力学过程模型的泥沙预测 372
7.3.3 改进SWAT模型的泥沙预测 374
7.3.4 HydroTrend模型的泥沙预测 384
7.3.5 产沙指数模型的泥沙预测 387
7.3.6 人工智能法模型的泥沙预测 394
7.3.7 集合机器学习模型的水沙预测 398
7.3.8 GAMLSS模型的水沙预测 410
7.3.9 其他方法的泥沙预测 416
第8章 黄河流域未来30～50年水沙变化趋势集合评估 419
8.1 典型流域的水沙变化归因与预测方法适用性评价 419
8.1.1 现有模型预测结果分析 419
8.1.2 基于标准化数据输入的现有预测结果分析 421
8.2 水沙变化模拟-预测集合评估技术 423
8.2.1 集合评估技术框架与指标体系 423
8.2.2 集合评估技术应用———以皇甫川流域为例 434
8.2.3 集合评估技术应用———以无定河流域为例 446
8.3 未来30～50年黄河流域水沙变化趋势集合评估 460
8.3.1 不同模型水沙模拟精度评价 460
8.3.2 黄河流域水沙预测 463
8.3.3 黄河流域水沙预测成果比较 465
第9章 黄河流域极端降雨事件洪沙特征与未来可能沙量 468
9.1 极端降雨洪水泥沙事件表征指标及其特征值变化 468
9.1.1 极端降雨事件表征指标 468
9.1.2 极端降雨洪水泥沙指标变化 471
9.2 不同下垫面情景极端降雨的可能产沙量 481
9.2.1 极端降雨事件可能情景 481
9.2.2 河龙区间极端降雨可能产沙量 483
9.3 极端降雨事件下典型流域治理成效评价 488
9.3.1 延河2013.7和1977.7极端暴雨水沙特征对比 488
9.3.2 西柳沟2016.8.17暴雨洪水泥沙事件 495
9.3.3 无定河2017.7.26暴雨洪水泥沙事件 502
9.4 1933.8极端暴雨在现状下垫面下可能沙量反演 518
9.4.1 暴雨过程及其特征 518
9.4.2 现状下垫面可能产沙量 521
9.5 黄河泥沙近期波动成因解析 527
9.5.1 近期“大沙年”潼关沙量来源解析 527
9.5.2 极端降雨潼关沙量解析 528
第10章 黄河流域水沙调控阈值体系 531
10.1 黄河流域水沙调控阈值体系构建 531
10.2 黄土高原侵蚀性降雨及水土保持措施水沙调控阈值 533
10.2.1 降雨侵蚀力阈值 533
10.2.2 林草植被覆盖阈值 536
10.2.3 梯田布局阈值 538
10.2.4 淤地坝配置阈值 540
10.3 黄河上游宁蒙河段平滩流量阈值 548
10.3.1 防洪需求的平滩流量 548
10.3.2 防凌需求的平滩流量 549
10.3.3 输沙塑槽需求的平滩流量 551
10.3.4 与未来不同水沙过程适应的平滩流量 554
10.4 黄河中游潼关高程阈值 555
10.4.1 潼关高程与水沙过程的响应关系 555
10.4.2 潼关高程阈值分析 558
10.5 黄河下游河道平滩流量阈值 566
10.5.1 平滩流量变化过程 566
10.5.2 平滩流量与水沙过程的响应关系 568
10.5.3 平滩流量阈值分析 571
10.6 黄河河口稳定沙量阈值 580
10.6.1 河口稳定沙量的概念 580
10.6.2 河口稳定沙量阈值分析 580
第11章 黄土高原水土流失治理格局变化与调整对策 583
11.1 水土流失治理分区 583
11.2 水土保持措施时空格局变化 584
11.2.1 严重水土流失区水土保持措施时空格局变化 585
11.2.2 中度水土流失区水土保持措施时空格局变化 593
11.2.3 轻微水土流失区水土保持措施时空格局变化 599
11.3 水土流失治理潜力和需求分析 602
11.3.1 林草措施恢复潜力 602
11.3.2 梯田措施布局潜力 609
11.3.3 淤地坝措施配置潜力 613
11.4 未来黄土高原水土流失治理格局调整 617
11.4.1 新形势下黄土高原水土流失治理格局调整方向 617
11.4.2 新形势下黄土高原水土流失防治策略 619
第12章 新水沙情势下黄河流域保护和治理策略与措施 623
12.1 黄河水沙调控与防洪减淤 623
12.1.1 防洪减淤和水沙调控运行现状与效果 623
12.1.2 未来防洪减淤和水沙调控需求 632
12.1.3 未来防洪减淤和水沙调控模式 643
12.2 未来30～50年黄河保护和治理策略与措施 649
12.2.1 现状治理规划的适应性 649
12.2.2 流域水土流失适宜治理度与河道输沙平衡 652
12.2.3 新水沙条件下黄河保护和治理策略与措施 662
12.2.4 新水沙条件下黄河下游宽河段改造效果分析 667
参考文献 676
京公网安备 11010102004214号