河流水沙生态综合管理
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作者王兆印，刘成，余国安，何耘
出版社科学出版社
ISBN9787030335098
出版时间2014-09
装帧精装
开本16开
定价198元
货号23544493
上书时间2024-10-26
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导语摘要
《河流水沙生态综合管理》以河流水沙过程和河流生态为基础，系统阐述了河流综合管理的
理论体系和科学方法。作者在总结30余年科研实践的基础上，对泥沙运动
及河床演变、筑坝河流管理等传统河流泥沙学科问题作了系统回顾；同时，
对河流泥沙学科新兴发展的重要研究方向，如植被-侵蚀动力学模型和应
用、山区下切河流演变及管理、河流生态评价和生态修复方法及河流综合管
理方略等作了深入阐释。其中，关于河流综合管理的基本理论的总结，包含
了作者在雅鲁藏布江、长江、黄河、东江、三江源的大量野外调查、试验和长
期思考得出的规律性认识。
目录
前言
第0章 绪论1
第1章 基本概念与河流管理问题5
1.1 河流基本概念5
1.1.1 水循环5
1.1.2 河网6
1.1.3 小能耗原理11
1.1.4 泥沙13
1.1.5 输移质17
1.1.6 河型20
1.1.7 河流特征23
1.1.8 化学特征25
1.1.9 河流生态27
1.2 我国河流管理的主要问题33
1.2.1 水资源33
1.2.2 洪水35
1.2.3 土壤侵蚀42
1.2.4 污染和富营养化44
1.2.5 水库管理47
1.2.6 河流利用51
1.2.7 生态保护与河流综合管理53
思考题55
参考文献56
第2章 植被-侵蚀动力学60
2.1 侵蚀与植被60
2.1.1 侵蚀60
2.1.2 植被66
2.2 作用于植被的生态应力72
2.2.1 自然生态应力72
2.2.2 人为生态应力74
2.2.3 长期生态应力?短期生态应力和瞬时生态应力76
2.2.4 致死应力和损伤应力78
2.2.5 脆弱植被79
2.2.6 植被演替80
2.3 植被-侵蚀动力学82
2.3.1 损伤应力作用下植被活力的动力学响应82
2.3.2 植被-侵蚀动力学方程组84
2.3.3 植被-侵蚀动力学模型及参数的确定86
2.3.4 植被-侵蚀状态图及其应用92
2.4 我国主要流域植被-侵蚀动力学分析97
2.4.1 我国典型水土流失地区的选取97
2.4.2 植被-侵蚀动力学参数的经验关系98
2.4.3 黄土高原植被-侵蚀动力学分析105
2.4.4 长江上游地区植被-侵蚀动力学分析110
2.4.5 华北土石山区植被-侵蚀动力学分析114
2.4.6 南方红壤侵蚀区植被-侵蚀动力学分析115
2.4.7 水土流失地区人工加速植被演替的动力学过程116
2.4.8 造林加速植被恢复发育与土壤侵蚀变化过程118
2.4.9 造林加速植被演替过程120
2.5 滨河植被123
2.5.1 冲积河流的滨河植被123
2.5.2 滨河植被在河床演变中的作用125
2.5.3 树木年轮地貌学129
2.5.4 河边植被调查方法132
思考题135
参考文献137
第3章 滑坡和泥石流143
3.1 简介143
3.1.1 崩塌与滑坡143
3.1.2 泥石流145
3.2 滑坡和泥石流引起的灾害146
3.2.1 滑坡和泥石流在我国的主要分布146
3.2.2 滑坡灾害148
3.2.3 泥石流灾害150
3.3 滑坡?泥石流的机理154
3.3.1 滑坡154
3.3.2 两相泥石流156
3.3.3 伪一相泥石流166
3.4 滑坡和泥石流的预报与防治175
3.4.1 滑坡的预报和防治175
3.4.2 泥石流的预报178
3.4.3 预警系统179
3.4.4 泥石流控制工程179
附录 非牛顿体滚波现象的数学推导184
思考题187
参考文献187
第4章 山区下切河流的演变与管理190
4.1 概述190
4.2 河道下切的原因193
4.3 下切河流的演变197
4.4 基岩河道202
4.5 阶梯-深潭系统209
4.5.1 山区河溪中阶梯-深潭系统209
4.5.2 阶梯-深潭系统的实验研究215
4.5.3 阶梯-深潭系统在河床演变中的作用219
4.6 河床阻力结构223
4.6.1 肋状结构223
4.6.2 满天星结构224
4.6.3 岸石结构225
4.6.4 簇丛结构226
4.7 河道下切对环境的影响228
4.8 控制河道下切的方法232
4.8.1 概述232
4.8.2 控制河道下切的人工结构235
4.8.3 修复方法238
思考题241
参考文献242
第5章 泥沙运动和河床演变过程256
5.1 冲积河流的水文特征256
5.2 明渠水力学258
5.2.1 层流和紊流258
5.2.2 急流和缓流260
5.2.3 涡黏性系数260
5.2.4 明渠流的流速分布262
5.2.5 猝发过程263
5.3 河流床面形态264
5.3.1 床面形态的发展264
5.3.2 低能态和高能态271
5.4 阻力273
5.4.1 明渠流的消能273
5.4.2 阻力的组成成分275
5.4.3 冲积河流阻力的处理方法276
5.5 沉速和起动流速280
5.5.1 液体中颗粒沉速280
5.5.2 浮力和群体沉速282
5.5.3 起动流速284
5.6 输沙285
5.6.1 Meyer-Peter和Muller推移质公式285
5.6.2 悬移质公式286
5.7 高含沙水流288
5.7.1 概述288
5.7.2 高含沙水流性质289
5.7.3 高含沙洪水时的输沙特性291
5.7.4 高含沙洪水的冲淤特性297
5.7.5 冲淤过程对水力特性的影响302
5.8 河型及河床演变304
5.8.1 弯曲型河流304
5.8.2 顺直河流307
5.8.3 分汊河流308
5.8.4 游荡河流311
5.8.5 网状河流314
5.9 非恒定输沙和河道运动力学315
5.9.1 河道运动力学315
5.9.2 河道运动强度和水流移床力316
5.9.3 河床惯性319
5.9.4 改道321
5.10 河床演变分析的新方法323
5.10.1 水沙动态图323
5.10.2 河流泥沙矩阵324
思考题326
参考文献327
第6章 防洪和水沙管理——以黄河为例332
6.1 洪水灾害和防洪332
6.1.1 黄河流域332
6.1.2 历史上的洪灾334
6.1.3 黄河治理的历史338
6.1.4 治理河流的理念341
6.2 现代的治理策略341
6.2.1 宽河固堤341
6.2.2 束水攻沙342
6.2.3 水库调控343
6.2.4 堤防工程343
6.2.5 分滞洪工程345
6.2.6 植树造林和淤地坝345
6.2.7 调水调沙347
6.2.8 疏浚348
6.3 水资源开发350
6.3.1 概况350
6.3.2 实例分析——黄河三角洲352
6.4 黄河治理新问题35
6.4.1 水力发电降低河道过流能力356
6.4.2 滩区的开垦增加洪灾的损失359
6.4.3 黄河引水造成断流360
6.4.4 工程出险362
6.4.5 引水改变河道演变过程364
6.4.6 黄河三角洲河道稳定和造陆366
6.5 三门峡水利枢纽的经验教训371
6.5.1 三门峡水利枢纽372
6.5.2 水库泥沙管理376
6.5.3 潼关高程和渭河泥沙淤积379
6.5.4 平衡输沙模型383
6.5.5 河型384
6.5.6 三门峡水库坝下冲淤385
6.6 黄河水沙管理新策略387
6.6.1 改宽浅河槽为窄深河槽387
6.6.2 海水冲刷388
6.6.3 人造高含沙洪水390
6.6.4 跨流域调水391
6.6.5 解放滞洪区391
思考题392
参考文献392
第7章 筑坝及水库的管理395
7.1 河流筑坝395
7.2 大坝对环境和生态的影响400
7.2.1 水库水质400
7.2.2 水库泄流404
7.2.3 水质控制405
7.2.4 生态影响407
7.3 水库泥沙淤积管理413
7.3.1 水库泥沙淤积及其对环境的影响413
7.3.2 水库淤积的类型415
7.3.3 水库淤积治理策略416
7.3.4 异重流421
7.4 溃坝与拆坝423
7.4.1 溃坝423
7.4.2 风险分析428
7.4.3 拆坝429
7.5 三峡工程建设及管理435
7.5.1 工程目的435
7.5.2 大坝设计439
7.5.3 三峡工程的施工441
7.5.4 泥沙淤积和管理措施443
7.5.5 环境和社会影响451
思考题457
参考文献457
第8章 河流生态与河流生态修复464
8.1 河流生态系统464
8.1.1 河流生态系统的空间要素464
8.1.2 生物群落468
8.1.3 生态条件473
8.2 生态功能及动态平衡476
8.2.1 河流的生态功能476
8.2.2 栖息地477
8.2.3 通道479
8.2.4 过滤和屏蔽480
8.2.5 源和汇481
8.2.6 动态平衡481
8.3 生态应力483
8.3.1 概述483
8.3.2 自然应力483
8.3.3 人为生态应力487
8.3.4 外来物种入侵495
8.4 河流生态系统评价499
8.4.1 指示物种499
8.4.2 生物多样性指标502
8.4.3 快速生态评价505
8.4.4 栖息地评估508
8.4.5 栖息地模拟511
8.5 生态修复518
8.5.1 河内结构用于栖息地恢复518
8.5.2 河道恢复524
8.5.3 生态修复的设计527
8.5.4 人工湿地与食物斑块528
8.5.5 流域和滨河植被恢复530
8.5.6 建坝河流和渠道化河流的生态修复532
8.5.7 其他生态应力作用下的生态系统恢复533
思考题535
参考文献535
第9章 河流综合管理545
9.1 河流综合管理原则545
9.1.1 河流治理545
9.1.2 河床稳定性547
9.1.3 河流管理的原则553
9.1.4 河流极限流速定律561
9.2 泥沙与河床结构564
9.2.1 河流网络565
9.2.2 河床结构与推移质运动的等价律570
9.2.3 泥沙概算——粒径级配分析方法584
9.3 河流综合管理595
9.3.1 采用人工阶梯-深潭系统防治河流灾害和修复河流生态596
9.3.2 人工阶梯-深潭系统治理泥石流603
9.3.3 陆地生态系统管理中的人工林树种选择613
思考题617
参考文献618
彩图
内容摘要
《河流水沙生态综合管理》以河流水沙过程和河流生态为基础，系统阐述了河流综合管理的
理论体系和科学方法。作者在总结30余年科研实践的基础上，对泥沙运动
及河床演变、筑坝河流管理等传统河流泥沙学科问题作了系统回顾；同时，
对河流泥沙学科新兴发展的重要研究方向，如植被-侵蚀动力学模型和应
用、山区下切河流演变及管理、河流生态评价和生态修复方法及河流综合管
理方略等作了深入阐释。其中，关于河流综合管理的基本理论的总结，包含
了作者在雅鲁藏布江、长江、黄河、东江、三江源的大量野外调查、试验和长
期思考得出的规律性认识。
精彩内容
第0章 绪 论
地球上所有的陆地都是流域的一部分,水在陆地中穿行,塑造了所有的景观?图0.1所示是我国黄土高原被河流雕琢的景观?即使在干旱的埃及,一年到头几乎不下雨,地表形态仍然主要由水流冲积而成(图0.2)?实际上,地球上大部分陆地地貌都是由河流冲刷或淤积形成,因此河貌比地貌更贴切?河流不仅仅输水入海,而且还挟带泥沙?溶解物和动植物营养碎屑?河床?河岸和地下水都是河流整体的组成部分,甚至草地?森林?沼泽和河漫滩也可看成是河流的一部分;当然,河流也可以看成是它们的一部分?
图0.1 水流塑造的我国黄土高原
生态是指生物在一定的自然环境下生存和发展的状态,包括生物与生物之间的相互关系?生物与供其生存并维系其繁衍生息的环境之间的相互关系?生态系统是具有以上关系的各个单元构成的复杂系统?河流生态是指栖息于河流并依赖于河流而生存的生物与河流之间的相互关系?
河流的主要功能是排洪?供水?灌溉?输沙?发电?排污?航运?鱼类生存和维持生态等?人类通过建造坝堰和引水渠?开辟航道和捕鱼等方式开发河流资源,这些开发活动改变了河流的水文?径流?泥沙运动,同时也改变了滨河及河道的生物栖息地及水质?
图0.2 干旱的埃及水流形成的地貌流域是指河流的干流和支流的整个集水区域,始于山顶?融雪和降水流经高地汇成小溪,小溪进而交汇成急速流动的山溪?水流在向下游流动过程中,支流和地下水的汇入使其水量增加,从而形成河流?当河流离开山区后,流速减缓,河道形状开始变得弯曲,并出现分叉,在上千年挟沙洪水淤积而成的冲积滩地上,寻找着阻力的路径?后,河流流入湖泊或海洋?当河流挟带着泥沙流经平坦陆地处时,泥沙淤积会形成三角洲?图0.3显示河流系统?河流输移物质及河流影响的主要方面?
图0.3 河流系统?河流输移物质及河流影响的主要方面
河流由山区河流?冲积河流和河口区构成?山区河流是河流的上游部分,包括河源和穿行于山区的河流上游,其水流受山体所限制?山区河流河床通常由卵石和砾石组成?山区河流多是下切河流,由此引发岸坡不稳?沟道侵蚀?滑坡和泥石流?山区河流的主要管理问题是植被发育?控制侵蚀和河道下切?防治滑坡和泥石流?冲积河流是在过去冲积地貌上经水流下切侵蚀而形成的河流,或具有侵蚀性边岸的河流?冲积河流系统自身具有自我调节的反馈机制?从河流的形成历史看,冲积河流挟带的泥沙塑造了河道,并不断重新塑造其横断面,以维持一定的水深和河道比降来产生可维持河道平衡的挟沙能力?冲积河流大多数是常年流水的河流,其河床组成物质主要是沙和粉沙?大河通常发源于山区,流经冲积平原,终汇入海洋?所以,其上游为山区河流,中下游为冲积河流?冲积河流多是大河的平坦部分,如黄河下游和长江中下游,为了防止洪水泛滥,这些冲积河流通常被人工建造的大堤所控制,河流形态和河型主要取决于泥沙输移和沉积?冲积河流是农业灌溉?城市供水和工业用水的主要水源?洪水是冲积河流地区主要的自然灾害,其造成的损失占自然灾害总损失的1/3?河流水质对人类的健康非常重要,洪水和输沙是河流的自然过程,而引水?渠道化和航运是人类对河流主要的干扰?因此,冲积河流重要的管理问题就是泥沙?河床演变?水资源开发和防洪?河口区是河流与其所流入水体(湖泊?海洋或海湾)的连接部分,包括河口?感潮河段和河水影响的水域?河口区是河流淡水和海洋咸水交汇的地方,是河流和海洋生物生产力丰富的一部分?近年来,沿海城市与海洋资源可持续发展的需求已经对环境问题带来挑战?城市发展导致大范围的土地利用变化和人口增长,排污量增加给生态系统带来很大的压力?赤潮是藻类大量繁殖引起海水变色的一种现象,有些藻类产生很强的毒素,毒素在食用这些藻类的贝类中累积,通过食物链引起人类患上藻类毒素综合征?在过去的几十年,赤潮事件在全球均有明显增加,我国渤海?东海和南海海域在20世纪90年代都曾发生罕见的赤潮?因此,三角洲和近岸过程?富营养化和赤潮等是河口管理的主要挑战性问题?过去,各种各样的河流利用是社会发展的动力,而现在,河流利用在经济和文化发展中变得更加重要?河流及其所维系的丰富动植物为人类提供了水?食物?药材?染料?纤维和木材等资源?农业生产上,农民利用河水灌溉提高农作物产量;城镇利用(和滥用)河流排泄污水;同时,河流也用做商业?探险和开辟新大陆的通道?河流维系着生命和繁衍,大千世界,河流所到之处充满生机?河流综合管理协调多方面的河流利用,得到各国的重视?像我国这样的发展中国家,除了通过支持高效和可持续发展的农业及轻工业以减轻贫困外,现在也特别强调重视防洪?水资源开发和环境保护?一般认为,水通过农业?给排水?公众健康?发电?防洪等方面而对经济发展潜力产生显著的影响?除此之外,水因维系了生态系统而具有经济价值,水生态反过来又能支持健康的河流利用?贫困人口通过对水的利用改善生活条件,而富裕并受过良好教育的人认识到水资源紧缺的压力,能够更加谨慎地利用水资源,以免预支下一代从河流系统中可以获得的利益?河流综合管理的目标是协调河流沿岸居民的防洪安全和水土资源的可持续利用,同时也促使水的利用经济有效?社会公正和环境可持续?通过河流综合管理,人们优先考虑共同的长远利益,而不是个人的近期利益?目前,全球很多地方实施了“基于流域”的水管理方式?对于河流综合管理而言,必须充分了解整个水系统,包括了解河流的所有问题?自然和人为系统的方方面面及其相互间的联系?据次全国水利普查数据(2011年度),我国流域面积超过100km2的河流22909条,其中流域面积大于1000km2的有2221条?大部分河流位于我国的东部和南部?其中,重要的7条河流是长江?黄河?松花江?辽河?海河?淮河和珠江?
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