本书针对黄土高原大规模生态工程导致的下垫面变化和黄河泥沙锐减问题，以黄土高原典型流域为研究对象，以退耕还林还草、坡改梯、淤地坝等生态建设对生态-水文过程的作用机理为核心，论述流域生态-水文响应及其变化规律。通过模拟实验、定位观测和数值模拟等技术手段，探讨黄土高原流域水沙变化规律及影响因素，揭示流域径流侵蚀能量的分散消耗与调峰消能的侵蚀产沙阻控机制，阐明了流域地表水-土壤水-地下水转化及传输机制，提出了基于生态水文过程与生态系统服务功能的调控体系与治理格局。本书对深化流域水蚀动力机制认识，推动黄土高原地区水土流失过程预报和防治，促进区域社会经济与生态建设可持续协调发展具有重要科学意义和应用价值。
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国家重点基础研究发展计划项目"中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究"之四"水土保持措施作用机理和适宜性评价"
国家自然科学基金重点项目"黄土高原生态建设的生态-水文过程响应机理研究"（41330858）
2008年，所主持项目"黄土高原水蚀动力过程及调控技术"获国家科技进步二等奖；
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究意义 1
1.2 研究进展 2
1.2.1 旱区生态过程演变与水资源响应 2
1.2.2 水土保持生态活动对黄河年径流量的影响 3
1.2.3 典型生态工程对生态-水文过程的作用 4
1.2.4 流域生态建设的生态水文响应研究 7
参考文献 8
第2章 黄土高原土地利用与土壤侵蚀变化特征 13
2.1 黄土高原土地利用变化分析 13
2.1.1 面积变化分析 13
2.1.2 黄土高原土地利用转移矩阵分析 13
2.1.3 黄土高原地区1999～2019 年植被盖度演变分析 16
2.2 典型区域土壤侵蚀变化分析 18
2.2.1 陕西省主要流域水资源状况 18
2.2.2 陕西省土壤侵蚀状况 19
2.2.3 典型区域水土流失状况 22
参考文献 24
第3章 黄土高原多沙粗沙区降水及水沙变化的影响 25
3.1 黄土高原多沙粗沙区水沙关系分析 25
3.1.1 降水、径流输沙变化趋势分析 25
3.1.2 径流输沙贡献率分析 27
3.2 黄河中游区含沙量和流量的不确定关系 29
3.2.1 边缘分布和Copula 函数对概率模拟结果影响分析 30
3.2.2 含沙量和流量不确定性关系分析 33
3.3 植被恢复、坡改梯等对流域产汇流及产输沙的影响 35
3.3.1 植被恢复对流域产汇流及产输沙的影响 35
3.3.2 坡改梯对流域产汇流及产输沙的影响 38
参考文献 42
第4章 流域地表径流的能量汇聚过程及其对产输沙的作用机理 43
4.1 多时空尺度流域侵蚀产沙与径流功率的关系 43
4.2 基于分类思想和能量观点的径流输沙尺度效应分析 46
4.2.1 不同尺度洪水径流过程的类型及水沙传递关系演变 46
4.2.2 径流侵蚀输沙的空间尺度效应 49
4.2.3 上游含沙水流对下游输沙的影响 60
4.3 流域系统不同类型洪水过程的侵蚀输沙效应及其侵蚀能量特征 62
4.3.1 毛沟尺度不同类型洪水过程的侵蚀输沙效应及其侵蚀能量特征 62
4.3.2 支沟尺度不同类型洪水过程的侵蚀输沙效应及其侵蚀能量特征 68
4.3.3 干沟尺度不同类型洪水过程的侵蚀输沙效应及其侵蚀能量特征 72
参考文献 75
第5章 生态建设影响下流域水资源时空分布与转化规律 76
5.1 林地坡面土壤水分空间分布及时间稳定性 76
5.1.1 土壤含水量统计特征 76
5.1.2 土壤含水量空间分布的时间稳定性 77
5.1.3 不同土壤深度的代表性位置点 78
5.1.4 最佳代表性位置点对平均土壤含水量的估计精度 80
5.1.5 土壤含水量时空变化 81
5.1.6 土壤含水量与影响因素的关系 82
5.1.7 土壤含水量时间稳定性的主要影响因素 82
5.2 梯田对土壤含水量时空分布格局的影响 84
5.2.1 土壤含水量统计特征 84
5.2.2 土壤含水量空间分布的时间稳定性 85
5.2.3 基于相对差分分析的代表性位置点识别 86
5.2.4 最佳代表性位置点对平均土壤含水量的估计精度 86
5.2.5 不同深度下土壤含水量的时间变化 88
5.2.6 土壤含水量时间稳定性的影响因素 90
5.2.7 土壤含水量时间稳定性与影响因素的关系 90
5.3 坝地土壤含水量时空变化 91
5.3.1 坝地土壤含水量的统计特征 91
5.3.2 王茂沟骨干坝坝地土壤含水量分析 92
5.3.3 坝地垂直方向上土壤水分分布特征 93
5.3.4 淤地坝的水资源效应及坝地储水量估算 94
5.3.5 坝地土壤双环入渗实验研究 96
5.3.6 小流域土壤有效水参数空间分布特征 97
5.4 生态建设对流域土壤水资源分布的影响 101
5.4.1 不同水土保持措施土壤含水量空间差异性分析 101
5.4.2 土壤水资源与土地利用类型的耦合效应 103
参考文献 106
第6章 流域地表水-土壤水-地下水转化机制及传输规律 108
6.1 流域地表水-土壤水-地下水同位素特征及转化关系 108
6.1.1 生态建设对比流域水同位素统计特征 108
6.1.2 对比流域不同水体氢氧同位素关系 111
6.1.3 流域降水氢氧同位素变化及其影响效应 113
6.1.4 地表水和浅层地下水氢氧同位素时空分布 118
6.1.5 土壤水氢氧同位素时空变化特征 121
6.1.6 对比流域多水源补给转化及来源比例 131
6.2 生态建设对流域水传输方式、传输时间变化的作用机理 136
6.2.1 降水、地表水和浅层地下水氢氧同位素值年际变化 136
6.2.2 不同水体的正弦函数拟合 137
6.2.3 基于EM 模型的流域水传输时间计算 140
6.2.4 多尺度生态建设对比流域水传输时间变化规律 140
6.3 流域水资源赋存的时空特征和转化机制 141
6.3.1 入渗补给方式下的土壤水同位素特征 141
6.3.2 地下水补给方式下的土壤水同位素特征 144
6.3.3 二水源补给方式下的土壤水运移及转化规律 146
6.3.4 饱和出流条件下出流水同位素特征及滞留时间研究 152
参考文献 157
第7章 植被恢复与土壤水分利用关系 158
7.1 农作物根系与土壤水响应关系 158
7.1.1 土壤水同位素特征 158
7.1.2 植物不同生长期吸水策略 159
7.2 退耕植被群落根系动态及水分利用特征 163
7.2.1 退耕植被群落根系与土壤水动态分布特征 163
7.2.2 植物水、土壤水氧同位素分布特征 164
7.2.3 利用多元质量守恒模型确定植物根系吸水深度及动态变化 165
7.2.4 植被恢复过程中根系特征变化及其与水分利用的关系 169
7.3 退耕植被根系对土壤水分的影响 171
7.3.1 各植被群落土壤含水量季节变化特征 172
7.3.2 土壤剖面各层含水量季节变化特征 172
7.3.3 各植被群落根系分布对土壤水分季节变化的响应 174
参考文献 177
第8章 生态建设对流域蒸散发、入渗及水量平衡的影响 179
8.1 生态建设对流域蒸散发及水量平衡的影响 179
8.1.1 流域实际蒸散发趋势性变化分析 179
8.1.2 实际蒸散发、潜在蒸散发与气象因子的关系 181
8.1.3 计算流域实际蒸散发的水量平衡法验证 182
8.1.4 流域径流量与蒸散发的关系 185
8.1.5 流域多年平均水量平衡分析 187
8.1.6 流域年尺度水量平衡分析 189
8.2 不同土地利用类型的土壤入渗实验研究 190
8.2.1 不同土地利用类型的双环入渗实验研究 191
8.2.2 不同土地利用类型的土壤水分入渗特征 194
参考文献 199
第9章 流域土壤水资源演变规律 201
9.1 土壤水资源时空变化特征 201
9.1.1 土壤水资源的定义 201
9.1.2 土壤水资源的估算方法 202
9.1.3 生态建设条件下流域土壤水资源时空演变特征 205
9.2 流域土壤水消耗补偿模式 207
9.2.1 土壤有效水分级 207
9.2.2 生态建设对土壤水有效水含量的影响 208
9.2.3 生态建设影响下流域土壤水资源消耗与补偿过程演变 209
参考文献 213
第10章 流域生态建设对生态-水文过程的调控作用 214
10.1 林草建设对流域持水能力的调控作用 214
10.1.1 流域不同土地利用类型的土壤水分时空分异特征 214
10.1.2 不同退耕植被枯落物的持水效能 224
10.2 淤地坝保水机理与模拟 230
10.2.1 坝地土壤水分传输特征 230
10.2.2 坝地土壤水分运动模拟 231
10.3 级联坝系滞洪效应研究 238
10.3.1 小流域坝系防洪体系 238
10.3.2 淤地坝防洪标准 239
10.3.3 单坝防洪标准与坝系防洪标准的关系 239
10.3.4 王茂沟小流域不同坝系结构配置的蓄洪效应 240
10.3.5 坝系雨洪资源利用潜力 248
参考文献 250
第11章 黄土高原生态建设的生态系统服务功能 251
11.1 生态系统服务功能 251
11.1.1 生态系统服务功能的价值化 251
11.1.2 我国主要生态系统服务功能 251
11.2 生态系统服务功能服务价值 255
11.2.1 水土保持生态系统服务功能 255
11.2.2 水土保持功能生态系统服务价值评估 256
11.3 陕西省水土流失经济损失计量 266
11.3.1 陕西省水土流失现状分析与影响辨识 267
11.3.2 评估指标体系 268
11.3.3 水土流失经济影响评估方法 269
11.4 黄土高原生态系统服务功能空间分布变化规律 286
11.4.1 黄土高原生态系统服务功能评估 286
11.4.2 黄土高原生态系统服务功能空间自相关分析 292
参考文献 297
第12章 社会经济因素与水沙变化之间的不确定性分析 298
12.1 气候变化和人类活动对黄河中游径流泥沙影响 298
12.1.1 黄河中游降水量与径流量、输沙量关系演变 298
12.1.2 人类活动对黄河中游降水量、径流量和输沙量的影响 306
12.2 无定河不同尺度流域下水沙趋势变化分析 309
12.2.1 研究方法 309
12.2.2 无定河不同尺度流域水沙突变点检验 310
12.2.3 无定河不同尺度流域水沙年际变化特征 312
12.2.4 无定河不同尺度流域水沙变化关系分析 315
12.3 无定河不同尺度流域下经济、气候和生态因子与水沙变化的响应关系 317
12.3.1 黑木头川流域经济、气候和生态因子与水沙变化的响应关系 317
12.3.2 无定河流域经济、气候和生态因子与水沙变化的响应关系 330
12.3.3 不同尺度流域下经济、气候和生态因子与水沙变化的响应关系 345
参考文献 347
第13章 结论 348
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