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书名：坡沟系统水蚀过程调控措施的作用机理研究
定价：118.0
ISBN：9787030532305
作者：于国强 等
版次：1
出版时间：2017-06
内容提要：
坡沟系统水力侵蚀是流域土壤侵蚀的重要组成部分，其发生发展过程是土壤侵蚀动力机制研究的核心内容，也是流域水土流失防治和土壤侵蚀模型建立的关键；随着土壤侵蚀过程研究的深入，揭示坡沟系统水蚀过程及重力侵蚀的发生发展机理，阐明主要水土保持措施对坡沟系统水蚀及重力侵蚀的调控作用机理，提出合理的调控方法，是目前土壤侵蚀研究关注的焦点之一。本研究以黄土高原坡沟系统和小流域为研究对象，采用室内外模拟降雨试验与数值模拟结合的方法，系统研究了植被对坡面水蚀的调控作用，初步揭示坡沟系统水蚀过程与重力侵蚀发生发展过程机理，阐明了淤地坝和植被根系措施减缓重力侵蚀作用机制，为黄土高原流域土壤侵蚀预报模型的建立提供过程机理认识，为坡沟系统、小流域水土保持措施的合理配置提供科学依据。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究进展 3
1.2.1 坡面侵蚀产沙研究进展 3
1.2.2 植被及不同格局对侵蚀产沙影响的研究 5
1.2.3 坡面侵蚀过程中地表糙度的影响研究 9
1.2.4 重力侵蚀研究进展 10
1.3 研究目的 21
1.4 研究内容 21
1.4.1 植被对水土流失的调控作用 21
1.4.2 重力侵蚀数值模拟研究 22
1.5 研究技术路线 22
1.6 主要创新点 24
1.7 主要成果 24
参考文献 26
第2章 试验区概况及设计 36
2.1 野外试验 36
2.1.1 试验区概况 36
2.1.2 试验小区及试验装置 37
2.1.3 试验设计与方法 40
2.2 室内试验 41
2.2.1 试验装置 41
2.2.2 试验设计与方法 43
2.3 小结 45参考文献 46
第3章 不同植被类型坡面径流侵蚀产沙试验研究 47
3.1 不同植被类型坡面径流、入渗特征分析 47
3.1.1 坡面径流过程分析 47
3.1.2 坡面降雨入渗过程分析 49
3.2 不同植被类型坡面侵蚀产沙特征分析 51
3.3 不同植被类型坡面径流、产沙特征分析 53
3.3.1 径流含沙量与产沙量关联分析 53
3.3.2 径流量与产沙量关联分析 56
3.4 不同植被类型的水土保持功效辨识 58
3.4.1 不同植被类型的侵蚀产沙和侵蚀动力特征比较 58
3.4.2 水沙调控机制辨识 59
3.4.3 植被空间结构水土保持功效 60
3.5 不同植被类型坡面径流、侵蚀产沙差异性分析 62
3.5.1 径流、产沙单因素方差分析 62
3.5.2 径流、产沙二因素方差分析 63
3.5.3 坡面径流、侵蚀产沙差异性分析 65
3.6 不同植被类型地表糙度变化特征分析 67
3.6.1 地表糙度测量分析方法 67
3.6.2 野外模拟降雨试验前后地表微地形变化 69
3.6.3 地表糙度与各影响因子关联分析 72
3.7 小结 76
参考文献 77
第4章 植被对坡面径流侵蚀产沙过程调控试验研究 79
4.1 裸坡坡面径流产沙特征分析 80
4.1.1 坡度对径流产沙的影响 80
4.1.2 雨强对径流产沙的影响 83
4.1.3 径流、产沙关联分析 86
4.1.4 径流侵蚀功率变化特征 90
4.2 不同植被空间位置下坡面径流侵蚀产沙特征分析 91
4.2.1 覆盖面积为1.0m2时各格局坡面径流产沙过程 91
4.2.2 覆盖面积为2.0m2时各格局坡面径流产沙过程 93
4.2.3 覆盖面积为3.0m2时各格局坡面径流产沙过程 96
4.3 不同植被覆盖率下坡面径流侵蚀产沙特征分析 99
4.3.1 坡面产流过程分析 99
4.3.2 坡面产沙过程分析 101
4.3.3 径流含沙量变化过程分析 103
4.3.4 坡面径流产沙的相互关系 104
4.4 不同植被格局的坡面径流侵蚀产沙特征分析 106
4.4.1 径流量与产沙量随降雨历时的关系 106
4.4.2 植被格局下径流产沙差异性分析 107
4.4.3 植被空间位置的参数量化 111
4.5 坡面植被水蚀动力调控分析 112
4.6 小结 113
参考文献 114
第5章 重力侵蚀数值模拟及调控机理研究 116
5.1 重力侵蚀数值分析原理 117
5.1.1 滑坡稳定分析中的极限平衡方法 117
5.1.2 有限元强度折减系数法基本原理 118
5.1.3 崩塌滑坡的蒙特卡洛概率计算 118
5.1.4 FLAC3D数值模拟原理 119
5.1.5 坡沟系统作用力 120
5.1.6 Rosenblueth矩估计方法的基本原理 122
5.2 坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究 125
5.2.1 研究区概况 125
5.2.2 坡沟系统概化模型及有限元计算模型 127
5.2.3 土体物理力学指标 127
5.2.4 数值计算过程 128
5.2.5 坡沟系统稳定性变化特征 128
5.2.6 坡沟系统位移场分布模拟 130
5.2.7 坡沟系统应力场分布模拟 132
5.2.8 坡沟系统塑性区分布模拟 133
5.3 小流域重力侵蚀数值模拟研究 134
5.3.1 复杂地形的 FLAC3D建模方法 134
5.3.2 小流域概化模型及有限元计算模型 135
5.3.3 小流域重力侵蚀发育情况 136
5.3.4 小流域位移场分布模拟 137
5.3.5 小流域应力场分布模拟 141
5.3.6 小流域塑性区分布模拟 142
5.3.7 Rosenblueth矩估计方法计算 143
5.4 淤地坝对小流域重力侵蚀的调控作用 144
5.4.1 淤地坝小流域有限元计算模型 144
5.4.2 淤地坝对位移场分布调控作用 146
5.4.3 淤地坝对应力场分布调控作用 148
5.4.4 淤地坝对塑性区分布调控作用 150
5.5 植被对重力侵蚀的调控作用 151
5.5.1 植被调控坡沟重力侵蚀的力学原理 152
5.5.2 植被覆盖条件下的坡沟系统、小流域有限元计算模型 154
5.5.3 植被对坡沟系统重力侵蚀的调控作用 156
5.5.4 植被对小流域重力侵蚀的调控作用 160
5.6 小结 164
参考文献 166
后记 168
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第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
黄土高原地区是目前世界上土壤侵蚀强烈、侵蚀危害严重的地区之一，严重的水土流失不仅恶化了生态环境，造成贫困，制约了社会经济的可持续发展，而且大量流失泥沙淤积在干支流河道，给黄河中下游劳动人民的生命财产安全带来极大的隐患。随着西部大开发战略的深入实施，国家明确将黄土高原水土保持作为国家生态环境建设重点，提出以水土保持生态修复为核心治理水土流失和生态环境的新思路，并实施启动了黄土高原水土保持生态建设的宏大工程。以梯田坝系建设和大规模退耕还林还草等措施为主的水土保持生态环境建设使黄土高原水土流失环境不断发生变化。因此，深入开展黄土高原土壤侵蚀机理的研究，从坡面系统出发，开展坡面植被不同配置对侵蚀产沙变化规律研究，以及坡沟系统和流域重力侵蚀的分布规律研究，对于深入认识植被对水土流失的调控机理，正确评价淤地坝植被减蚀作用，进一步明确小流域坡沟治理的重点和关键，制定科学的水土流失调控策略，减少入黄泥沙有重要的科学意义和现实意义。
坡沟系统是黄土高原流域的基本组成单元，其侵蚀产沙规律的研究是认识流域产沙机制、调控流域泥沙来源和水土流失区生态环境恢复重建的关键科学问题，也是建立水土流失预报模型、评估流域水土流失环境、预测其发展趋势的关键和难点。坡沟关系紧密联系着三方面的内容，即坡沟系统土壤侵蚀规律、流域侵蚀产沙过程的调控方略和流域水土流失治理措施的配置，核心是揭示坡沟系统侵蚀产沙过程机理及坡沟关系，为水土流失治理提供理论依据。
长期以来，围绕以治坡为主还是以治沟为主的争论实质反映了土壤侵蚀规律研究的薄弱。坡沟系统是联系坡面和流域的关键，随着土壤侵蚀研究的不断深入，人们逐渐认识到坡面与沟坡在流域暴雨汇流与产沙过程中是不可分割的整体，坡面和沟坡林草措施在坡沟侵蚀防治中起着重要作用，而破坏植被、不合理开垦等人为活动对坡沟系统土壤侵蚀过程起着加剧作用。随着西部大开发战略的实施，黄土高原地区正在积极推行退耕还林还草措施，生物措施在防治水土流失方面的作用越来越受到人们的重视。对于水资源极其缺乏的黄土高原地区，必须充分认识到生态环境和水资源关系的差异性和适应性，不能违背水资源规律和生态规律，要“量水而行”，不宜盲目地植树造林，植被的恢复和重建应成为生态环境建设的一个主要部分和*佳选择。有限的水资源只能供养一定量的植被，这些植被在坡沟系统中如何配置，则是一个涉及水资据、土壤侵蚀过程调控和土地生产力发展的复杂问题。有限植被在坡沟系统中如何配置才能起到*有效的水土流失调控作用，由于认识过程和研究手段方面的原因，对坡面系统中植被分布对水土流失调控作用机理的研究相对较少。
黄土高原有大小沟望27万多条，沟壑纵横，支离破碎，沟壑密度为3~5km/km2，沟壑面积占土地总面积的20%---40%。小流域是黄土高原生态环境恢复重建与治理的基本单元，其侵蚀产沙规律和水土流失防治一直是土壤侵蚀与水土保持学界研究的重点。从20世纪70年代开始，我国水土保持工作正式提出以小流域为单元，全面规划，因地制宜，坡沟兼治，综合治理。以小流域为单元的水土保持综合治理，不但对治理水土流失有重要作用，而且对改善生态环境、改变农业生产条件、发展农村经济也是一项行之有效的重要措施。水土保持措施是小流域水土保持综合治理技术的一个重要组成部分。80年代以来，我国小流域水土保持综合治理技术日趋成熟，在小流域治理的目标上，从*初的以治坡为主或以治沟为主发展到坡沟兼治，从以工程或植物措施为主发展到工程、植物、耕作等措施综合治理。治理水土流失的三大措施为生物措施、耕作措施和工程措施。淤地坝系作为黄土高原地区一项防止水土流失、充分利用水沙资源、变害为利、变荒沟为良田的主要工程措施，是利用水土流失的自然过程，其集大面积上的水、沙、肥在小块坝地上使用，从而获得高产稳产的农田，深受黄土高原地区群众的喜爱，其地位和作用是任何一项水土保持措施都难以替代的。同时淤地坝可以迅速拦截人黄泥沙，减少河道淤积，又为水利部门所关注。淤地坝有机地统一了当地致富和治河的关系，受到了各方面的高度重视。
随着西部大开发的开展，黄土高原地区经济建设活动加速，滑坡侵蚀有日益加剧的趋势，日前国内外有关按地坝的研究集中在淤地坝优化布局、坝系相对稳定、淤地坝减水减沙效益和生态环境效应等工程措施方面。为了建设良好的生态环境，防止滑坡侵蚀发生，必须加强重力侵蚀的研究s 随着黄土高原小流域坝系建设的广泛开展，迫切需要进一步加强对淤地坝基础科学问题的研究和认识。因此，开展坡沟系统、流域重力侵蚀分布规律，以及淤地坝植被措施减缓重力侵蚀发生机理等方面的研究，可为水土保持工程措施配置和生物措施的开展提供有益的参考，为推动坡沟、流域侵蚀产沙时空规律研究的深人发展，以及水土流失综合治理和生态环境建设提供科学依据。
本书从以上几个方面考虑，利用模拟降雨试验，通过野外实地坡面和室内坡面模型，探讨不同植被类型和不同植被格局对坡面侵蚀产沙特征的影响，阐明坡面侵蚀产沙时空分布规律，以期进一步揭示坡面植被盖度及其空间配置的减蚀机理，为黄土高原流域土壤侵蚀预报模型提供理论基础，为流域水土流失调控决策提供科学依据。选择黄土高原丘陵沟壑区典型小流域作为研究对象，采用数值模拟方法对坡沟系统及小流域重力侵蚀的分布规律进行研究，分析侵蚀基准面不同抬升高度对坡沟系统稳定性及重力侵蚀的影响，阐明坡沟系统及小流域重力侵蚀的破坏部位和破坏机理，探索淤地坝、植被措施减蚀作用机制。以期为评价坡沟系统的稳定性提供可靠的理论依据，对黄土高原水土流失治理规划和措施配置有重要意义，为流域土壤侵蚀预报模型的发展提供科学依据，为坡沟系统、小流域水土保持工程措施的配置及生物措施的开展提供有益参考，为推动侵蚀产沙时空规律研究的深人发展和水土流失综合治理提供科学依据。
1.2 国内外研究进展
1.2.1 坡面侵蚀产沙研究进展
坡面是侵蚀发生*基本的单元，也是流域*基本的组成单元之一，山地丘陵区的人类活动主要集中在坡面上，对于侵蚀过程的研究往往从坡面开始。坡面侵蚀类型包括雨滴击溅侵蚀、面蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀。整个坡面的侵蚀发展过程基本上由上述几个相互嵌套的过程组合而成(郑粉莉和高学田，2000)。Foster等(1984) 将坡面侵蚀分为细沟间侵蚀和细沟侵蚀两部分。细沟间侵蚀过程包括雨滴打击地表引起的溅蚀过程和地表薄层水流对土壤颗粒的分散和输移过程(称为片蚀)。整个坡面的侵蚀发展过程基本上是由这些侵蚀过程相互嵌套的过程组合而成的。坡面侵蚀过程的研究就是对上述各个过程发生发展的规律进行定量分析，了解其在坡面侵蚀产沙中的作用，以及各种影响因素对整个侵蚀过程和侵蚀结果的作用。对其侵蚀现象与规律的探究，历来为黄土高原环境整治中理论性与实践性均很强的重要科学命题。但是由于缺乏侵蚀过程定量和坡沟泥沙来源辨识手段，坡沟侵蚀产沙的研究一直停留在定性描述阶段。
傅伯杰等(1999)在不同时期，曾就黄土高原土壤侵蚀类型和侵蚀分区等问题进行过深人细致的研究。承继成(1965)和陈永宗(1988)等，曾就黄土区土壤侵蚀方式和侵蚀形态的垂直分带性规律进行过不同程度的分析和讨论。在随后的研究中，他进一步认为坡地流水作用是一个十分复杂的问题，它取决于坡形、坡长、地表抗蚀强度、地表径流强度、降雨特征等诸多因素。唐克丽(1983)总结归纳前人的研究成果，并结合"七五"工作实践，深人、系统地论述了黄土高原地区土壤侵蚀的区域特征。这些研究结果大大深化了人们对于黄土高原侵蚀环境及其土壤侵蚀区域分异规律的认识，尤其是清楚地为我们展示了坡面土壤侵蚀方式和侵蚀形态空间垂直分异的基本格局，为从定量和动力学角度研究坡沟关系和坡沟系统土壤侵蚀规律奠定了基础。
20世纪40年代初，我国在甘肃天水建立水土保持试验站，开始坡沟系统土壤侵蚀的野外定位观测。但设备简陋，观测项目少，真正大规模地系统观测研究是在新中国成产后发展起来的。龚时旸和蒋德麒（1978），曾伯庆（1980）、徐雪良（1987）都进行了研究与分析。焦菊英和刘元保（1992）对不同估算方法的优劣进行了评价，并提出用系统法计算黄土丘陵区小流域沟间地与沟谷地的侵蚀产沙量，获得了一些有益的结论：首先，从侵蚀模数的比较可以看出，沟谷地的侵蚀强度一般大于沟间地。其次，就黄土台状地沟壑区而言，泥沙绝大多数来自于沟谷。就典型黄土丘陵沟壑区而言，如果沟谷地和沟间地面积相近，则泥沙主要来自于沟谷地；如果沟间地面积比沟谷地大得多（如团山沟），则泥沙大部分来自沟间地。齐矗华（1991）根据调查资料推测，黄土长坡丘陵（山地）沟壑区，沟间地侵蚀总量可能大于沟谷地侵蚀总量。再次，如果不受上坡或塬面来水来沙的影响，沟谷的侵蚀强度将大大降低。陈浩（1992）结合离石羊道沟观测资料和室内模拟试验结果，也强调了上部来水来沙的影响对整个坡沟系统产流产沙过程的强化作用。陈浩（1992）通过建立实体模型，研究了上坡来水对不同坡段产沙地贡献，结果表明，有无上坡来水各坡段产沙量呈明显差异，上坡来水对坡段产沙地贡献很大，由于上坡来水的作用，梁峁坡的产沙量增大了20.2%～63.5%， 谷坡的产沙量增大了42.9%～74.5%。破坏植被、不合理开垦等人为活动加剧了坡沟系统土壤侵蚀过程。唐克丽（1983）通过对杏子河流域的考察指出，沟谷陡坡的毁林开荒是该流域土壤侵蚀加剧的重要原因。唐克丽（1983）还在子午岭林区长期设站观测，研究植被恢复前后的土壤侵蚀特点，指出唯有当沟谷植被破坏殆尽时，其侵蚀强度才将超过坡面的侵蚀强度，可见植被抑制侵蚀作用之显著。
国际土壤侵蚀研究迄今已有一百多年的发展历史，德国土壤学家Wallny （1977～1895年）完成了第*批土壤侵蚀小区观测试验。其间经历了3个主要发展阶段：20世纪20年代以前，以定性描述为主要特征的土壤侵蚀宏观规律的观察与认识时期；20～60年代，以定位观测和定量表达为标志，通用土壤流失方程式及各种经验关系方程的建立及应用发展时期；60年代以后，特别是80年代以来，以过程为目标，理论分析、试验模拟和数学模拟相结合的土壤侵蚀动力学机制的研究时期。
降雨产流后，径流顺坡向下运动，分别形成坡面流、细沟、浅沟流及沟道流等多种水流类型，在其作用下相应形成了片蚀、坡面沟蚀及沟道侵蚀等土壤侵蚀方式和类型。Horton（1945）*早从水文学角度对坡面流的特性进行了系统的定量研究。Foster 等（1984）曾通过不同条件下的试验研究和理论分析探讨过细沟流的流速和分布、水力半径和阻力系数的表达式。Govers（1992）根据野外调查和试验研究，建立了细沟流的流量、流速与过水断面面积间的关系。各种水流类型的产沙与输沙的力学特征一般包括泥沙的性质、分离作用及规律、泥沙运动形式、挟沙能力、沙率、输移比等，还应研究降雨在产流产沙及输沙中的作用与特点。Horton 等（1934）*早把坡面流的侵蚀作用与水流的切应力联系起来。Nearing 等（1999）从这一角度进行了深入研究。Guy 等（1987）根据试验资料分析了降雨对坡面流输沙能力的影响。Julien 和Simons（1986）运用量纲分析方法，建立了坡面流输沙能力的无量纲关系式。Lu 等（1988）通过试验分析了坡面流的泥沙运动方式。Foster 等（1984）曾分析过细沟流分离土壤的作用，他还认为，许多明渠流的输沙关系式可用来描述细沟流的输沙能力。
1.2.2 植被及不同格局对侵蚀产沙影响的研究
1.2.2.1 坡面地表植被对侵蚀产沙的影响研究
大量研究表明，植被是土壤侵蚀的重要影响因素，主要包括植被类型、植被覆盖度、植被枯枝落叶层，植被根系的影响也引起了很大的关注。植被的垂直结构、形态结构更是影响土壤侵蚀的重要因素（Wang and Liu，1999；Zhang and Liang，1996）。植被对降雨产沙量的影响已被广泛讨论，包括树枝截流、树干汇流减少雨滴击溅侵蚀、枯枝落叶吸收径流减少冲刷及树干和枯枝本身的机械阻挡作用等，可见植被对降雨侵蚀的影响是不可忽视的（焦菊英等，2003；方学敏等，1998；Williams and Berndt，1977）。植被除了自身对侵蚀有影响外，它们还通过与其他因素组合形成对侵蚀的不同影响。
良好的植被覆盖可以有效地抑制水土流失。首先，植被的冠层对降雨具有很好的截留作用，一方面减小了林下的径流量、减缓了径流速度，另一方面推迟了降雨时间和产流时间，缩短了林地土壤侵蚀的过程，使得侵蚀量大大减小。其次，良好的植被覆盖会在地表形成枯枝落叶层，保护地表免遭雨滴的溅击，降低发生侵蚀的概率，同时增加地表粗糙度，降低径流速度，减少泥沙的下移。同时植被还能固持和改良土壤，提高土壤的抗蚀性和抗冲性。根据汪有科（1994）利用泾河、北洛河、延河等18 条流域的资料分析表明，当森林覆被率达85% 以上时，减沙效益高于90%；当森林覆被率达95% 时，土壤侵蚀量接近于零（汪有科，1994）。并且森林流域的年径流量明显小于农地流域和半农半牧流域，森林植被在防治水土流失和水源涵养功能方面具有良好的效果（张建军等，2008）。对于坡面而言，植被覆盖度越高，近地表覆盖的数量越大，质量越高，对侵蚀的防治作用则越强；并且覆盖度越大，植被越完整，植被降低径流含沙率的作用越明显，径流含沙量也就越低（李鹏等，2006）。这是由于植被通过改变流域下垫面性质及降雨的再分配过程对径流过程产生影响（张志强等，2006）。此外，对不同土地利用方式下的径流量对比后发现农地产生的径流量*高（Nachtergaele et al.，2001），并有研究表明，黄土丘陵沟壑区土地利用格局的变化会明显改变该地区降雨-径流关系（Fu et al.，2000）。
根据全国各地区各种坡面不同植被类型设置的大量径流小区的观测资料表明，林草植被发挥了较好的水土保持作用，一般可以减少地表径流量50% 以上，减少土壤冲刷量90% 以上。黄土高原刺槐、柠条成林和沙打旺草地的连续观测结果表明，与荒坡相比，其径流量分别减少90.8%、91.1% 和77.9%，泥沙量减少97.1%、99.6% 和93.3%，效果十分显著（侯喜禄，1994）。但在植被建设中也存在诸多问题，如不合理的植被品种搭配导致达不到预期的效果。大量的研究表明，配置不合理的植被水土保持作用不及自然恢复或经合理配置下形成的植被，林草建设是水土保持植被建设的主要内容。林草的布局和配置是植被建设中首先要解决的问题（田均良等，2003；吴发启和刘秉正，2003）。相同盖度不同布局的林草对土壤侵蚀的影响差异很大。黄土高原虽然地域辽阔，但是资源匮乏，可利用土地较少，林草建设往往和经济建设存在用地矛盾。不合理的林草模式和土地利用格局不但起不到好的水土保持作用，而且占用土地，制约经济发展。另外，由于黄土高原地处干旱-半干旱地区，当地的年平均降水量只有200～600mm，且降水量在年际和年内不同季节的分布极不均匀。大规模植被建设与当地有限的水分供应条件形成了突出矛盾。研究表明，在当地人工建设的草地或者林地的土壤剖面上，都存在着由于植被对水分的强烈吸收而造成的水分陡降层——干化层（desiccation layer）。尽管不同植被类型下的土壤干化层有所不同，并且可以在生长休眠期得到一定程度上的恢复。但是，干化层的存在限制了植被根系的生理活动和生长发育，进而对植被地上部分的生长起到了制约作用，使得地上部分的生产力大大降低，加重了该区的生态环境负担。因此，合理、高效地利用有限的降水是该区植被恢复和建设需要解决的关键问题。
1.2.2.2 不同植被格局对侵蚀产沙的影响研究
经过多年的工作积累，人们在植被空间配置与侵蚀产沙关系等研究上已取得许多有价值的成果（陈浩，2000；李勉，2005），表明坡面和沟坡林草措施在坡沟侵蚀防治中起着重要作用，而破坏植被、不合理开垦等人为活动对坡沟系统土壤侵蚀过程起着加剧作用。植被与水土流失的关系一直是人们研究的重要内容。多数研究认为，增加植被覆盖是控制水土流失的重要举措，不同的植被类型及其搭配组合控制水土流失的效益不同，且荒地与植被会镶嵌构筑成水土流失的源汇格局，合理地镶嵌格局可以保持水分、养分和植物种子，有利于植被的生长，进一步增强水土流失控制能力。这也说明要想有效控制水土流失，首先要合理地选择植物物种及其搭配，也要合理地设计植被空间分布格局。而植被与水土流失过程的关系随着尺度的不同又会发生变化，增加了其复杂性，构成了一个等级体系，要想达到有效控制水土流失的目的，必须从斑块、坡面到流域区域，甚至全
定价：118.0
ISBN：9787030532305
作者：于国强 等
版次：1
出版时间：2017-06
内容提要：
坡沟系统水力侵蚀是流域土壤侵蚀的重要组成部分，其发生发展过程是土壤侵蚀动力机制研究的核心内容，也是流域水土流失防治和土壤侵蚀模型建立的关键；随着土壤侵蚀过程研究的深入，揭示坡沟系统水蚀过程及重力侵蚀的发生发展机理，阐明主要水土保持措施对坡沟系统水蚀及重力侵蚀的调控作用机理，提出合理的调控方法，是目前土壤侵蚀研究关注的焦点之一。本研究以黄土高原坡沟系统和小流域为研究对象，采用室内外模拟降雨试验与数值模拟结合的方法，系统研究了植被对坡面水蚀的调控作用，初步揭示坡沟系统水蚀过程与重力侵蚀发生发展过程机理，阐明了淤地坝和植被根系措施减缓重力侵蚀作用机制，为黄土高原流域土壤侵蚀预报模型的建立提供过程机理认识，为坡沟系统、小流域水土保持措施的合理配置提供科学依据。
目录：
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前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究进展 3
1.2.1 坡面侵蚀产沙研究进展 3
1.2.2 植被及不同格局对侵蚀产沙影响的研究 5
1.2.3 坡面侵蚀过程中地表糙度的影响研究 9
1.2.4 重力侵蚀研究进展 10
1.3 研究目的 21
1.4 研究内容 21
1.4.1 植被对水土流失的调控作用 21
1.4.2 重力侵蚀数值模拟研究 22
1.5 研究技术路线 22
1.6 主要创新点 24
1.7 主要成果 24
参考文献 26
第2章 试验区概况及设计 36
2.1 野外试验 36
2.1.1 试验区概况 36
2.1.2 试验小区及试验装置 37
2.1.3 试验设计与方法 40
2.2 室内试验 41
2.2.1 试验装置 41
2.2.2 试验设计与方法 43
2.3 小结 45参考文献 46
第3章 不同植被类型坡面径流侵蚀产沙试验研究 47
3.1 不同植被类型坡面径流、入渗特征分析 47
3.1.1 坡面径流过程分析 47
3.1.2 坡面降雨入渗过程分析 49
3.2 不同植被类型坡面侵蚀产沙特征分析 51
3.3 不同植被类型坡面径流、产沙特征分析 53
3.3.1 径流含沙量与产沙量关联分析 53
3.3.2 径流量与产沙量关联分析 56
3.4 不同植被类型的水土保持功效辨识 58
3.4.1 不同植被类型的侵蚀产沙和侵蚀动力特征比较 58
3.4.2 水沙调控机制辨识 59
3.4.3 植被空间结构水土保持功效 60
3.5 不同植被类型坡面径流、侵蚀产沙差异性分析 62
3.5.1 径流、产沙单因素方差分析 62
3.5.2 径流、产沙二因素方差分析 63
3.5.3 坡面径流、侵蚀产沙差异性分析 65
3.6 不同植被类型地表糙度变化特征分析 67
3.6.1 地表糙度测量分析方法 67
3.6.2 野外模拟降雨试验前后地表微地形变化 69
3.6.3 地表糙度与各影响因子关联分析 72
3.7 小结 76
参考文献 77
第4章 植被对坡面径流侵蚀产沙过程调控试验研究 79
4.1 裸坡坡面径流产沙特征分析 80
4.1.1 坡度对径流产沙的影响 80
4.1.2 雨强对径流产沙的影响 83
4.1.3 径流、产沙关联分析 86
4.1.4 径流侵蚀功率变化特征 90
4.2 不同植被空间位置下坡面径流侵蚀产沙特征分析 91
4.2.1 覆盖面积为1.0m2时各格局坡面径流产沙过程 91
4.2.2 覆盖面积为2.0m2时各格局坡面径流产沙过程 93
4.2.3 覆盖面积为3.0m2时各格局坡面径流产沙过程 96
4.3 不同植被覆盖率下坡面径流侵蚀产沙特征分析 99
4.3.1 坡面产流过程分析 99
4.3.2 坡面产沙过程分析 101
4.3.3 径流含沙量变化过程分析 103
4.3.4 坡面径流产沙的相互关系 104
4.4 不同植被格局的坡面径流侵蚀产沙特征分析 106
4.4.1 径流量与产沙量随降雨历时的关系 106
4.4.2 植被格局下径流产沙差异性分析 107
4.4.3 植被空间位置的参数量化 111
4.5 坡面植被水蚀动力调控分析 112
4.6 小结 113
参考文献 114
第5章 重力侵蚀数值模拟及调控机理研究 116
5.1 重力侵蚀数值分析原理 117
5.1.1 滑坡稳定分析中的极限平衡方法 117
5.1.2 有限元强度折减系数法基本原理 118
5.1.3 崩塌滑坡的蒙特卡洛概率计算 118
5.1.4 FLAC3D数值模拟原理 119
5.1.5 坡沟系统作用力 120
5.1.6 Rosenblueth矩估计方法的基本原理 122
5.2 坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究 125
5.2.1 研究区概况 125
5.2.2 坡沟系统概化模型及有限元计算模型 127
5.2.3 土体物理力学指标 127
5.2.4 数值计算过程 128
5.2.5 坡沟系统稳定性变化特征 128
5.2.6 坡沟系统位移场分布模拟 130
5.2.7 坡沟系统应力场分布模拟 132
5.2.8 坡沟系统塑性区分布模拟 133
5.3 小流域重力侵蚀数值模拟研究 134
5.3.1 复杂地形的 FLAC3D建模方法 134
5.3.2 小流域概化模型及有限元计算模型 135
5.3.3 小流域重力侵蚀发育情况 136
5.3.4 小流域位移场分布模拟 137
5.3.5 小流域应力场分布模拟 141
5.3.6 小流域塑性区分布模拟 142
5.3.7 Rosenblueth矩估计方法计算 143
5.4 淤地坝对小流域重力侵蚀的调控作用 144
5.4.1 淤地坝小流域有限元计算模型 144
5.4.2 淤地坝对位移场分布调控作用 146
5.4.3 淤地坝对应力场分布调控作用 148
5.4.4 淤地坝对塑性区分布调控作用 150
5.5 植被对重力侵蚀的调控作用 151
5.5.1 植被调控坡沟重力侵蚀的力学原理 152
5.5.2 植被覆盖条件下的坡沟系统、小流域有限元计算模型 154
5.5.3 植被对坡沟系统重力侵蚀的调控作用 156
5.5.4 植被对小流域重力侵蚀的调控作用 160
5.6 小结 164
参考文献 166
后记 168
在线试读：
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
黄土高原地区是目前世界上土壤侵蚀强烈、侵蚀危害严重的地区之一，严重的水土流失不仅恶化了生态环境，造成贫困，制约了社会经济的可持续发展，而且大量流失泥沙淤积在干支流河道，给黄河中下游劳动人民的生命财产安全带来极大的隐患。随着西部大开发战略的深入实施，国家明确将黄土高原水土保持作为国家生态环境建设重点，提出以水土保持生态修复为核心治理水土流失和生态环境的新思路，并实施启动了黄土高原水土保持生态建设的宏大工程。以梯田坝系建设和大规模退耕还林还草等措施为主的水土保持生态环境建设使黄土高原水土流失环境不断发生变化。因此，深入开展黄土高原土壤侵蚀机理的研究，从坡面系统出发，开展坡面植被不同配置对侵蚀产沙变化规律研究，以及坡沟系统和流域重力侵蚀的分布规律研究，对于深入认识植被对水土流失的调控机理，正确评价淤地坝植被减蚀作用，进一步明确小流域坡沟治理的重点和关键，制定科学的水土流失调控策略，减少入黄泥沙有重要的科学意义和现实意义。
坡沟系统是黄土高原流域的基本组成单元，其侵蚀产沙规律的研究是认识流域产沙机制、调控流域泥沙来源和水土流失区生态环境恢复重建的关键科学问题，也是建立水土流失预报模型、评估流域水土流失环境、预测其发展趋势的关键和难点。坡沟关系紧密联系着三方面的内容，即坡沟系统土壤侵蚀规律、流域侵蚀产沙过程的调控方略和流域水土流失治理措施的配置，核心是揭示坡沟系统侵蚀产沙过程机理及坡沟关系，为水土流失治理提供理论依据。
长期以来，围绕以治坡为主还是以治沟为主的争论实质反映了土壤侵蚀规律研究的薄弱。坡沟系统是联系坡面和流域的关键，随着土壤侵蚀研究的不断深入，人们逐渐认识到坡面与沟坡在流域暴雨汇流与产沙过程中是不可分割的整体，坡面和沟坡林草措施在坡沟侵蚀防治中起着重要作用，而破坏植被、不合理开垦等人为活动对坡沟系统土壤侵蚀过程起着加剧作用。随着西部大开发战略的实施，黄土高原地区正在积极推行退耕还林还草措施，生物措施在防治水土流失方面的作用越来越受到人们的重视。对于水资源极其缺乏的黄土高原地区，必须充分认识到生态环境和水资源关系的差异性和适应性，不能违背水资源规律和生态规律，要“量水而行”，不宜盲目地植树造林，植被的恢复和重建应成为生态环境建设的一个主要部分和*佳选择。有限的水资源只能供养一定量的植被，这些植被在坡沟系统中如何配置，则是一个涉及水资据、土壤侵蚀过程调控和土地生产力发展的复杂问题。有限植被在坡沟系统中如何配置才能起到*有效的水土流失调控作用，由于认识过程和研究手段方面的原因，对坡面系统中植被分布对水土流失调控作用机理的研究相对较少。
黄土高原有大小沟望27万多条，沟壑纵横，支离破碎，沟壑密度为3~5km/km2，沟壑面积占土地总面积的20%---40%。小流域是黄土高原生态环境恢复重建与治理的基本单元，其侵蚀产沙规律和水土流失防治一直是土壤侵蚀与水土保持学界研究的重点。从20世纪70年代开始，我国水土保持工作正式提出以小流域为单元，全面规划，因地制宜，坡沟兼治，综合治理。以小流域为单元的水土保持综合治理，不但对治理水土流失有重要作用，而且对改善生态环境、改变农业生产条件、发展农村经济也是一项行之有效的重要措施。水土保持措施是小流域水土保持综合治理技术的一个重要组成部分。80年代以来，我国小流域水土保持综合治理技术日趋成熟，在小流域治理的目标上，从*初的以治坡为主或以治沟为主发展到坡沟兼治，从以工程或植物措施为主发展到工程、植物、耕作等措施综合治理。治理水土流失的三大措施为生物措施、耕作措施和工程措施。淤地坝系作为黄土高原地区一项防止水土流失、充分利用水沙资源、变害为利、变荒沟为良田的主要工程措施，是利用水土流失的自然过程，其集大面积上的水、沙、肥在小块坝地上使用，从而获得高产稳产的农田，深受黄土高原地区群众的喜爱，其地位和作用是任何一项水土保持措施都难以替代的。同时淤地坝可以迅速拦截人黄泥沙，减少河道淤积，又为水利部门所关注。淤地坝有机地统一了当地致富和治河的关系，受到了各方面的高度重视。
随着西部大开发的开展，黄土高原地区经济建设活动加速，滑坡侵蚀有日益加剧的趋势，日前国内外有关按地坝的研究集中在淤地坝优化布局、坝系相对稳定、淤地坝减水减沙效益和生态环境效应等工程措施方面。为了建设良好的生态环境，防止滑坡侵蚀发生，必须加强重力侵蚀的研究s 随着黄土高原小流域坝系建设的广泛开展，迫切需要进一步加强对淤地坝基础科学问题的研究和认识。因此，开展坡沟系统、流域重力侵蚀分布规律，以及淤地坝植被措施减缓重力侵蚀发生机理等方面的研究，可为水土保持工程措施配置和生物措施的开展提供有益的参考，为推动坡沟、流域侵蚀产沙时空规律研究的深人发展，以及水土流失综合治理和生态环境建设提供科学依据。
本书从以上几个方面考虑，利用模拟降雨试验，通过野外实地坡面和室内坡面模型，探讨不同植被类型和不同植被格局对坡面侵蚀产沙特征的影响，阐明坡面侵蚀产沙时空分布规律，以期进一步揭示坡面植被盖度及其空间配置的减蚀机理，为黄土高原流域土壤侵蚀预报模型提供理论基础，为流域水土流失调控决策提供科学依据。选择黄土高原丘陵沟壑区典型小流域作为研究对象，采用数值模拟方法对坡沟系统及小流域重力侵蚀的分布规律进行研究，分析侵蚀基准面不同抬升高度对坡沟系统稳定性及重力侵蚀的影响，阐明坡沟系统及小流域重力侵蚀的破坏部位和破坏机理，探索淤地坝、植被措施减蚀作用机制。以期为评价坡沟系统的稳定性提供可靠的理论依据，对黄土高原水土流失治理规划和措施配置有重要意义，为流域土壤侵蚀预报模型的发展提供科学依据，为坡沟系统、小流域水土保持工程措施的配置及生物措施的开展提供有益参考，为推动侵蚀产沙时空规律研究的深人发展和水土流失综合治理提供科学依据。
1.2 国内外研究进展
1.2.1 坡面侵蚀产沙研究进展
坡面是侵蚀发生*基本的单元，也是流域*基本的组成单元之一，山地丘陵区的人类活动主要集中在坡面上，对于侵蚀过程的研究往往从坡面开始。坡面侵蚀类型包括雨滴击溅侵蚀、面蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀。整个坡面的侵蚀发展过程基本上由上述几个相互嵌套的过程组合而成(郑粉莉和高学田，2000)。Foster等(1984) 将坡面侵蚀分为细沟间侵蚀和细沟侵蚀两部分。细沟间侵蚀过程包括雨滴打击地表引起的溅蚀过程和地表薄层水流对土壤颗粒的分散和输移过程(称为片蚀)。整个坡面的侵蚀发展过程基本上是由这些侵蚀过程相互嵌套的过程组合而成的。坡面侵蚀过程的研究就是对上述各个过程发生发展的规律进行定量分析，了解其在坡面侵蚀产沙中的作用，以及各种影响因素对整个侵蚀过程和侵蚀结果的作用。对其侵蚀现象与规律的探究，历来为黄土高原环境整治中理论性与实践性均很强的重要科学命题。但是由于缺乏侵蚀过程定量和坡沟泥沙来源辨识手段，坡沟侵蚀产沙的研究一直停留在定性描述阶段。
傅伯杰等(1999)在不同时期，曾就黄土高原土壤侵蚀类型和侵蚀分区等问题进行过深人细致的研究。承继成(1965)和陈永宗(1988)等，曾就黄土区土壤侵蚀方式和侵蚀形态的垂直分带性规律进行过不同程度的分析和讨论。在随后的研究中，他进一步认为坡地流水作用是一个十分复杂的问题，它取决于坡形、坡长、地表抗蚀强度、地表径流强度、降雨特征等诸多因素。唐克丽(1983)总结归纳前人的研究成果，并结合"七五"工作实践，深人、系统地论述了黄土高原地区土壤侵蚀的区域特征。这些研究结果大大深化了人们对于黄土高原侵蚀环境及其土壤侵蚀区域分异规律的认识，尤其是清楚地为我们展示了坡面土壤侵蚀方式和侵蚀形态空间垂直分异的基本格局，为从定量和动力学角度研究坡沟关系和坡沟系统土壤侵蚀规律奠定了基础。
20世纪40年代初，我国在甘肃天水建立水土保持试验站，开始坡沟系统土壤侵蚀的野外定位观测。但设备简陋，观测项目少，真正大规模地系统观测研究是在新中国成产后发展起来的。龚时旸和蒋德麒（1978），曾伯庆（1980）、徐雪良（1987）都进行了研究与分析。焦菊英和刘元保（1992）对不同估算方法的优劣进行了评价，并提出用系统法计算黄土丘陵区小流域沟间地与沟谷地的侵蚀产沙量，获得了一些有益的结论：首先，从侵蚀模数的比较可以看出，沟谷地的侵蚀强度一般大于沟间地。其次，就黄土台状地沟壑区而言，泥沙绝大多数来自于沟谷。就典型黄土丘陵沟壑区而言，如果沟谷地和沟间地面积相近，则泥沙主要来自于沟谷地；如果沟间地面积比沟谷地大得多（如团山沟），则泥沙大部分来自沟间地。齐矗华（1991）根据调查资料推测，黄土长坡丘陵（山地）沟壑区，沟间地侵蚀总量可能大于沟谷地侵蚀总量。再次，如果不受上坡或塬面来水来沙的影响，沟谷的侵蚀强度将大大降低。陈浩（1992）结合离石羊道沟观测资料和室内模拟试验结果，也强调了上部来水来沙的影响对整个坡沟系统产流产沙过程的强化作用。陈浩（1992）通过建立实体模型，研究了上坡来水对不同坡段产沙地贡献，结果表明，有无上坡来水各坡段产沙量呈明显差异，上坡来水对坡段产沙地贡献很大，由于上坡来水的作用，梁峁坡的产沙量增大了20.2%～63.5%， 谷坡的产沙量增大了42.9%～74.5%。破坏植被、不合理开垦等人为活动加剧了坡沟系统土壤侵蚀过程。唐克丽（1983）通过对杏子河流域的考察指出，沟谷陡坡的毁林开荒是该流域土壤侵蚀加剧的重要原因。唐克丽（1983）还在子午岭林区长期设站观测，研究植被恢复前后的土壤侵蚀特点，指出唯有当沟谷植被破坏殆尽时，其侵蚀强度才将超过坡面的侵蚀强度，可见植被抑制侵蚀作用之显著。
国际土壤侵蚀研究迄今已有一百多年的发展历史，德国土壤学家Wallny （1977～1895年）完成了第*批土壤侵蚀小区观测试验。其间经历了3个主要发展阶段：20世纪20年代以前，以定性描述为主要特征的土壤侵蚀宏观规律的观察与认识时期；20～60年代，以定位观测和定量表达为标志，通用土壤流失方程式及各种经验关系方程的建立及应用发展时期；60年代以后，特别是80年代以来，以过程为目标，理论分析、试验模拟和数学模拟相结合的土壤侵蚀动力学机制的研究时期。
降雨产流后，径流顺坡向下运动，分别形成坡面流、细沟、浅沟流及沟道流等多种水流类型，在其作用下相应形成了片蚀、坡面沟蚀及沟道侵蚀等土壤侵蚀方式和类型。Horton（1945）*早从水文学角度对坡面流的特性进行了系统的定量研究。Foster 等（1984）曾通过不同条件下的试验研究和理论分析探讨过细沟流的流速和分布、水力半径和阻力系数的表达式。Govers（1992）根据野外调查和试验研究，建立了细沟流的流量、流速与过水断面面积间的关系。各种水流类型的产沙与输沙的力学特征一般包括泥沙的性质、分离作用及规律、泥沙运动形式、挟沙能力、沙率、输移比等，还应研究降雨在产流产沙及输沙中的作用与特点。Horton 等（1934）*早把坡面流的侵蚀作用与水流的切应力联系起来。Nearing 等（1999）从这一角度进行了深入研究。Guy 等（1987）根据试验资料分析了降雨对坡面流输沙能力的影响。Julien 和Simons（1986）运用量纲分析方法，建立了坡面流输沙能力的无量纲关系式。Lu 等（1988）通过试验分析了坡面流的泥沙运动方式。Foster 等（1984）曾分析过细沟流分离土壤的作用，他还认为，许多明渠流的输沙关系式可用来描述细沟流的输沙能力。
1.2.2 植被及不同格局对侵蚀产沙影响的研究
1.2.2.1 坡面地表植被对侵蚀产沙的影响研究
大量研究表明，植被是土壤侵蚀的重要影响因素，主要包括植被类型、植被覆盖度、植被枯枝落叶层，植被根系的影响也引起了很大的关注。植被的垂直结构、形态结构更是影响土壤侵蚀的重要因素（Wang and Liu，1999；Zhang and Liang，1996）。植被对降雨产沙量的影响已被广泛讨论，包括树枝截流、树干汇流减少雨滴击溅侵蚀、枯枝落叶吸收径流减少冲刷及树干和枯枝本身的机械阻挡作用等，可见植被对降雨侵蚀的影响是不可忽视的（焦菊英等，2003；方学敏等，1998；Williams and Berndt，1977）。植被除了自身对侵蚀有影响外，它们还通过与其他因素组合形成对侵蚀的不同影响。
良好的植被覆盖可以有效地抑制水土流失。首先，植被的冠层对降雨具有很好的截留作用，一方面减小了林下的径流量、减缓了径流速度，另一方面推迟了降雨时间和产流时间，缩短了林地土壤侵蚀的过程，使得侵蚀量大大减小。其次，良好的植被覆盖会在地表形成枯枝落叶层，保护地表免遭雨滴的溅击，降低发生侵蚀的概率，同时增加地表粗糙度，降低径流速度，减少泥沙的下移。同时植被还能固持和改良土壤，提高土壤的抗蚀性和抗冲性。根据汪有科（1994）利用泾河、北洛河、延河等18 条流域的资料分析表明，当森林覆被率达85% 以上时，减沙效益高于90%；当森林覆被率达95% 时，土壤侵蚀量接近于零（汪有科，1994）。并且森林流域的年径流量明显小于农地流域和半农半牧流域，森林植被在防治水土流失和水源涵养功能方面具有良好的效果（张建军等，2008）。对于坡面而言，植被覆盖度越高，近地表覆盖的数量越大，质量越高，对侵蚀的防治作用则越强；并且覆盖度越大，植被越完整，植被降低径流含沙率的作用越明显，径流含沙量也就越低（李鹏等，2006）。这是由于植被通过改变流域下垫面性质及降雨的再分配过程对径流过程产生影响（张志强等，2006）。此外，对不同土地利用方式下的径流量对比后发现农地产生的径流量*高（Nachtergaele et al.，2001），并有研究表明，黄土丘陵沟壑区土地利用格局的变化会明显改变该地区降雨-径流关系（Fu et al.，2000）。
根据全国各地区各种坡面不同植被类型设置的大量径流小区的观测资料表明，林草植被发挥了较好的水土保持作用，一般可以减少地表径流量50% 以上，减少土壤冲刷量90% 以上。黄土高原刺槐、柠条成林和沙打旺草地的连续观测结果表明，与荒坡相比，其径流量分别减少90.8%、91.1% 和77.9%，泥沙量减少97.1%、99.6% 和93.3%，效果十分显著（侯喜禄，1994）。但在植被建设中也存在诸多问题，如不合理的植被品种搭配导致达不到预期的效果。大量的研究表明，配置不合理的植被水土保持作用不及自然恢复或经合理配置下形成的植被，林草建设是水土保持植被建设的主要内容。林草的布局和配置是植被建设中首先要解决的问题（田均良等，2003；吴发启和刘秉正，2003）。相同盖度不同布局的林草对土壤侵蚀的影响差异很大。黄土高原虽然地域辽阔，但是资源匮乏，可利用土地较少，林草建设往往和经济建设存在用地矛盾。不合理的林草模式和土地利用格局不但起不到好的水土保持作用，而且占用土地，制约经济发展。另外，由于黄土高原地处干旱-半干旱地区，当地的年平均降水量只有200～600mm，且降水量在年际和年内不同季节的分布极不均匀。大规模植被建设与当地有限的水分供应条件形成了突出矛盾。研究表明，在当地人工建设的草地或者林地的土壤剖面上，都存在着由于植被对水分的强烈吸收而造成的水分陡降层——干化层（desiccation layer）。尽管不同植被类型下的土壤干化层有所不同，并且可以在生长休眠期得到一定程度上的恢复。但是，干化层的存在限制了植被根系的生理活动和生长发育，进而对植被地上部分的生长起到了制约作用，使得地上部分的生产力大大降低，加重了该区的生态环境负担。因此，合理、高效地利用有限的降水是该区植被恢复和建设需要解决的关键问题。
1.2.2.2 不同植被格局对侵蚀产沙的影响研究
经过多年的工作积累，人们在植被空间配置与侵蚀产沙关系等研究上已取得许多有价值的成果（陈浩，2000；李勉，2005），表明坡面和沟坡林草措施在坡沟侵蚀防治中起着重要作用，而破坏植被、不合理开垦等人为活动对坡沟系统土壤侵蚀过程起着加剧作用。植被与水土流失的关系一直是人们研究的重要内容。多数研究认为，增加植被覆盖是控制水土流失的重要举措，不同的植被类型及其搭配组合控制水土流失的效益不同，且荒地与植被会镶嵌构筑成水土流失的源汇格局，合理地镶嵌格局可以保持水分、养分和植物种子，有利于植被的生长，进一步增强水土流失控制能力。这也说明要想有效控制水土流失，首先要合理地选择植物物种及其搭配，也要合理地设计植被空间分布格局。而植被与水土流失过程的关系随着尺度的不同又会发生变化，增加了其复杂性，构成了一个等级体系，要想达到有效控制水土流失的目的，必须从斑块、坡面到流域区域，甚至全