細(xì)溝侵蝕物理模型

序
前言
第1章 緒論
1.1 土壤侵蝕與細(xì)溝侵蝕研究的重要性
1.2 土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型研究進(jìn)展
1.3 坡面流研究進(jìn)展
1.3.1 坡面流數(shù)學(xué)模型
1.3.2 降雨對(duì)坡面流的影響
1.3.3 坡面細(xì)溝流輸沙能力公式
1.4 細(xì)溝侵蝕預(yù)報(bào)模型研究的意義
1.5 模型參數(shù)的物理意義及求解方法
1.5.1 細(xì)溝侵蝕剝蝕率
1.5.2 細(xì)溝侵蝕輸沙能力
1.5.3 細(xì)溝可蝕性參數(shù)及土壤臨界抗剪切力
第2章 細(xì)溝侵蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程與物理模型
2.1 細(xì)溝侵蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程描述
2.2 一維水流連續(xù)性方程
2.3 水流動(dòng)量守恒方程
2.4 泥沙質(zhì)量守恒方程
第3章 細(xì)溝侵蝕模型有限元計(jì)算方法
3.1 有限元方法的概念及在細(xì)溝侵蝕領(lǐng)域中的應(yīng)用
3.2 偏微分方程的近似積分法
3.2.1 理論基礎(chǔ)
3.2.2線(xiàn)性插值函數(shù)
3.2.3 一維有限元計(jì)算公式——Oalerkin方法
3.3 一維細(xì)溝侵蝕模型的有限元方法
3.3.1 單元有限元方程的推導(dǎo)
3.3.2 時(shí)間微分處理——有限差分法
3.3.3 有限元法的總體合成
3.3.4 邊界條件處理
3.3.5 有限元總體方程的解法
第4章 有限元的程序設(shè)計(jì)
4.1 單元矩陣及其計(jì)算方法
4.2 輸入初始數(shù)據(jù)
4.3 一般矩陣的合成與求解
4.3.1 總體(全局)剛度矩陣的合成(裝配)
4.3.2 矩陣的向量化存儲(chǔ)
4.3.3 矩陣相乘
4.3.4 線(xiàn)性方程組的無(wú)回代求解
4.4 帶狀矩陣的合成與求解
4.4.1 存儲(chǔ)帶狀矩陣
4.4.2 合成單元矩陣到帶狀向量空間
4.4.3 引入邊界條件
4.4.4 向量存儲(chǔ)帶狀方程組的求解
第5章 細(xì)溝侵蝕過(guò)程的模擬與檢驗(yàn)
5.1 非限定性細(xì)溝侵蝕試驗(yàn)及泥沙連續(xù)方程參數(shù)設(shè)定
5.1.1 模型的描述
5.1.2 有限元計(jì)算方法與計(jì)算公式
5.2 非限定性細(xì)溝侵蝕過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M與驗(yàn)證
5.2.1 方法
5.2.2 物性參數(shù)
5.3 細(xì)溝溝床的瞬態(tài)演變模擬結(jié)果與檢驗(yàn)
5.3.1 細(xì)溝寬度和溝床坡度不隨時(shí)間、空間變化
5.3.2 細(xì)溝寬度不隨時(shí)間變化、空間均勻，坡度隨時(shí)間變化、空間非均勻
5.3.3 時(shí)間不變但空間非均勻?qū)挾燃皶r(shí)變與空間非均勻坡度
5.3.4 時(shí)變及空間非均勻變化的溝寬和溝床坡度
5.3.5 細(xì)溝溝床的瞬態(tài)演變模擬結(jié)果檢驗(yàn)
第6章 細(xì)溝侵蝕傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法及其局限
6.1 試驗(yàn)方法
6.2 試驗(yàn)結(jié)果
6.2.1 泥沙含量與坡度及人流量的關(guān)系
6.2.2 輸沙能力與采樣長(zhǎng)度的關(guān)系
6.3 細(xì)溝溝寬與泥沙的波動(dòng)
6.3.1 溝寬與坡度及人流量的關(guān)系
6.3.2 細(xì)溝的周期性形態(tài)
6.3.3 流速與坡度及流量的關(guān)系
6.4 傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的局限性
第7章 細(xì)溝侵蝕過(guò)程的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法
7.1 細(xì)溝侵蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程的概念
7.2 試驗(yàn)材料和方法
7.2.1 試驗(yàn)水槽設(shè)計(jì)及土壤處理
7.2.2 供水及流量控制和試驗(yàn)量測(cè)
7.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其表達(dá)
第8章 細(xì)溝土壤剝蝕過(guò)程
8.1 細(xì)溝侵蝕剝蝕率及其計(jì)算方法
8.2 水流含沙量對(duì)細(xì)溝剝蝕率的影響
8.3 細(xì)溝剝蝕率與細(xì)溝溝長(zhǎng)的關(guān)系
8.4 細(xì)溝剝蝕率的解析方法
8.5 細(xì)溝剝蝕率解析結(jié)果的檢驗(yàn)
8.6 陡坡細(xì)溝侵蝕含沙量的解析方法
第9章 細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙輸沙過(guò)程與輸沙能力
9.1 輸沙能力及其試驗(yàn)確定方法
9.2 細(xì)溝輸沙能力的解析方法
9.3 輸沙能力與坡度和流量的關(guān)系
9.4 輸沙能力與水流功率的關(guān)系
第10章 土壤可蝕性參數(shù)和臨界抗剪切應(yīng)力
10.1 WEPP模型細(xì)溝可蝕性參數(shù)估計(jì)
10.2 (有理)實(shí)驗(yàn)法確定細(xì)溝可蝕性參數(shù)與臨界抗剪切應(yīng)力
10.2.1 理論分析及數(shù)學(xué)推導(dǎo)
10.2.2 參數(shù)計(jì)算及分析
10.3 疏松土壤材料中細(xì)溝的再生及其臨界剪應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究
10.3.1 材料與方法
10.3.2 坡度與單寬流量的關(guān)系
10.3.3 臨界剪切應(yīng)力與坡度的關(guān)系
第11章 細(xì)溝侵蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程的稀土元素示蹤法
11.1 REE示蹤元素的用法與用量的計(jì)算
11.1.1 REE示蹤元素的選取及坡面布置
11.1.2 施放深度及濃度
11.1.3 示蹤土樣的配制
11.1.4 沖刷試驗(yàn)設(shè)計(jì)
11.2 計(jì)算方法
11.2.1 樣品采集和土壤侵蝕量的計(jì)算
11.2.2 含沙量的計(jì)算
11.3 REE示蹤法估算細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙分布
11.3.1 不同水動(dòng)力條件下細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙分布
11.3.2 測(cè)定精度
11.4 細(xì)溝流剝蝕率的REE示蹤法研究
第12章 WEPP模型細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙方程理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
12.1 試驗(yàn)結(jié)果及解析驗(yàn)證
12.2 理論分析及試驗(yàn)驗(yàn)證
第13章 WEPP模型中細(xì)溝可蝕性參數(shù)估計(jì)方法誤差的理論分析
13.1 WEPP模型確定可蝕性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算方法
13.2 WEPP模型細(xì)溝土壤可蝕性參數(shù)估計(jì)誤差來(lái)源
13.3 WEPP模型細(xì)溝可蝕性參數(shù)誤差的估算
第14章 模型參數(shù)及有限元模擬算法的檢驗(yàn)
14.1 初始及邊界條件
14.2 集中水流條件下細(xì)溝侵蝕隨坡長(zhǎng)變化過(guò)程的模擬
14.2.1 模擬程序流程圖
14.2.2 模擬工況
14.2.3 模型輸入?yún)?shù)
14.2.4 模擬結(jié)果
14.3 傳統(tǒng)輸沙能力公式對(duì)細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程的影響
14.4 傳統(tǒng)土壤可蝕性參數(shù)對(duì)細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程的影響
14.5 輸沙能力與土壤可蝕性參數(shù)的共同影響
14.6 細(xì)溝剝蝕過(guò)程
第15章 降雨條件下細(xì)溝侵蝕的有限元模擬
15.1 有降雨條件下的細(xì)溝侵蝕實(shí)驗(yàn)
15.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)表達(dá)
15.1.2 初始及邊界條件
15.2 模型模擬結(jié)果與分析
15.2.1 模擬流程圖
15.2.2 模擬結(jié)果
15.2.3 結(jié)果分析
15.3 細(xì)溝侵蝕過(guò)程有限元模擬的可視化
15.3.1 系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介
15.3.2 系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
附錄 模型參數(shù)計(jì)算程序