前言

黄土高原是世界上水土流失最严重的地区，严重的水土流失造成生态环境恶化，威胁着黄河下游防洪安全，制约社会经济的可持续发展。新中国成立以后，对黄土高原进行了大规模的治理，以淤地坝为核心的沟道治理工程是黄土高原水土流失治理的关键措施。本书在黄土高原治理力度不断加强和淤地坝坝系建设蓬勃发展的背景下，瞄准当今陆地侵蚀学科的前沿领域，以黄土高原地区小流域（坝系流域）为研究对象，开展了黄土高原坝系流域侵蚀产沙分布式模型研究，具有一定的理论意义和实用价值。本研究取得的主要成果包括以下3部分。

（1）研发了流域侵蚀产沙分布式模型。自主研发了黄土高原地区基于场次暴雨的小流域降雨径流和侵蚀产沙分布式模型，模型建立在一系列的物理过程基础之上，实现了“沟坡分离”和“产输沙分离”，使模型在物理概念和力学机制的区分上更臻清晰。

选取陕西省黑草河典型小流域进行了分布式模型的率定和验证，并应用所建立的模型，通过设计不同水土保持配置方案，分别计算并对比了不同水土保持措施和不同土地利用方式的减水减沙效益，并对典型小流域水土保持配置方案进行了优化，展现了分布式模型在模拟空间差异性方面的优势，为配置流域内水土保持措施和优化流域管理提供了技术支撑和科学依据。

（2）开发了坝系流域侵蚀产沙分布式模型。针对黄土高原坝系流域的特点，进一步研究了不同结构淤地坝的水沙特点及计算模式，首次自主开发了坝系流域侵蚀产沙分布式模型。

模型在应用上选取了黄土高原沟壑区典型坝系流域——马家沟小流域，并基于GIS进行了流域地理信息的处理和提取。模型分别计算了未建坝系、现状坝系和规划坝系等不同坝系条件下的流域出口的产流产沙过程并进行了比较，反映了流域内淤地坝及坝系的拦泥蓄水作用和对流域出口水沙过程的调蓄和削峰效应。

（3）系统给出了坝系配置空间差异性的影响。充分利用分布式模型能反映流域空间差异性影响的特点，进一步分析了不同坝系配置条件对流域空间不同位置（空间差异性）产流产沙的影响以及各淤地坝的拦泥量变化特点。分析结果表明，流域空间不同位置的产流产沙特点有较大差别，所选取的马家沟典型坝系流域的坝系配置、布坝密度和部分淤地坝的库容设计仍有需进一步完善的地方。本书所建立的坝系流域侵蚀产沙分布式模型在流域的坝系配置评价和配置方案优选等方面具有较好的技术支撑作用和应用价值。

本书介绍的分布式模型目前仅在中小尺度的流域上进行了应用，今后如果拓展到大中尺度流域，那么在不同尺度流域上如何界定合适的临界源区面积及其取值标准将可能是本研究的关键所在。从本书的研究成果来看，临界源区面积的取值不同会生成不同的流域沟系，这在一定程度上直接影响着模型计算的流域侵蚀产沙过程。可以确定的是不同尺度流域的临界源区面积的取值应是不同的。由于不同尺度流域的取值标准较为复杂，目前也还没有较成熟的成果，仍有待广大相关研究者下一步深入开展研究。

本书能够顺利出版，首先感谢中国水利水电科学研究院泥沙研究所曹文洪教授级高级工程师、郭庆超教授级高级工程师、刘春晶博士、王玉海博士等人提供的支持和帮助，同时本书的研究成果也得到了“十二五”国家科技支撑计划项目“水沙变异条件下荆江与长江口北支河道治理关键技术（2013BAB12B00）”的资助，在此一并致谢！

由于作者研究水平所限，书中的疏漏和错误不可避免，敬请读者和同行批评指正！

作者
2017年5月于北京