細溝侵蝕物理模型

序
前言
第1章 緒論
1.1 土壤侵蝕與細溝侵蝕研究的重要性
1.2 土壤侵蝕預報模型研究進展
1.3 坡面流研究進展
1.3.1 坡面流數(shù)學模型
1.3.2 降雨對坡面流的影響
1.3.3 坡面細溝流輸沙能力公式
1.4 細溝侵蝕預報模型研究的意義
1.5 模型參數(shù)的物理意義及求解方法
1.5.1 細溝侵蝕剝蝕率
1.5.2 細溝侵蝕輸沙能力
1.5.3 細溝可蝕性參數(shù)及土壤臨界抗剪切力
第2章 細溝侵蝕動態(tài)過程與物理模型
2.1 細溝侵蝕動態(tài)過程描述
2.2 一維水流連續(xù)性方程
2.3 水流動量守恒方程
2.4 泥沙質(zhì)量守恒方程
第3章 細溝侵蝕模型有限元計算方法
3.1 有限元方法的概念及在細溝侵蝕領域中的應用
3.2 偏微分方程的近似積分法
3.2.1 理論基礎
3.2.2線性插值函數(shù)
3.2.3 一維有限元計算公式——Oalerkin方法
3.3 一維細溝侵蝕模型的有限元方法
3.3.1 單元有限元方程的推導
3.3.2 時間微分處理——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 有限元的程序設計
4.1 單元矩陣及其計算方法
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
4.3.3 矩陣相乘
4.3.4 線性方程組的無回代求解
4.4 帶狀矩陣的合成與求解
4.4.1 存儲帶狀矩陣
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 向量存儲帶狀方程組的求解
第5章 細溝侵蝕過程的模擬與檢驗
5.1 非限定性細溝侵蝕試驗及泥沙連續(xù)方程參數(shù)設定
5.1.1 模型的描述
5.1.2 有限元計算方法與計算公式
5.2 非限定性細溝侵蝕過程的實驗模擬與驗證
5.2.1 方法
5.2.2 物性參數(shù)
5.3 細溝溝床的瞬態(tài)演變模擬結(jié)果與檢驗
5.3.1 細溝寬度和溝床坡度不隨時間、空間變化
5.3.2 細溝寬度不隨時間變化、空間均勻，坡度隨時間變化、空間非均勻
5.3.3 時間不變但空間非均勻?qū)挾燃皶r變與空間非均勻坡度
5.3.4 時變及空間非均勻變化的溝寬和溝床坡度
5.3.5 細溝溝床的瞬態(tài)演變模擬結(jié)果檢驗
第6章 細溝侵蝕傳統(tǒng)實驗方法及其局限
6.1 試驗方法
6.2 試驗結(jié)果
6.2.1 泥沙含量與坡度及人流量的關(guān)系
6.2.2 輸沙能力與采樣長度的關(guān)系
6.3 細溝溝寬與泥沙的波動
6.3.1 溝寬與坡度及人流量的關(guān)系
6.3.2 細溝的周期性形態(tài)
6.3.3 流速與坡度及流量的關(guān)系
6.4 傳統(tǒng)試驗方法的局限性
第7章 細溝侵蝕過程的系統(tǒng)實驗方法
7.1 細溝侵蝕動態(tài)過程的概念
7.2 試驗材料和方法
7.2.1 試驗水槽設計及土壤處理
7.2.2 供水及流量控制和試驗量測
7.3 試驗數(shù)據(jù)及其表達
第8章 細溝土壤剝蝕過程
8.1 細溝侵蝕剝蝕率及其計算方法
8.2 水流含沙量對細溝剝蝕率的影響
8.3 細溝剝蝕率與細溝溝長的關(guān)系
8.4 細溝剝蝕率的解析方法
8.5 細溝剝蝕率解析結(jié)果的檢驗
8.6 陡坡細溝侵蝕含沙量的解析方法
第9章 細溝侵蝕產(chǎn)沙輸沙過程與輸沙能力
9.1 輸沙能力及其試驗確定方法
9.2 細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)和臨界抗剪切應力
10.1 WEPP模型細溝可蝕性參數(shù)估計
10.2 (有理)實驗法確定細溝可蝕性參數(shù)與臨界抗剪切應力
10.2.1 理論分析及數(shù)學推導
10.2.2 參數(shù)計算及分析
10.3 疏松土壤材料中細溝的再生及其臨界剪應力的實驗研究
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 臨界剪切應力與坡度的關(guān)系
第11章 細溝侵蝕動態(tài)過程的稀土元素示蹤法
11.1 REE示蹤元素的用法與用量的計算
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 沖刷試驗設計
11.2 計算方法
11.2.1 樣品采集和土壤侵蝕量的計算
11.2.2 含沙量的計算
11.3 REE示蹤法估算細溝侵蝕產(chǎn)沙分布
11.3.1 不同水動力條件下細溝侵蝕產(chǎn)沙分布
11.3.2 測定精度
11.4 細溝流剝蝕率的REE示蹤法研究
第12章 WEPP模型細溝侵蝕產(chǎn)沙方程理論分析與實驗驗證
12.1 試驗結(jié)果及解析驗證
12.2 理論分析及試驗驗證
第13章 WEPP模型中細溝可蝕性參數(shù)估計方法誤差的理論分析
13.1 WEPP模型確定可蝕性參數(shù)的實驗與計算方法
13.2 WEPP模型細溝土壤可蝕性參數(shù)估計誤差來源
13.3 WEPP模型細溝可蝕性參數(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
14.1 初始及邊界條件
14.2 集中水流條件下細溝侵蝕隨坡長變化過程的模擬
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)輸沙能力公式對細溝侵蝕產(chǎn)沙過程的影響
14.4 傳統(tǒng)土壤可蝕性參數(shù)對細溝侵蝕產(chǎn)沙過程的影響
14.5 輸沙能力與土壤可蝕性參數(shù)的共同影響
14.6 細溝剝蝕過程
第15章 降雨條件下細溝侵蝕的有限元模擬
15.1 有降雨條件下的細溝侵蝕實驗
15.1.1 實驗設計及數(shù)據(jù)表達
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 細溝侵蝕過程有限元模擬的可視化
15.3.1 系統(tǒng)組成簡介
15.3.2 系統(tǒng)主要優(yōu)點
參考文獻
附錄 模型參數(shù)計算程序