流域生态水文过程随机模拟及其对环境变化的响应 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《流域生态水文过程随机模拟及其对环境变化的响应》系统介绍了流域生态水文过程随机模拟相关技术、理论和应用研究成果。作者系统阐述了土壤水分动态随机模型理论假设及其数学内涵；基于修正的模型量化分析了我国北方典型林地和灌溉农田生态系统土壤温度概率分布、水量平衡、植被水分胁迫等生态水文特征；构建了综合超渗产流过程的土壤水分动态随机模型和径流历时曲线模型，量化环境变化条件下的流域降雨产流分布特征，提出了基于超渗产流过程的流域水热耦合平衡理论，并在潮白河流域进行了模型验证，为密云水库水资源安全提供技术支撑。
　　《流域生态水文过程随机模拟及其对环境变化的响应》可供从事水文、水资源、水生态、水土保持、地理、资源、环境及有关专业的科技工作者和管理人员参考。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 研究背景
1．2 生态水文学研究进展
1．2．1 生态水文学研究内涵
1．2．2 生态水文模型建模思路
1．3 生态水文随机动力方法研究进展
1．3．1 Rodriguez-Iturbe模型提出之前
1．3．2 Rodriguez-Iturbe模型提出及其研究进展
1．3．3 基于生态水文随机动力方法的径流历时曲线模型
1．3．4 生态水文随机动力方法研究展望
1．4 研究目标与内容
1． 4．1 研究目标
1．4．2 研究内容

第2章 土壤湿度概率密度函数的数学推导
2．1 土壤水分动态随机模型理论
2．2 土壤湿度概率密度函数
2．2．1 Milly模型（Step Model）
2．2．2 Porporato模型（Linear Model）
2．2．3 Shuttleworth and Ellis模型（Ramp Model）
2．2．4 Rodriguez-Iturbe模型
2．2．5 Laio模型
2．3 土壤水量平衡
2．3．1 Milly模型（Step Model）
2．3．2 Porporato模型（Linear Model）
2．3．3 Shuttleworth and Ellis模型（Ramp Model）
2．3．4 Rodriguez-Iturbe模型
2．3．5 Laio模型
2．4 本章小结

第3章 我国北方典型林地土壤水分动态和水平衡随机模拟研究
3．1 模型方法
3．1．1 土壤水分随机模型构建
3．1．2 模拟结果评价方程
3．2 数据获取和模型参数确定
3．2．1 数据获取
3．2．2 模型参数确定
3．3 模拟结果分析
3．3．1 土壤湿度概率分布特征分析
3．3．2 水量平衡分析
3．3．3 水分胁迫分析
3．4 模型应用研究
3．4．1 土壤水分动态和土壤水量平衡随机模拟
3．4．2 降雨量对动态水分胁迫的影响
3．5 本章小结

第4章 典型灌溉农田生态系统土壤水分动态和水量平衡随机模拟
4．1 模型方法
4．2 应用研究
4． 2．1 研究区简介
4．2．2 实验数据
4．3 模型参数确定
4．3．1 降雨和灌溉参数
4．3．2 土壤水力参数
4．3．3 蒸散发和深层渗漏参数
4．3．4 模型参数率定及模拟结果评价方程
4．4 模拟结果分析
4．4．1 土壤湿度概率分布特征
4．4．2 水量平衡
4．4．3 作物水分胁迫
4．4．4 年际降雨波动和灌溉影响下的年平均土壤湿度概率分布
4．5 模型应用研究
4．5．1 土壤水分动态和土壤水量平衡随机模拟
4．5．2 灌溉水量对动态水分胁迫的影响
4．5．3 平均土壤湿度概率分布
4．6 本章小结

第5章 考虑超渗产流过程的土壤水分动态和水量平衡随机模拟
5．1 模型方法
5．1．1 土壤水量平衡
5．1．2 土壤湿度概率函数
5．1．3 水量平衡方程
5．2 模型敏感性分析
5．2．1 土壤水分动态
5．2．2 水量平衡
5．3 模型应用研究
5．4 本章小结

第6章 考虑超渗产流过程的流域地下径流历时曲线模型
6．1 模型方法
6．1．1 流域径流概率分布模型
6．1．2 超渗产流系数修订的地下径流概率分布模型
6．2 模型应用研究
6．2．1 Jacob Fork流域（美国）
6．2．2 Glendhu流域（新西兰）
6．2．3 Salmon流域（澳大利亚）
6．2．4 Stewarts Creek流域（澳大利亚）
6．3 本章小结

第7章 潮白河流域平均水平衡特征研究
7．1 研究方法与数据
7．1．1 模型方法
7．1．2 研究区概况
7．1．3 研究数据
7．2 参数确定
7． 2．1 模型适用性
7．2．2 参数确定
7．3 模拟结果分析
7．3．1 流域水循环要素变化曲线
7．3．2 预测径流
7．4 模型应用研究
7．5 本章小结

第8章 结论

参考文献

前言/序言

　　生态水文学是探究流域生态系统格局和水文过程相互关系的一门交叉学科。它以陆地表层生态系统中的水和养分循环为研究对象，探究不同时空尺度上生态系统中水文过程及其对植被生长的影响，特别在相对干旱地区，水是控制生态系统格局和生态过程的关键因子。土壤水作为联系大气、土壤和植被动态的关键变量，控制着地表的蒸散发和植被的养分吸收过程。土壤水分动态受降雨、蒸散发、深层渗漏以及产流过程的综合影响。水文过程对生态过程的影响也主要是通过土壤水分的变化实现。土壤水分动态随机模拟研究是定量理解植被对水分胁迫响应、土壤养分循环的水文控制、植物水分竞争等生态系统动态、土壤和流域水量平衡过程的关键。
　　基于土壤水分动态随机模拟的生态水文学研究是目前国际上的研究前沿，而土壤水分随机模型吸收了成熟的非线性科学思想以及早期发展的降水模型随机理念，提出了一种在解释各种生物物理过程时既能保证其简单性又不失系统非线性本质的低维模型，为水文过程和生态过程找到了一个交叉点，也为学科发展创造了一个全新的学科增长点。北京市水科学技术研究院在国家自然基金项目的支持下，基于土壤水分动态随机模型方法，阐明北方干旱半干旱地区林地植被系统和农田作物系鲩土壤水分分布特征与水量平衡过程、植被水分胁迫、气候波动的响应机制；基于土壤湿度随机分布的动态变化规律结合流域径流过程观测资料，通过土壤水分模型的参数简化构建并检验流域随机生态水文模型，模拟、分析径流和蒸散发对流域植被变化和气候变化的响应过程，对流域内水文、植被生长和气候系统之间的关系进行定量化的描述。
　　本书以作者博士论文和国家自然基金项目“流域生态水文过程随机模拟及其对环境变化的响应——以潮白河流域为例”的成果为基础编写，全书分为8章。第1章为绪论，主要介绍研究背景和意义，从生态水文学内涵分析入手，通过对不同生态水文模型建模思路和生态水文过程模拟的尺度分析，特别介绍了土壤水分动态随机模型的一系列研究进展，分析存在的科学问题，确定研究目标和内容。第2章深入分析土壤水分动态随机模型理论和内涵，重新审视其模型理论假设，并推导该类随机模型土壤湿度概率密度函数和水量平衡。第3章选择北方常见的三种林地生态系统：元宝枫、油松、侧柏的土壤水分监测数据和气象数据，基于土壤水分动态随机模型，探究北方林地生态系统的不同植被土壤水分分布特征，量化其水平衡过程以及水分胁迫。第4章应用土壤水分动态随机模型，模拟栾城站灌溉农田土壤湿度概率分布、水量平衡、作物水分胁迫响应和降雨波动和灌溉情景下平均土壤湿度分布特征，对该理论方法在农业生态系统中的适用性进行综合评价。第5章建立了超渗产流过程影响的土壤水分动态随机模型，分析超渗产流对土壤水分动态和水量平衡的影响。第6章基于提出的超渗产流修订的土壤水分动态随机理论方法，用超渗产流修正了基于该随机模型理论建立的流域地下径流历时曲线模型，应用不同降雨径流特征流域的观测资料，验证修正后的径流历时曲线模型对不同环境条件下流域地下径流分布的模拟能力。第7章基于水热耦合模型方法，分析了潮河、白河流域水循环要素相应于不同土地覆被类型结构变化和水平衡的特征。通过对未来10年流域下垫面状况的预估，预测了未来变化环境条件下流域径流量的变化情况。第8章对前述工作进行了概括与总结，综述主要的研究成果和创新之处。
　　本书的完成非常感谢博士生导师夏军院士在作者攻读博士期间在生态水文选题、理论方法创新等方面的指导。感谢CSIRO张橹教授在土壤水分动态随机模型理论方面的指导。感谢CSIRO的NickolasJ.Potter博士在土壤水分动态随机模型方法和数学计算方面的指导。感谢张永强博士、孙宏勇博士、牛勇博士提供了不同生态系统的降雨、土壤湿度监测数据。借本书出版之际，特向支持和帮助过作者研究工作的所有领导、专家和有关人员一并表示感谢。感谢中国水利水电出版社编辑为本书出版付出的辛勤劳动。
　　由于流域生态水文过程随机模拟及其对环境变化的响应研究问题十分复杂，涉及范围广，工作任务重，特别是土壤水分随机模拟理论研究与实践处于发展阶段，再加上作者水平有限，时间也比较仓促，虽几易其稿，书中错误和缺点在所难免。欢迎广大读者批评指正！
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