具体描述
《林木根系固土力学机制》基于弹塑性力学、土力学、水土保持学、森林生态学、数学等原理和方法，采用野外实验与室内实验相结合、实验测定与理论分析相结合的技术路线，通过调查分析我国黄土高原地区主要造林树种——刺槐、油松的根系形态分布规律，构建了这两个树种根系形态分布模型；在研究油松根系应力应变关系的基础上，建立了油松根系的本构模型；通过对刺槐、油松根系与黄土接触面单元摩阻特性的实验研究，揭示了影响根土接触面摩阻特性的因素，确定了接触面单元的本构模型；采用三轴实验，分析了水平、垂直、复合加根方式对根一土复合体应力应变的影响；运用有限元方法，模拟了根一土复合体的位移场、应力场，分析了单株造林和群株群根对土体应力、应变的影响；揭示了根土相互物理作用的机制，为评估根系对非饱和土土坡稳定性的影响和进行边坡治理提供一定的理论依据。
现代土壤侵蚀与水土保持理论研究 本书聚焦于全球变化背景下，水土流失的复杂性和严峻性，系统梳理了现代土壤侵蚀过程的理论前沿、监测技术革新以及可持续水土保持策略的构建。全书旨在为水利工程、农业生态、环境科学及国土空间规划领域的科研工作者、工程师和政策制定者提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考框架。 --- 第一部分：土壤侵蚀的动力学与过程模型 本部分深入探讨了驱动现代土壤侵蚀的主要物理和化学过程，着重于对传统侵蚀模型的改进和突破。 第一章：水蚀动力学的新视角：从集水区尺度到微观层面 本章首先回顾了经典的土壤流失方程（如USLE/RUSLE）的局限性，特别是在非均质地形和极端天气事件下的适用性问题。随后，引入了基于过程的侵蚀模型（Process-Based Models）的核心思想，强调水流与土壤颗粒间的相互作用力学。 1.1 土壤抗蚀性与土壤结构稳定性 详细分析了土壤微团聚体的形成机制及其对水蚀的抵抗力。探讨了有机质（尤其是腐殖酸和富里酸）在团聚体胶结中的作用，并引入了土壤水分特征曲线（SWCC）与土壤剪切强度的耦合关系，用以量化土壤在饱和和非饱和状态下的抗冲刷能力。 1.2 径流动力学与泥沙输移 深入研究了降雨入渗与地表径流的动态平衡。通过三维数值模拟技术，揭示了坡面水流在不同粗糙度地表上的分岔、汇流和加速现象。重点分析了泥沙启动荷载（Incipient Motion）的临界条件，区分了悬移泥沙和卧底输移的能量消耗机制。引入了湍流结构对颗粒抬升的影响模型，超越了传统的平均流速判据。 1.3 模型验证与尺度效应 探讨了从微尺度（颗粒-水膜相互作用）到中尺度（坡面单元）再到大尺度（流域）模型构建中的参数传递和尺度效应补偿方法。介绍了基于同位素示踪技术对地表径流路径的实时监测方法，以校准和优化分布式水文侵蚀模型（如CASC2D-SED）。 第二章：风蚀的物理机制与大气边界层耦合 本章专门针对干旱和半干旱地区的风蚀问题，构建了风蚀的空气动力学模型。 2.1 风场结构与沙粒起动 详细解析了地表附近的风速廓线（Logarithmic Profile）及其对动量输移的影响。阐述了沙粒在不同粒径分布下的起跳机制：撞击（Saltation）、悬移（Suspension）和爬行（Creep）。引入了颗粒运动的能量耗散方程，用以精确预测起沙阈值风速。 2.2 尘暴与区域传输模拟 构建了耦合大气化学传输模块的风蚀模型，用于预测大规模沙尘暴的路径、高度和沉积区域。重点讨论了地表粗糙度、植被覆盖度（LAI）以及土壤湿度对风蚀速率的非线性反馈作用。提出了针对性地优化防风林带布局的参数化方案。 --- 第二部分：土壤侵蚀的遥感监测与时空分析 本部分着重于现代地球观测技术在水土保持领域的应用，强调数据驱动的监测与评估体系。 第三章：高分辨率遥感在侵蚀地貌识别中的应用 本章介绍了从卫星、无人机（UAV）到激光雷达（LiDAR）数据在获取地表高精度形态信息方面的优势。 3.1 DEM精度与微地貌提取 对比分析了SRTM、ASTER GDEM与高密度LiDAR数据在提取坡度、坡向和地表曲率（Plan Curvature）上的差异。重点介绍了基于高精度数字高程模型（DEM）的沟壑发育自动识别算法，包括水流累积指数（TWI）与水力集中指数（SHALSTAB）的改进应用。 3.2 光谱特征与土壤水分/侵蚀斑块识别 探讨了多光谱和高光谱遥感数据中，反映土壤侵蚀程度的植被指数（如NDVI、EVI）与土壤水分指数（如NDWI）的关联性。介绍了一种基于机器学习（SVM/Random Forest）的土壤裸露程度分类方法，以区分不同类型的侵蚀地貌（如细沟、冲沟和线蚀）。 第四章：时序分析与动态变化评估 本章侧重于利用时间序列遥感数据监测土壤侵蚀的动态过程和长期趋势。 4.1 基于InSAR和PS-InSAR的形变监测 介绍了干涉合成孔径雷达（InSAR）技术在监测大规模滑坡和边坡失稳中的应用，特别是永久散射体（PS）技术在监测缓慢侵蚀和地表沉降中的精度优势。 4.2 侵蚀速率的长期趋势分析 应用时间序列分解方法（如LandTrendr或BFAST）对历史影像数据进行分析，识别出流域内侵蚀速率的突变点和长期演化趋势，从而评估不同水保措施的长期有效性。 --- 第三部分：水土保持的生态工程与可持续管理 本部分将理论模型与实践工程相结合，提出了基于生态系统服务的现代水土保持策略。 第五章：流域尺度的生态水利调控技术 本章关注如何在大型流域尺度上通过生态工程手段实现泥沙减控与水资源涵养的平衡。 5.1 植被在水文过程中的调控作用 深入分析了不同植被冠层截留降雨、穿透蒸发以及根系对土壤渗透性的影响机制。对比了乔木林、灌丛草地在洪水缓释和土壤保持中的差异化效益评估模型。 5.2 生态固蚀材料与工程修复 详细介绍了新型生态友好的固沙材料（如生物降解聚合物、微生物诱导方解石沉淀MICP技术）在陡坡和采矿区的应用。讨论了“近自然”修复理念在河岸带稳定化工程中的实践，如生态砌石与浅层生物毯的结合应用。 第六章：基于服务价值的经济学评估与政策优化 本章超越纯粹的工程技术，探讨了水土保持工作的社会经济价值和政策机制。 6.1 土壤保持的生态系统服务价值化 运用生态系统服务（Ecosystem Services, ES）理论框架，对土壤保持服务进行价值核算。介绍了基于替代成本法和修复成本法对流域内不同水保措施（如梯田、防护林）的经济效益评估模型。 6.2 土地利用变化与水保政策的耦合 分析了城市化、退耕还林等重大土地利用政策变化对区域水土流失风险的重塑作用。提出了基于风险分级和成本效益分析的差异化水保投入策略，以实现区域可持续发展目标。 本书特色： 理论深度： 将土壤力学、流体力学与地球物理观测数据深度融合，构建跨尺度的分析框架。 技术前沿： 详细阐述了机器学习、高精度LiDAR和InSAR等新兴技术在水土保持中的具体应用流程。 实践导向： 章节内容紧密结合国家重大生态工程需求，提出的模型和技术均具备实际可操作性。 本书适合： 水利工程、土木工程、地理信息科学、环境科学、农业工程、生态学等相关专业的研究生、博士后、高校教师以及从事水土保持规划、设计与管理工作的工程技术人员和政府部门决策者。
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