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內容簡介

　　《流域生態水文過程隨機模擬及其對環境變化的響應》係統介紹瞭流域生態水文過程隨機模擬相關技術、理論和應用研究成果。作者係統闡述瞭土壤水分動態隨機模型理論假設及其數學內涵；基於修正的模型量化分析瞭我國北方典型林地和灌溉農田生態係統土壤溫度概率分布、水量平衡、植被水分脅迫等生態水文特徵；構建瞭綜閤超滲産流過程的土壤水分動態隨機模型和徑流曆時麯綫模型，量化環境變化條件下的流域降雨産流分布特徵，提齣瞭基於超滲産流過程的流域水熱耦閤平衡理論，並在潮白河流域進行瞭模型驗證，為密雲水庫水資源安全提供技術支撐。
　　《流域生態水文過程隨機模擬及其對環境變化的響應》可供從事水文、水資源、水生態、水土保持、地理、資源、環境及有關專業的科技工作者和管理人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 緒論
1．1 研究背景
1．2 生態水文學研究進展
1．2．1 生態水文學研究內涵
1．2．2 生態水文模型建模思路
1．3 生態水文隨機動力方法研究進展
1．3．1 Rodriguez-Iturbe模型提齣之前
1．3．2 Rodriguez-Iturbe模型提齣及其研究進展
1．3．3 基於生態水文隨機動力方法的徑流曆時麯綫模型
1．3．4 生態水文隨機動力方法研究展望
1．4 研究目標與內容
1． 4．1 研究目標
1．4．2 研究內容

第2章 土壤濕度概率密度函數的數學推導
2．1 土壤水分動態隨機模型理論
2．2 土壤濕度概率密度函數
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 本章小結

第3章 我國北方典型林地土壤水分動態和水平衡隨機模擬研究
3．1 模型方法
3．1．1 土壤水分隨機模型構建
3．1．2 模擬結果評價方程
3．2 數據獲取和模型參數確定
3．2．1 數據獲取
3．2．2 模型參數確定
3．3 模擬結果分析
3．3．1 土壤濕度概率分布特徵分析
3．3．2 水量平衡分析
3．3．3 水分脅迫分析
3．4 模型應用研究
3．4．1 土壤水分動態和土壤水量平衡隨機模擬
3．4．2 降雨量對動態水分脅迫的影響
3．5 本章小結

第4章 典型灌溉農田生態係統土壤水分動態和水量平衡隨機模擬
4．1 模型方法
4．2 應用研究
4． 2．1 研究區簡介
4．2．2 實驗數據
4．3 模型參數確定
4．3．1 降雨和灌溉參數
4．3．2 土壤水力參數
4．3．3 蒸散發和深層滲漏參數
4．3．4 模型參數率定及模擬結果評價方程
4．4 模擬結果分析
4．4．1 土壤濕度概率分布特徵
4．4．2 水量平衡
4．4．3 作物水分脅迫
4．4．4 年際降雨波動和灌溉影響下的年平均土壤濕度概率分布
4．5 模型應用研究
4．5．1 土壤水分動態和土壤水量平衡隨機模擬
4．5．2 灌溉水量對動態水分脅迫的影響
4．5．3 平均土壤濕度概率分布
4．6 本章小結

第5章 考慮超滲産流過程的土壤水分動態和水量平衡隨機模擬
5．1 模型方法
5．1．1 土壤水量平衡
5．1．2 土壤濕度概率函數
5．1．3 水量平衡方程
5．2 模型敏感性分析
5．2．1 土壤水分動態
5．2．2 水量平衡
5．3 模型應用研究
5．4 本章小結

第6章 考慮超滲産流過程的流域地下徑流曆時麯綫模型
6．1 模型方法
6．1．1 流域徑流概率分布模型
6．1．2 超滲産流係數修訂的地下徑流概率分布模型
6．2 模型應用研究
6．2．1 Jacob Fork流域（美國）
6．2．2 Glendhu流域（新西蘭）
6．2．3 Salmon流域（澳大利亞）
6．2．4 Stewarts Creek流域（澳大利亞）
6．3 本章小結

第7章 潮白河流域平均水平衡特徵研究
7．1 研究方法與數據
7．1．1 模型方法
7．1．2 研究區概況
7．1．3 研究數據
7．2 參數確定
7． 2．1 模型適用性
7．2．2 參數確定
7．3 模擬結果分析
7．3．1 流域水循環要素變化麯綫
7．3．2 預測徑流
7．4 模型應用研究
7．5 本章小結

第8章 結論

參考文獻

前言/序言

　　生態水文學是探究流域生態係統格局和水文過程相互關係的一門交叉學科。它以陸地錶層生態係統中的水和養分循環為研究對象，探究不同時空尺度上生態係統中水文過程及其對植被生長的影響，特彆在相對乾旱地區，水是控製生態係統格局和生態過程的關鍵因子。土壤水作為聯係大氣、土壤和植被動態的關鍵變量，控製著地錶的蒸散發和植被的養分吸收過程。土壤水分動態受降雨、蒸散發、深層滲漏以及産流過程的綜閤影響。水文過程對生態過程的影響也主要是通過土壤水分的變化實現。土壤水分動態隨機模擬研究是定量理解植被對水分脅迫響應、土壤養分循環的水文控製、植物水分競爭等生態係統動態、土壤和流域水量平衡過程的關鍵。
　　基於土壤水分動態隨機模擬的生態水文學研究是目前國際上的研究前沿，而土壤水分隨機模型吸收瞭成熟的非綫性科學思想以及早期發展的降水模型隨機理念，提齣瞭一種在解釋各種生物物理過程時既能保證其簡單性又不失係統非綫性本質的低維模型，為水文過程和生態過程找到瞭一個交叉點，也為學科發展創造瞭一個全新的學科增長點。北京市水科學技術研究院在國傢自然基金項目的支持下，基於土壤水分動態隨機模型方法，闡明北方乾旱半乾旱地區林地植被係統和農田作物係鯇土壤水分分布特徵與水量平衡過程、植被水分脅迫、氣候波動的響應機製；基於土壤濕度隨機分布的動態變化規律結閤流域徑流過程觀測資料，通過土壤水分模型的參數簡化構建並檢驗流域隨機生態水文模型，模擬、分析徑流和蒸散發對流域植被變化和氣候變化的響應過程，對流域內水文、植被生長和氣候係統之間的關係進行定量化的描述。
　　本書以作者博士論文和國傢自然基金項目“流域生態水文過程隨機模擬及其對環境變化的響應——以潮白河流域為例”的成果為基礎編寫，全書分為8章。第1章為緒論，主要介紹研究背景和意義，從生態水文學內涵分析入手，通過對不同生態水文模型建模思路和生態水文過程模擬的尺度分析，特彆介紹瞭土壤水分動態隨機模型的一係列研究進展，分析存在的科學問題，確定研究目標和內容。第2章深入分析土壤水分動態隨機模型理論和內涵，重新審視其模型理論假設，並推導該類隨機模型土壤濕度概率密度函數和水量平衡。第3章選擇北方常見的三種林地生態係統：元寶楓、油鬆、側柏的土壤水分監測數據和氣象數據，基於土壤水分動態隨機模型，探究北方林地生態係統的不同植被土壤水分分布特徵，量化其水平衡過程以及水分脅迫。第4章應用土壤水分動態隨機模型，模擬欒城站灌溉農田土壤濕度概率分布、水量平衡、作物水分脅迫響應和降雨波動和灌溉情景下平均土壤濕度分布特徵，對該理論方法在農業生態係統中的適用性進行綜閤評價。第5章建立瞭超滲産流過程影響的土壤水分動態隨機模型，分析超滲産流對土壤水分動態和水量平衡的影響。第6章基於提齣的超滲産流修訂的土壤水分動態隨機理論方法，用超滲産流修正瞭基於該隨機模型理論建立的流域地下徑流曆時麯綫模型，應用不同降雨徑流特徵流域的觀測資料，驗證修正後的徑流曆時麯綫模型對不同環境條件下流域地下徑流分布的模擬能力。第7章基於水熱耦閤模型方法，分析瞭潮河、白河流域水循環要素相應於不同土地覆被類型結構變化和水平衡的特徵。通過對未來10年流域下墊麵狀況的預估，預測瞭未來變化環境條件下流域徑流量的變化情況。第8章對前述工作進行瞭概括與總結，綜述主要的研究成果和創新之處。
　　本書的完成非常感謝博士生導師夏軍院士在作者攻讀博士期間在生態水文選題、理論方法創新等方麵的指導。感謝CSIRO張櫓教授在土壤水分動態隨機模型理論方麵的指導。感謝CSIRO的NickolasJ.Potter博士在土壤水分動態隨機模型方法和數學計算方麵的指導。感謝張永強博士、孫宏勇博士、牛勇博士提供瞭不同生態係統的降雨、土壤濕度監測數據。藉本書齣版之際，特嚮支持和幫助過作者研究工作的所有領導、專傢和有關人員一並錶示感謝。感謝中國水利水電齣版社編輯為本書齣版付齣的辛勤勞動。
　　由於流域生態水文過程隨機模擬及其對環境變化的響應研究問題十分復雜，涉及範圍廣，工作任務重，特彆是土壤水分隨機模擬理論研究與實踐處於發展階段，再加上作者水平有限，時間也比較倉促，雖幾易其稿，書中錯誤和缺點在所難免。歡迎廣大讀者批評指正！
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