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出版者:中国水利水电出版社

作者:张瑞瑾 编

出品人:

页数:230

译者:

出版时间:1998-05

价格:22.00元

装帧:平装

isbn号码:9787801244260

丛书系列:

图书标签:

• 河流泥沙动力学
• 地球科学
• 河流动力学
• 泥沙动力学
• 水沙运动
• 河流形态
• 冲刷淤积
• 水力学
• 环境流体力学
• 水资源
• 河道工程
• 水文地质

《河流泥沙运动的力学原理》 内容简介 本书深入探讨了河流泥沙运动背后的核心力学原理，系统性地梳理了泥沙颗粒在水流作用下的各种行为及其影响因素。全书共分为七章，旨在为从事河流治理、水利工程、海岸带防护以及环境科学研究的专业人士和高年级本科生、研究生提供一个坚实而全面的理论基础。 第一章 绪论 本章首先界定并阐述了河流泥沙运动的基本概念，包括泥沙的来源、输移和堆积过程。我们将从宏观上认识泥沙在河流系统中的重要性，例如其对河道形态演变、航道通畅、水库淤积以及生态环境的影响。在此基础上，本章将简要回顾泥沙动力学研究的历史沿革和发展脉络，介绍国内外在该领域取得的主要成就和存在的挑战。最后，将概述本书的研究内容和章节安排，为读者构建清晰的学习路径。本章强调的是对泥沙运动这一复杂现象的初步认识和研究的必要性，为后续深入的力学分析奠定基础。 第二章 流体力学基础 河流泥沙运动本质上是流体（水）与固体颗粒（泥沙）相互作用的结果。因此，深入理解流体力学基本原理是掌握泥沙动力学的先决条件。本章将重点介绍与泥沙运动密切相关的流体力学概念。我们将从流体运动的基本守恒方程——纳维-斯托克斯方程出发，介绍其在不同假设下的简化形式，如欧拉方程和伯努利方程，并讨论其在河流流态分析中的适用性。随后，本章将详细阐述流体粘性、层流与湍流的判据和特征，特别是湍流结构对泥沙输移的影响。水流的切应力、能量耗散以及空化现象等关键概念也将被深入剖析。此外，本章还将涉及水流边界层理论，分析水流与河床界面的相互作用，以及由此产生的剪切应力分布规律。本章旨在为读者提供理解水流如何驱动泥沙运动所需的关键流体力学知识。 第三章 泥沙颗粒的运动与输移 泥沙颗粒的运动是泥沙动力学的核心内容。本章将聚焦于泥沙颗粒在水流作用下的基本运动模式。首先，我们将分析单个泥沙颗粒在静止水体中的沉降过程，介绍斯托克斯沉降定律，并讨论泥沙颗粒的粒径、密度、形状等物理特性对沉降速度的影响。随后，我们将进入更复杂的水流中的泥沙运动分析。本章将详细介绍泥沙颗粒在层流和湍流条件下的输移机制。特别是湍流脉动对泥沙颗粒的卷起、悬浮和扩散作用将是重点。我们将引入能量论和动量论的观点，解释泥沙颗粒为何能够被水流携带。此外，本章还将区分不同形式的泥沙输移，包括悬移质输移和推移质输移，并探讨它们的发生条件和输移规律。对于推移质，本章将分析其在河床上的滚动、跃移和滑动等运动方式。本章旨在系统性地阐述泥沙颗粒在不同水流条件下的运动机理。 第四章 泥沙输移能力与输沙率 泥沙输移能力是表征水流携带泥沙能力强弱的指标，而输沙率则是单位时间内通过某断面的泥沙总量。本章将集中探讨这两个关键概念及其计算方法。我们将从能量平衡和动量交换的视角出发，分析水流输沙能力的理论基础。随后，本章将详细介绍多种经典的泥沙输移能力计算公式，例如张瑞瑾公式、万德比尔公式、杨佩一公式等，并分析其各自的适用范围、优缺点以及参数的选取原则。此外，本章还将引入和分析基于边界层理论和湍流脉动理论的输沙率计算模型。针对悬移质和推移质，我们将分别探讨其输沙率的计算方法和影响因素，包括水流流速、水深、泥沙浓度、泥沙粒径分布等。本章还将讨论非均匀泥沙的输移能力计算方法，以及如何考虑泥沙的颗粒级配对输沙率的影响。最终目标是使读者能够掌握评估河流输沙能力和计算输沙率的多种方法。 第五章 河床变形与河道演变 河流的形态并非一成不变，泥沙运动是导致河道形态演变的主要驱动力之一。本章将深入探讨河床变形的力学机制及其对河道演变的影响。我们将分析河床的形成过程，包括冲刷和淤积的机理。本章将重点讨论河床局部变形，如沙波、沙垄等水下沙脊的形成、发展和迁移过程，并分析其与水流运动的相互作用。在此基础上，我们将探讨河道整体形态的演变，包括河道展宽、加深、弯曲度变化等。本章还将涉及泥沙输移能力的空间非均一性如何导致河床高程的长期变化，以及由此产生的河床冲刷和淤积问题。此外，本章还将简要介绍河道演变数值模拟方法的基本原理，并分析泥沙运动在其中扮演的关键角色。本章旨在使读者理解泥沙运动如何通过河床变形最终导致河道形态的长期演变。 第六章 泥沙输移过程中的水沙相互作用 泥沙颗粒的存在会对水流运动产生反向作用，反之，水流的改变也会影响泥沙的输移。本章将聚焦于水沙之间的相互作用，这是一个复杂的耦合过程。我们将从能量和动量的角度分析泥沙浓度对水流阻力、流速分布和湍流结构的影响。高浓度泥沙可能导致流体性质的改变，例如密度增加、粘性增强，进而影响水流的输沙能力。本章还将讨论泥沙颗粒的团聚和分散现象，以及这些过程对泥沙输移的影响。另外，针对泥浆流等特种水沙运动，本章将介绍其独特的力学特性和形成机制。本章还将探讨泥沙输移过程中可能出现的非平衡状态，即水流的输沙能力大于实际输沙量时发生的河床冲刷，反之则发生淤积。本章的目的是揭示水流与泥沙之间动态、相互影响的复杂关系。 第七章 泥沙动力学研究方法与应用 本章将对泥沙动力学的研究方法进行总结，并介绍其在实际工程和环境问题中的应用。我们将回顾本学科的理论研究方法，包括解析法、数值模拟法。特别地，本章将详细介绍数值模拟方法在泥沙动力学中的应用，如二维和三维泥沙输移模型，以及这些模型在预测河道演变、评估水库淤积、优化航道维护方案等方面的作用。此外，本章还将介绍泥沙动力学相关的现场观测技术和室内试验方法。在应用层面，本章将列举并分析泥沙动力学在水利工程（如大坝选址与运行、防洪减灾、围垦工程）、海岸带工程（如港口航道疏浚、海岸侵蚀治理）、生态修复（如河湖生态补水、湿地保护）以及环境监测（如水体浑浊度评估、污染物输移分析）等领域的具体应用案例。通过这些案例，本章旨在展示泥沙动力学理论的实际价值和广阔的应用前景，并展望未来研究方向。 本书的写作风格力求严谨、清晰、逻辑性强，避免使用过于简略或含糊的表述。在阐述理论概念时，会辅以必要的数学推导和图表说明。全书的最终目标是帮助读者建立起对河流泥沙运动的全面、深刻的理解，并能将其应用于解决实际问题。

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这本书的装帧设计简直是视觉上的享受，封面那种略带粗粝感的纹理，配上深邃的蓝绿色调，让人一上手就感受到一种沉稳和厚重，仿佛真的能触摸到水流的质感。内页纸张的选择也非常考究，不是那种廉价的亮白，而是偏向于米白色的哑光纸，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。排版上，字体大小和行间距的把握达到了一个近乎完美的平衡，既保证了信息密度的合理性，又留出了足够的呼吸空间，阅读起来非常舒适。我特别欣赏它在图表和插图的处理上所下的功夫，那些复杂的流体力学示意图，竟然能以如此清晰、优雅的方式呈现出来，那些细微的箭头方向和色彩渐变，无声地诉说着水体运动的微妙变化，即便是初学者也能迅速抓住核心概念。而且，书脊的装订工艺看起来非常牢固，可以完全平摊开来，这对于需要频繁查阅公式和模型的专业书籍来说，简直是福音，不用担心书页会散架。整体来看，这本书在物理形态上，就已经成功地奠定了一种专业、值得信赖的基调，让人有种想立刻沉浸其中，去探究那些深奥知识的冲动。

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作为一名长期与水利模型打交道的工程师，我通常对理论书籍抱有一种审慎的态度，因为很多书籍往往在概念上宏大，但在实际应用层面却显得苍白无力，要么模型参数难以获取，要么计算过程过于简化以至于失真。然而，这本书在理论深度与工程实用性之间找到了一种极其巧妙的平衡点。它不仅详尽地介绍了各种经典的床沙运动模型，比如芝加哥大学流体力学团队的某些创新性框架，更令人称道的是，它提供了一套近乎“傻瓜式”的步骤指南，来评估在不同边界条件（比如河床材料异质性、植被影响）下，应该优先选用哪一种模型，以及如何设置最合理的初始条件。书中关于参数敏感性的分析部分尤其精辟，它清晰地指出了哪些系数对最终结果的影响最大，从而指导我们在现场勘测时应将主要精力集中在哪里，避免了那种盲目采集所有数据的低效做法。这种将理论“反哺”实践的逻辑链条，使得这本书远超出了纯学术著作的范畴，更像是一本高阶的操作手册。

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这本书的学术视野非常开阔，它并没有将“河流”仅仅局限在传统的泥沙研究范畴内，而是巧妙地融入了跨学科的视角，这让我眼前一亮。我惊喜地发现，其中有一章专门讨论了河流泥沙波动对水生生态系统健康的影响，特别是对底栖生物栖息地的扰动效应，它引入了生物物理学的概念，来量化泥沙淤积对水体溶解氧浓度的间接影响。这种生态水文学的交织，使得内容不再是冷冰冰的力学计算，而是充满了对自然系统整体性的尊重。再者，作者似乎对气候变化背景下的河流系统响应有着深刻的预见，书中对极端降水事件导致的“脉冲式”泥沙负荷增加及其长期地貌记忆效应的讨论，显得尤为前瞻和紧迫。它不再仅仅满足于解释“为什么会这样”，而是进一步探讨“在未来几十年里，我们可能面临怎样的全新挑战”，这是一种富有责任感的学术态度。

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阅读这本书的过程，更像是一场智力上的深度对话，而非单向的信息灌输。作者的行文风格非常具有个人特色，他似乎总是在关键的转折点设置一些引人深思的反问句，迫使读者停下来，审视自己对现有理论框架的固有假设。例如，在讨论非线性泥沙输移过程时，他引用了某个哲学家的观点来探讨“系统阈值”的概念，这种跨越学科边界的“点拨”，极大地激发了我批判性思考的能力。我发现自己不再满足于接受既有的公式，而是开始追问这些公式背后的基本假设是否在所有情况下都成立。这种鼓励质疑和探索的氛围，对于研究生阶段的学习者来说，是无价的。它教会的不是知识本身，而是一种探究未知、构建新知识体系的方法论，这才是真正的“道”的传承，而不是停留在术的层面。读完后，我感觉自己对整个水文地质领域的认知框架都被重新校准了一遍，思维的清晰度和逻辑的严谨性都得到了显著提升。

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我最近在研究河流地貌演变与侵蚀规律时，偶然接触到了这本书的某些章节，最让我感到惊喜的是它对于“悬移质输移机制”的论述方式，完全跳脱出了传统教科书那种干巴巴的公式堆砌。作者似乎有一种将抽象物理过程具象化的魔力，他不像是在罗列方程式，而更像是在带领读者进行一次微观尺度的“潜水观察”。比如，他对泥沙颗粒在湍流剪切层中的起伏运动描述，那种对“跃迁”和“沉降”临界状态的细致刻画，简直是栩栩如生。我记得有一处描述，将湍流脉动比喻成看不见的“小手”，不断地拨弄着河床上的沙粒，这种生动的比喻立刻击穿了理论与实践之间的隔阂，让我瞬间理解了为什么某些水力条件会引发特定的输沙现象。此外，书中对于非恒定流条件下泥沙响应的分析，也展现出极高的洞察力，没有停留在稳态假设上，而是深入探讨了瞬时变化带来的复杂反馈，这对于实际工程中的洪水演算和动态模拟具有极高的指导价值，绝对不是那种老生常谈的理论合集。

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