Introduction to the Physics of Cohesive Sediment Dynamics in the Marine Environment pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Winterwerp, Johan C. (EDT)/ Van Kesteren, Walther G. M. (EDT)

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2004-6

价格:$ 186.45

装帧:HRD

isbn号码:9780444515537

丛书系列:

图书标签:

海洋沉积物
泥沙动力学
海岸物理
海洋物理
环境流体力学
悬浮质
侵蚀
输运
沉积
海洋工程

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具体描述

This book is an introduction to the physical processes of cohesive sediment in the marine environment. It focuses on highly dynamic systems, such as estuaries and coastal seas. Processes on the continental shelf are also discussed and attention is given to the effects of chemistry, biology and gas. The process descriptions are based on hydrodynamic and soil mechanic principles, which integrate at the soil-water interface. This approach is substantiated through a classification scheme of sediment occurrences in which distinction is made between cohesive and granular material. Emphasis is also placed on the important interactions between turbulent flow and cohesive sediment suspensions, and on the impact of flow-induced forces on the stability of the seabed. An overview of literature on cohesive sediment dynamics is presented and a number of new developments are highlighted, in particular in relation to floc formation, settling and sedimentation, consolidation, bed failure and liquefaction and erosion of the bed. Moreover, it presents a summary on methods and techniques to measure the various sediment properties necessary to quantify the various parameters in the physical-mathematical model descriptions. A number of examples and case studies have been included.

好的，这是一本关于海洋沉积物动力学的深度探讨，着重于泥沙、粘土等凝聚性物质在海洋环境中的行为。《海岸与深海沉积物动力学：从微观到宏观的界面过程》内容简介本书是对海洋沉积物动力学领域，特别是凝聚性沉积物（Cohesive Sediment）研究的全面综述与深入分析。它旨在为地质学家、海洋工程师、水文学家以及环境科学家提供一个理解和预测泥沙运动、沉积与再悬浮过程的坚实理论框架和实用工具。全书内容跨越了从颗粒尺度的相互作用到大尺度海流输运的多个层级，聚焦于水动力、颗粒特性和生物地球化学因素如何共同塑造海底地貌和近岸水域环境。第一部分：凝聚性沉积物的基础特性与微观机理本部分首先奠定了理解凝聚性沉积物行为的基础。不同于沙粒等非粘性颗粒，泥沙和粘土颗粒由于其极小的尺寸和高比表面积，表现出显著的胶体和电化学特性。第1章：颗粒微结构与表面化学本章详细探讨了粘土矿物（如蒙脱石、伊利石和高岭石）的晶体结构及其对颗粒聚集行为的影响。重点分析了颗粒表面电荷的产生机制——如边缘电荷和表面双电层理论，并阐述了这些特性如何决定了颗粒在水中的稳定性或絮凝趋势。此外，有机质（如腐殖酸、蛋白质）在颗粒表面吸附和“生物胶水”形成过程也被详细讨论，这些因素极大地影响了泥沙的粘附性和固结强度。第2章：絮凝与固结：从分散到团聚絮凝是凝聚性沉积物动力学中最核心的现象之一。本章系统梳理了不同类型的絮凝过程，包括范德华力驱动的絮凝、电双层压缩引起的快速絮凝，以及生物介导的絮凝（如微生物分泌物）。书中引入了各种絮凝动力学模型，用于描述絮凝过程中颗粒尺寸和密度的演化。随后，重点讨论了沉积物在海底的固结过程，包括孔隙水排出、有效应力增加和结构重排，这直接影响了沉积物的抗剪强度和抗侵蚀能力。第二部分：流固耦合作用与沉积物输运模型本部分将研究重点转向宏观尺度，探讨水动力环境如何驱动沉积物的输送、沉积与再悬浮。第3章：床面侵蚀与沉积的本构关系侵蚀是控制海岸带泥沙平衡的关键过程。本章深入剖析了床面剪切应力与沉积物侵蚀速率之间的关系。引入了基于临界剪切应力（Critical Shear Stress）的侵蚀模型，并探讨了影响临界应力的关键因素，如沉积物胶结程度、水深和生物扰动。针对沉积阶段，书中阐述了沉积速率的控制机制，区分了静水沉降和受水流影响的沉积过程，并讨论了沉积物床面上的应力平衡。第4章：水动力学与泥沙输运方程本章是模型构建的核心。它详细推导了基于质量守恒原理的泥沙输运方程，特别是针对凝聚性泥沙的对流-扩散方程。书中涵盖了悬浮泥沙浓度廓线模型（如幂律或指数律模型）的适用性分析。对于高浓度泥沙流（如浊流），则引入了泥沙流动的本构关系，如牛顿流体模型和剪切稀化模型的修正，以准确描述泥沙浆体的流动特性。第5章：复杂水动力环境下的动态响应现实中的海洋环境充满复杂性，如潮汐、波浪和风暴事件。本章分析了这些复杂水动力场如何调制泥沙的再悬浮和输运。特别是，对波浪驱动下的床面剪切力（如近床底流）的计算方法进行了详细介绍，并探讨了由波浪引起的泥沙动量交换对水体浑浊度的长期影响。此外，还讨论了河流入海口和河口湾中，盐度梯度对泥沙絮凝和沉积区分布的敏感性。第三部分：生物地球化学相互作用与环境响应本部分超越了纯粹的物理过程，探讨了生物和化学过程如何与泥沙动力学深度耦合。第6章：生物扰动与床面结构变化底栖生物活动（如蠕虫、双壳类）是改变沉积物床面结构的重要因素。本章量化了生物扰动对沉积物孔隙率、扩散系数和抗侵蚀强度的影响。书中利用二维或三维模型来模拟生物扰动在不同沉积率和生物量条件下的空间效应，并评估了生物扰动导致的沉积物分层与混合。第7章：有机质降解与孔隙水化学反馈沉积物内部的有机质降解（好氧与厌氧）会产生气体和改变孔隙水化学环境，进而影响颗粒间的静电排斥力，从而改变固结状态和再悬浮阈值。本章详细分析了有机质分解速率模型与泥沙固结模型的耦合，特别关注了甲烷生成和硫化物积累对沉积物稳定性的潜在影响。第8章：环境风险评估与工程应用最后，本章将理论和模型应用于实际的工程和环境问题。这包括对疏浚物料处理、海岸保护结构（如海堤、防波堤）基础冲刷的预测，以及对污染物在凝聚性沉积物中的吸附、输运与释放过程的模拟。通过案例分析，本书展示了如何利用高级动力学模型来制定有效的海洋工程决策和环境管理策略。总结本书结构严谨，内容涵盖了凝聚性沉积物研究的前沿课题，特别强调了微观物理化学过程与宏观水动力过程之间的内在联系。通过整合最新的实验数据和先进的计算方法，本书为读者提供了理解和预测海洋环境中泥沙复杂行为的综合性资源。