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出版者:第1版 (2004年12月1日)

作者:王平义

出品人:

页数:165

译者:

出版时间:2004-12

价格:20.0

装帧:平装

isbn号码:9787114055058

丛书系列:

图书标签:

• 航道整治
• 水毁力学
• 水工建筑物
• 数值模拟
• 水动力学
• 河道工程
• 水利工程
• 海岸工程
• 水文水资源
• 工程力学

航道整治工程与水沙动力学：理论、方法与应用 本书旨在深入探讨航道整治工程中的关键科学问题，特别是河流动力学在人工干预下的响应与演变规律。全书聚焦于水流、泥沙输运与结构物相互作用的复杂过程，提供一套系统的理论框架和实用的模拟技术。 本书的结构设计旨在涵盖从基础理论到工程实践的完整链条，服务于水利工程师、河流动力学研究人员以及相关领域的研究生。 --- 第一部分：河流动力学基础与航道演变机理 本部分奠定理解航道整治工程的基础，重点解析自然河流系统的水沙运动规律及其对人为扰动的敏感性。 第一章：河流形态与水沙输运基础 本章从流体力学和泥沙力学的交叉视角出发，系统梳理河流系统的基本概念。内容涵盖河流平衡态的理论模型，如明尼-派克（Manning-Strickler）公式的适用性与局限性。重点分析水流挟沙能力的非线性特征，包括冲刷、淤积的临界条件。详细阐述不同粒径泥沙在紊流场中的悬移、推移和床面滚动机制，并引入水动力学中紊流结构对泥沙起动和输运的影响模型。章节末尾讨论了河流系统对气候变化和上游来沙量变化的响应机制，为后续的工程分析奠定理论基础。 第二章：水流与河床相互作用的非恒定流分析 河流整治往往涉及复杂的非恒定流条件，如洪水过程和泄洪工况。本章深入研究瞬变水流（Unsteady Flow）下的水沙输运耦合问题。引入圣维南（Saint-Venant）方程组在河流动力学中的应用，重点讨论如何精确捕捉洪水波传播过程中床面应力的快速变化及其对冲淤的影响。特别关注当水流挟沙量接近饱和状态时，水体密度变化和泥沙载荷对流速场和水位过程的反馈机制。本章还探讨了利用二维及三维浅水方程组对局部水流结构进行高分辨率模拟的方法。 第三章：河流横向运动与弯道水沙规律 航道整治的核心目标之一是稳定河槽的横向分布。本章聚焦于弯道水流的二级环流（Secondary Flow）结构。详细解析了横向流速分布、切应力场的形成机制及其对泥沙在凹岸和凸岸的再分配作用。引入沿程平均模型与精细化数值模型（如雷诺平均纳维-斯托克斯方程 RANS）在模拟弯道纵比降和侧向冲刷速率上的对比分析。讨论了利用导流堤、顺坝等工程措施对弯道水流结构进行优化调控的理论依据。 --- 第二部分：航道整治工程的动力学响应与工程设计 本部分将理论模型应用于具体的航道整治工程类型，探讨不同干预措施下水沙环境的长期演变。 第四章：顺坝、丁坝与导流工程的动力学效应 本章是针对主流工程措施的动力学评估。针对顺坝和丁坝，重点分析其在主河槽内形成的射流扩散规律和回流区特性。研究坝体后方的死水区形成机制，及其对该区域泥沙的沉积速率和稳定性的影响。对于导流工程，探讨其对主槽水流的束窄效应、流速抬升效应以及由此带来的河床下切趋势的预测方法。引入水流动力学中的边界层理论，分析水流与坝体表面的能量耗散过程。 第五章：疏浚工程后的河床恢复与泥沙运动模型 疏浚是维持航道水深的主要手段，但其影响具有显著的长期性。本章深入分析疏浚坑道周围的冲淤响应过程。探讨在不同流量和来沙条件下，河床在疏浚后恢复到新的平衡态所需的时间尺度和空间尺度。重点介绍基于沉积速率和床面起伏的演化方程，用于预测未来数年内的淤积趋势。讨论了不同疏浚剖面（如U型、V型）对水流结构和泥沙输运的差异化影响。 第六章：人工岛与河势控制的长期稳定性分析 在大型水利枢纽或跨江/海工程中，人工岛的设置对河流整体水沙平衡构成重大挑战。本章从大尺度水沙平衡的角度，分析人工岛对上下游、左右岸水动力边界条件的影响。运用二维水沙耦合模型，评估岛体周围的冲刷风险和上游来沙对岛体的淤积压力。重点讨论如何通过优化人工岛的体型设计和水流泄口配置，以最小化对主流道的负面干扰。 --- 第三部分：航道整治的数值模拟技术与精度控制 本部分着重介绍用于解决复杂航道问题的先进数值模拟工具及其在工程应用中的验证与优化。 第七章：二维及三维水沙耦合模型的构建与求解 本章详细阐述二维（2D）和三维（3D）数值模型（如有限体积法、有限差分法）在河流动力学中的应用。重点讲解如何耦合水动力控制方程（浅水方程组或 Navier-Stokes 方程组）与泥沙输运方程（如 ASH-2D 或 HEC-RAS 5.0+ 的 2D 泥沙模块）。针对三维模型，深入探讨紊流模型（如 $k-epsilon$ 模型）的选择对模拟侧向流和垂向流速廓线的精度影响。讨论网格划分技术（如非结构化网格）在处理复杂岸线和工程结构时的优势。 第八章：床面活动与时间尺度放大的数值策略 对于需要模拟数年乃至数十年尺度的航道演变，传统的精细化模型计算量过大。本章引入时间尺度放大的模拟策略。介绍基于床面起伏速率的半隐式求解方法，以平衡计算效率和长期精度。讨论床面变化率与水流变化率之间的耦合系数选取标准。本章还涉及异相泥沙（如卵石、粘土）的数学表征方法，及其在特定河段整治中的应用案例。 第九章：模型率定、验证与工程不确定性分析 任何数值模拟的可靠性都依赖于严格的率定和验证。本章系统介绍现场水文、地形、泥沙数据在模型校正中的应用流程。包括对关键参数（如曼宁糙率系数、泥沙起动应力）的敏感性分析。进一步引入蒙特卡罗模拟等方法，对未来气候情景或工程设计参数变化带来的航道水深不确定性进行量化评估，为工程风险管理提供科学支撑。 --- 总结与展望： 本书的理论深度与工程实用性兼备，旨在提供一个超越传统经验公式的、基于水沙动力学原理的现代化航道整治技术体系。它强调对河流复杂非线性反馈的理解，并提供了验证和应用先进数值模拟工具的指导，以期实现更加科学、可持续的航道管理目标。

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这本书的学术深度是毋庸置疑的，但真正让我感到惊喜的是其对“模拟技术”的探讨广度。我原本以为这部分会是充斥着大量晦涩难懂的数学公式，但在阅读过程中发现，作者非常巧妙地引入了现代计算流体力学（CFD）的最新进展，并将其与传统的岸线稳定理论进行了有效整合。特别是在讲解如何利用有限元/有限体积法来求解非线性边界条件时，作者没有直接抛出复杂的控制方程组，而是先用一个简化的物理场景来解释其背后的物理意义，再逐步引入数值离散化的步骤。这种由浅入深、注重“为什么”和“怎么做”的教学方法，使得即便是对高级数值模拟不甚精通的初学者，也能逐步建立起对该领域前沿工具的认知框架。它成功地架起了理论物理与工程应用之间的桥梁。

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这本书的装帧设计给我留下了非常深刻的印象，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，搭配烫金的标题字体，显得既专业又不失大气。内页纸张的质感也相当出色，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。我特别欣赏作者在排版上的用心，图表和文字的穿插布局非常合理，没有那种教科书式的死板感。例如，在介绍某个复杂的水流模型时，配以清晰的流程图和关键数据的表格，使得抽象的概念变得直观易懂。而且，章节之间的过渡非常流畅，即便是跨学科的内容衔接也处理得非常自然，感觉作者对整个领域的脉络有着极其清晰的掌控力。唯一略感遗憾的是，如果能在某些经典案例的旁边附上一些更具批判性的行业现状分析，那就更完美了，但这可能已经超出了本书“理论与技术模拟”的范畴了。整体来看，这是一本在视觉和触觉上都令人愉悦的专业书籍。

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从纯粹的阅读体验来说，这本书的叙事风格显得异常沉稳且具有历史的厚重感。作者在引言部分对航道整治理论发展史的回顾，不是简单的年代罗列，而是一种对人类与水流博弈的哲学思考。他似乎在引导读者去感受，每一项技术的诞生背后，都凝结着无数次失败的教训和深刻的洞察。这种带有文学色彩的论述，在严谨的工程文献中是极其罕见的。它让我意识到，我们今天所依赖的那些“标准做法”，其实都是在特定的历史和地理背景下，人类智慧的结晶。这种对知识起源的尊重和追溯，极大地提升了阅读的层次感，让我不再仅仅关注于“如何计算”，而是更深入地思考“为什么需要这样计算”。这对于培养真正的领域专家是至关重要的。

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关于这本书的系统性和逻辑严密性，我必须给予高度评价。全书的结构安排，仿佛一座精心设计的知识迷宫，但每条路径都指向最终的核心。它从最基础的水动力学原理开始，稳步过渡到建筑物受力分析，再升华到复杂的耦合系统响应，最终落脚于损伤评估与修复策略。我特别喜欢作者在每个关键章节末尾设置的“反思与展望”小节，它总能精准地指出当前理论体系的边界和未来可能的研究方向。这表明作者不仅是对现有知识的梳理者，更是对未来学科发展方向的引领者。对于准备进行硕士或博士阶段研究的学者而言，这本书的价值远超教科书范畴，它更像是一份详尽的、高质量的文献综述和研究路线图，能够帮助新进入这个领域的学生迅速定位研究热点和潜在突破口。

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作为一名长期在水利工程一线工作的技术人员，我更关注的是理论知识在实际工程中的可操作性和前瞻性。这本书在这一方面展现了极高的水准。它没有停留在对传统整治方法的简单罗列，而是深入剖析了现有方法的内在局限性，尤其是在面对极端气候事件频发的新常态下。书中关于“动态损伤演化”的建模思路，对我启发极大，它不再将水毁视为一个单一的、静态的结果，而是视为一个随时间推移、多因素耦合的复杂过程。我甚至尝试着用书中的某个迭代算法来反推我们上个月在某条支流上遇到的冲刷问题，发现其预测结果与实际观测值有着惊人的吻合度。这种将纯理论推导与工程实践紧密结合的叙事方式，极大地提升了本书的实用价值。它更像是一位资深专家的“心法秘籍”，而非一本冰冷的规范汇编。

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