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出版者:科学出版社发行部

作者:董志勇

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2008-4

价格:32.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030170545

丛书系列:

图书标签:

• 环境水力学
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洞察水流脉络，守护碧水长青 《环境水力学》并非一本浅尝辄止的读物，它是一扇深入探究水流奥秘、理解水与环境相互作用的窗口，更是一把解决水资源挑战、实现可持续发展的利器。本书以严谨的科学理论为基石，结合丰富的工程实践经验，为读者描绘了一幅生动而深刻的“水”的画卷。 一、溯源与发展：水力学的历史脉络与时代变迁 翻开本书，首先映入眼帘的是水力学悠久而辉煌的历史。从古人对河流自然规律的朴素认知，到古希腊、古罗马时期工程师们在水利工程上的卓越成就，再到牛顿力学体系建立后，水力学理论的系统化与数学化，本书将娓娓道来每一段重要的发展历程。我们将看到，从早期的经验总结到如今基于计算流体力学（CFD）的复杂模型，水力学的研究手段和理论深度一直在不断拓展。 更重要的是，本书不会止步于理论的陈述。它会深入分析水力学的发展是如何与人类社会的需求紧密相连。从早期满足灌溉、排水、航运等基本需求，到应对工业革命带来的水污染问题，再到当今全球气候变化背景下，如何利用水力学理论指导防洪减灾、水资源优化配置、生态环境保护等，本书将揭示水力学如何从一门基础学科，逐步成长为支撑现代社会可持续发展不可或缺的关键技术。我们将看到，每一次理论的突破，每一次方法的创新，都是为了更好地认识和驾驭水，更好地服务于人类与自然的和谐共生。 二、核心理论与基本原理：构建坚实的学科认知 在宏观的历史脉络之后，本书将聚焦于环境水力学的核心理论与基本原理。它并非简单罗列公式，而是力求深入浅出地解释每一个概念的物理意义，以及它们在实际问题中的应用。 流体的基本性质与运动规律： 我们将从流体的密度、粘度、表面张力等基本性质入手，理解流体为何会流动，流动又为何会产生阻力。本书将详细介绍牛顿流体与非牛顿流体的区别，以及这些性质如何影响水在自然环境中的行为。在此基础上，我们将深入探讨流体的宏观运动定律，如连续性方程、动量方程（纳维-斯托克斯方程）及其简化形式（如伯努利方程）。本书会强调这些方程背后的物理机制，以及它们如何在不同的工程和自然场景下被应用，例如计算河道中的水流速度、预测渠道中的水位变化等。 层流与湍流： 层流与湍流是流体运动的两种截然不同的状态，它们对水流能量的耗散、输沙能力、混合效率等方面有着决定性的影响。本书将通过生动的图解和实例，解释层流与湍流的形成机制、判别准则（如雷诺数），以及它们在河流、湖泊、地下水等不同环境介质中的表现。我们将了解，区分这两种流动状态对于准确预测水流行为至关重要，例如，在设计水库泄洪闸时，需要考虑湍流引起的能量耗散，以防止对下游结构造成破坏；在研究污染物扩散时，湍流的混合作用更是核心因素。 流体静力学与浮力： 水并非总是流动的，静止的水体同样蕴含着重要的科学原理。本书将详细介绍流体静力学，包括压力随深度的变化规律，以及浮力原理。这些原理不仅是理解大坝稳定性的基础，也是研究船舶航行、海上平台设计等问题的关键。我们将通过实例，如计算潜水器受到的压力，理解这些看似简单的原理在复杂工程中的应用。 量纲分析与相似性原理： 在进行水力学模型试验时，量纲分析和相似性原理是不可或缺的工具。本书将解释如何利用量纲分析，将复杂的物理问题简化为少数无量纲参数，从而有效地设计和解释模型试验的结果。这将帮助读者理解，为什么在水槽模型中模拟河流，以及如何通过相似准则来推广模型试验结果到实际工程中。 三、环境水力学的实践应用：解读水与环境的千丝万缕 环境水力学最引人入胜之处在于其广泛而深刻的实践应用。本书将带领读者走进真实世界，探索水力学原理如何解决一系列与环境息息相关的问题。 河流动力学与河道演变： 河流是地球上最重要的水体之一，其动力学过程决定了河道的形态、演变趋势以及对周围环境的影响。本书将深入研究河流的流速分布、床层侵蚀与淤积、河道弯曲、分汊等现象。我们将探讨水流挟带泥沙的能力，以及泥沙运动如何塑造河床。本书会分析不同河段（如上游峡谷、中游平原、下游三角洲）的水力学特征，以及人类活动（如筑坝、河道整治）对河流水力学过程的影响，例如，为何修建水库会改变下游泥沙输移，导致河道萎缩，以及如何通过生态护岸等措施来减缓这种影响。 水库与大坝水力学： 水库和大坝是人类改造水资源的重要工程。本书将详细分析水库的蓄洪、调洪、发电、供水等功能背后的水力学原理。我们将深入研究大坝的设计，包括溢洪道的泄洪能力、水库水位的变化、大坝下游的水力学特性，以及水流挟带泥沙对水库淤积的影响。本书会探讨不同类型大坝（如重力坝、拱坝、土石坝）的水力学设计要点，以及泄洪时产生的负压、空蚀等对工程结构的影响。 地下水流动力学： 地下水是重要的淡水资源，其运动规律与地表水体截然不同。本书将介绍地下水的赋存形式、地下水流的达西定律，以及含水层的渗透性、导水系数等概念。我们将研究地下水流动的速度、方向，以及地下水与地表水的相互作用，例如，地下水补给河流、河流排泄地下水等。本书会探讨地下水开采可能引起的地下水位下降、地面沉降等问题，以及污染物流经地下含水层时的迁移转化规律。 海岸与近海动力学： 海洋的潮汐、波浪、洋流对海岸带的侵蚀、淤积、水体交换有着至关重要的影响。本书将介绍海岸动力学中的基本概念，如波浪的传播与破碎、潮汐的产生与影响、海岸侵蚀与防护的原理。我们将分析海浪能量如何作用于海岸，导致海岸线的变化，以及离岸堤、防波堤等工程结构如何利用水力学原理来减缓海岸侵蚀。 水污染扩散与稀释： 污染物的排放是水环境面临的严峻挑战。本书将深入研究污染物在水体中的运移和扩散过程。我们将分析河流、湖泊、海洋中水流对污染物的稀释、稀释过程中的对流与扩散作用，以及污染物在底泥中的吸附与释放。本书会详细介绍如何利用水力学模型来预测污染物的扩散范围和浓度，为污染治理和风险评估提供科学依据。 生态水力学： 现代水力学越来越重视对生态系统的保护。本书将探讨水力学在生态修复和环境保护中的应用，例如，如何通过优化水流条件来维持鱼类栖息地，如何通过生态泄洪来改善河流生态健康，如何通过设计生态浮床等来净化水体。我们将认识到，水力学不再仅仅是工程技术，更是实现人与自然和谐共生的重要桥梁。 四、现代研究方法与技术：拥抱前沿，展望未来 随着科技的飞速发展，环境水力学的研究方法和技术也在不断进步。本书将介绍这些现代化的研究手段，带领读者领略学科的最新进展。 计算流体力学（CFD）： CFD是当今水力学研究中最强大的工具之一。本书将介绍CFD的基本原理，包括如何将流体运动方程离散化，如何在计算机上求解这些方程，以及CFD模型在模拟复杂水流现象中的优势。我们将看到，CFD如何帮助工程师们在虚拟环境中进行大量的模拟和优化，从而大大提高工程设计的效率和可靠性。 遥感与GIS技术： 遥感技术可以获取大范围、多时态的水文信息，GIS技术则能够对这些信息进行空间分析和可视化。本书将探讨如何将遥感和GIS技术应用于水力学研究，例如，利用卫星影像监测洪水范围、分析地表水系分布，以及整合多源数据进行流域水文模型构建。 模型试验与原型观测： 尽管CFD技术日益成熟，但传统的水力学模型试验和原型观测仍然是验证理论、评估工程方案的重要手段。本书将介绍不同类型的模型试验（如物理模型、概念模型），以及如何在现场进行水流观测，以获取真实可靠的数据。 数据科学与人工智能在水力学中的应用： 本书将展望数据科学和人工智能在环境水力学领域的应用前景，例如，利用大数据分析预测洪水趋势，利用机器学习算法优化水资源调度，以及利用人工智能辅助设计水利工程。 结语 《环境水力学》是一本集理论性、实践性、前瞻性于一体的著作。它不仅适合水利工程、环境工程、土木工程、水文学等相关专业的学生和研究人员阅读，也同样适用于关心水资源保护、水环境治理、生态文明建设的社会各界人士。阅读本书，您将不仅获得系统的专业知识，更能深刻理解水在自然界中的重要作用，以及如何运用科学的力量，守护碧水长青，实现人与自然的和谐共生。本书期望能激发读者对水的好奇心，培养对水资源管理的责任感，最终汇聚力量，共同建设一个更美好的水生态文明。

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这本《环境水力学》的装帧设计真是让人眼前一亮，封面上那幅抽象的、流动的水纹图案，结合那种低饱和度的墨绿色调，一下子就抓住了我的眼球。拿到手里分量感十足，纸张的质感也相当不错，厚实且略带磨砂感，阅读时几乎没有反光，保护了眼睛。内容上，我本来是冲着它名字里“环境”二字去的，期望能看到更多关于生态水文、湿地恢复的创新案例，毕竟现在对可持续发展的关注度越来越高。然而，翻开前几章，主要还是集中在基础的流体力学原理、管道输水和开敞渠道的水流动力学建模，对于我个人关注的那些新兴领域，比如污染物在复杂水体中的迁移扩散机制，或者非常规水源利用中的渗流计算，内容略显传统和理论化。当然，这也许是它作为一本“经典教材”的底气所在，基础打得扎实，那些复杂的微分方程和边界条件推导得相当详尽。不过，我总觉得在案例分析这块可以更接地气一些，现在的例题大多还是教科书式的理想化情景，对于我们处理实际工程中的复杂地质条件和非恒定流问题时，总感觉像是隔了一层毛玻璃，需要自己再进行大量的“翻译”和修正。总而言之，这是一本能让人静下心来啃理论的好书，但如果你期待它能直接给你解决某个具体的环境水利难题，可能需要再多找一些应用手册来配合阅读。

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说实话，拿到这本《环境水力学》的时候，我心里是带着一丝怀疑的，因为市面上介绍水力学的书汗牛充栋，大多内容大同小异，无非是伯努利原理、曼宁公式和一些标准的渠道断面设计。这本书的特别之处，如果非要找一个，可能在于它对“非均匀流”和“瞬变流”的处理深度上，显得比我之前看的几本教材更为系统和深入。作者在推导圣维南方程组时，几乎是把每一步的物理意义都掰开了揉碎了讲，对于那些初次接触这些复杂偏微分方程的读者来说，降低了理解门槛。我尤其欣赏其中关于水库溃坝洪水演进模拟的那一章，它不仅展示了有限差分法的应用，还探讨了不同数值格式（如显式与隐式）在计算稳定性和精度上的取舍，这对于我们做灾害预警模型时至关重要。但问题在于，理论的深度有时候会以牺牲广度为代价。比如，关于地下水与地表水相互作用的耦合计算，这部分内容在环境水利工程中越来越核心，但本书中提及较少，而且相关的有限元或有限体积法的介绍也比较简略，更像是点到为止。这让我感觉，这本书更偏向于传统的“水工结构”或“水力学基础”的范畴，而“环境”二字，在内容占比上，似乎更多地体现在对水污染输移的宏观描述，而非微观的、涉及多相流或反应动力学的复杂模拟。

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这本书在组织结构上体现了一种非常古典的工程学科的逻辑：从最简单的静止水体开始，逐步过渡到均匀流、非均匀流，最后才触及到一些动态的、非线性的问题。这种由浅入深的编排方式，使得初次接触水力学概念的人能够逐步建立起系统的认知框架。我对其中关于水面线计算的部分印象深刻，图示清晰，用图形法和迭代法相结合的讲解，非常直观地展示了如何确定渠道的缓坡、跳跃和回水曲线。然而，这种“循序渐进”也带来了时间上的滞后感。在讨论到现代水资源管理和城市内涝防治时，很多前沿理论，比如基于不确定性的风险评估方法，或者绿色基础设施对水文过程的影响，几乎没有被提及。现在的环境水力学研究早已不是单纯地研究水流的路径和速度，它更关乎水质、能量以及系统的韧性。这本书似乎更侧重于“水流运动本身”，而把水流承载的“环境目标”放在了一个次要的位置。因此，这本书可以作为学习“水力学”的坚实基础，但如果想将其视为一本完整的“环境水力学”前沿指南，那么读者可能需要寻找更新的、专门针对环境过程建模的专业书籍来补充。

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我是一个偏向于实践操作的工程师，对纯粹的数学推导不太感冒，所以阅读这本书的体验是充满挑战的。这本书的论述风格非常严谨，简直可以用“一丝不苟”来形容，每一个变量的定义，每一个假设前提，都被交代得清清楚楚，生怕读者会产生任何歧义。这对于追求精确的学术研究者来说无疑是巨大的福音，但对于我这种希望快速找到解决方案的实干家来说，未免有些拖沓。比如，当我们计算涵洞的局部水头损失时，书里花了大量篇幅去论证摩擦系数的选取依据，而不是直接提供一个快速查表或经验公式的指引。书中附带的光盘或在线资源（如果有的话）对我来说才是王道，我希望能看到大量的MATLAB或Python代码示例，直接调用那些推导出来的公式进行可视化操作。遗憾的是，这本书的习题设计也偏向于笔算验证，缺乏对现代计算软件（如MIKE、HEC系列）接口的讨论。如果要给想入门的后辈推荐，我会说，如果你想成为理论大师，这本书是宝典；但如果你是想快速上手做项目，这本书的门槛有点高，需要有扎实的微积分和常微分方程基础，否则很容易在复杂的公式推导中迷失方向，感觉自己像是在重温高年级的数学课，而不是学习一门应用技术。

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我最欣赏这本书的一点是，它并没有回避水力学中的复杂性，尤其是那些涉及到非牛顿流体或者高度紊流状态下的阻力问题。作者没有简单地用经验公式搪塞过去，而是试图从更深层次的湍流模型（比如RANS方程的适用性讨论）来解释现象，这体现了编著者深厚的学术功底。阅读这些章节时，我感觉自己仿佛在跟一位资深的教授对话，他不仅知道答案，更知道“为什么”是这个答案。但这种深究的代价是，书中的许多部分阅读起来需要极高的专注度，稍有走神，就容易跟不上逻辑链条。我发现自己不得不频繁地翻阅附录中的数学回顾，才能跟上正文的节奏。此外，这本书的排版虽然清晰，但在一些关键公式的标注上略显单调，缺乏现代教材中常用的对比色或高亮提示，使得在快速复习或查找某个特定公式时，效率稍低。它更像是一部供人系统学习的参考书，而非一本可以随时翻阅解决燃眉之急的工具书。对于非专业背景的读者而言，这本书的学术密度可能会导致学习曲线异常陡峭，需要投入大量时间进行消化吸收，才能真正将其转化为解决实际问题的能力。

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