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出版者:Amer Society of Civil Engineers

作者:Edge, Billy L. (EDT)/ Coastal Engineering Research Council (U. S.)/ International Conference on Coas

出品人:

页数:3699

译者:

出版时间:

价格:349

装帧:Pap

isbn号码:9780784404119

丛书系列:

图书标签:

• Coastal Engineering
• Coastal Structures
• Wave Mechanics
• Tides
• Storm Surge
• Sediment Transport
• Coastal Processes
• Ocean Engineering
• Hydraulic Engineering
• Marine Engineering

潮汐、波浪与海岸地貌：现代海岸工程基础理论与实践 图书简介 《潮汐、波浪与海岸地貌：现代海岸工程基础理论与实践》 是一本全面深入探讨海岸动力学、海岸地貌演变及其在海岸工程应用中的权威性专著。本书旨在为海岸工程师、海洋科学家、环境规划师以及相关专业的高年级学生提供一个坚实的理论框架和前沿的实践指导。全书内容高度聚焦于驱动海岸系统变化的核心要素——潮汐、波浪和沉积物输运机制，并系统地阐述了如何将这些科学理解转化为可持续的海岸保护和开发策略。 本书的结构设计遵循了从基本物理原理到复杂工程应用的逻辑递进路线。第一部分奠定了坚实的理论基础，详细解析了海洋物理学的基本概念。 第一部分：海岸动力学基础 本部分首先对海岸环境进行宏观界定，随后深入剖析驱动海岸过程的两个主要能量载体：潮汐动力学和波浪理论。 在潮汐部分，我们摒弃了过于简化的经验模型，转而采用更贴近实际的、基于流体力学方程的分析方法。详细讨论了组成全球潮汐的基本调和分潮（如K1, M2, S2）的生成机制、振幅和相位的计算，以及它们在浅水区（如河口和海湾）的非线性叠加与失真现象（如分潮的产生）。重点分析了潮汐环流在泥沙悬移和再悬移中的关键作用，并引入了数值方法在潮汐预报中的应用概述。 波浪理论部分是全书的重点之一。内容从最基础的线性波理论（斯托克斯浅水理论的局限性）出发，迅速过渡到更具工程实用性的非线性波浪模型，如深水和浅水区域的一阶和高阶理论。书中对波浪的传播、折射、绕射和破碎过程进行了详尽的数学描述和物理机制解释。特别之处在于，本书提供了针对工程设计中关键参数的谱分析方法。详细介绍了傅里叶变换、韦弗斯（Wevers）谱和Maximum Entropy Method (MEM) 在分析复杂海况下的波浪能分布和有效波高确定中的应用。同时，对风浪的生成、传播与衰减，特别是皮茨森-莫斯科维茨（Pierson-Moskowitz）谱在远洋风浪预测中的应用，进行了深入的探讨。 第二部分：海岸地貌与泥沙运动 本部分将理论物理与地质过程相结合，聚焦于海岸形态的塑造力量——泥沙运动。 泥沙特性与输运：本章首先分类讨论了海岸带常见的沉积物类型，包括黏土、粉砂、沙粒和砾石，重点分析了颗粒大小、级配和形状对输运阈值和速率的影响。引入了无量纲数（如斯托克斯数、雷诺数）来统一不同尺度泥沙的运动特性。 输运机制定量分析：这是本书工程应用的核心。详细阐述了冲淤基本方程，并区分了床载运动（Bed Load Transport）和悬移运动（Suspended Load Transport）。书中对现有的泥沙输运公式进行了批判性评估，包括布朗斯-齐伯格（Bagnold-Zienkiewicz）公式和麦克尼尔-汉森（Meyer-Peter Müller）公式的适用条件和局限性。引入了沿岸流（Longshore Current）和近岸流（Rip Current）的产生机理，并重点讲解了沿岸泥沙输运率（Longshore Sediment Transport Rate）的计算方法，包括基于动量法的CERC公式及其在不同波浪入射角下的修正。 海岸地貌演变模型：本节将时间尺度引入考量。讨论了单次风暴事件对海岸剖面的影响以及季节性冲淤变化的驱动因素。深入探讨了Bruun剖面模型在长期海岸侵蚀预测中的应用，并指出了该模型的假设前提和在复杂地形下的修正需求。对于沙坝、舌状沙嘴和三角洲前缘等典型地貌的形成与演替，提供了基于能量平衡和泥沙守恒的解释框架。 第三部分：海岸工程实践与防护技术 本部分将理论转化为工程决策，重点关注海岸防护结构的设计、性能评估与环境影响。 防护结构设计原理：系统地介绍了刚性结构（如海堤、突堤、丁坝、防波堤）和柔性结构（如潜堤、滩肩、生态护岸）的设计规范与力学分析。对于刚性结构，重点分析了波浪冲击压力（Impact Pressure）的计算，特别是冲击系数（Impact Factor）的确定，以及结构基础的稳定性分析（抗滑移、抗倾覆）。对于防波堤，详细区分了规则波（Regular Wave）和随机波（Random Wave）作用下的透射率和反射率计算。 离岸结构与泥沙动力响应：重点分析了突堤（Groynes）和丁坝（Jetties）对沿岸泥沙输运的“捕获”效应，并阐述了其下游的“饥饿效应”（Downdrift Erosion）。书中强调了进行泥沙输运模拟（Sediment Transport Modeling）的重要性，并对比了常用的一维、二维和三维数值模型（如XBeach模型的结构化描述）在预测结构物对海岸线影响方面的适用性。 海岸修复与生态工程：超越传统的“硬工程”，本书大力倡导基于自然的解决方案（NbS）。详细介绍了海滩营养（Beach Nourishment）的工程流程，包括物料选择标准、泵送技术和长期维护策略。对人工湿地、恢复沙丘植被等生态修复措施在提高海岸韧性方面的作用进行了量化分析。讨论了如何通过优化结构设计，例如使用多孔式或阶梯式海堤，来减轻波浪反射对近岸沙滩的负面影响。 第四部分：海岸规划与管理 最后一部分着眼于宏观管理层面，探讨了气候变化背景下的海岸带管理策略。 气候变化与海平面上升：系统回顾了当前对海平面上升（SLR）的最新科学预测，并基于不同情景（RCPs）分析了SLR对潮位、风暴潮淹没风险和长期侵蚀率的叠加效应。 风险评估与决策支持：介绍了海岸风险评估框架，包括危险性（Hazard）、暴露度（Exposure）和脆弱性（Vulnerability）的量化。讨论了在工程决策中如何整合不确定性分析，特别是如何利用蒙特卡洛模拟来评估不同防护方案的长期经济效益和社会韧性。强调了综合海岸带管理（ICZM）原则在跨学科协调和长期可持续发展中的核心地位。 本书配有丰富的案例研究——涵盖了从北美墨西哥湾的飓风防护到欧洲北海的围垦与防洪工程——以帮助读者将抽象的理论模型与真实的工程挑战联系起来。通过严谨的物理推导、前沿的数值方法介绍和对工程实践的深刻洞察，《潮汐、波浪与海岸地貌：现代海岸工程基础理论与实践》 定位为一本不可或缺的、面向二十一世纪海岸挑战的工具书。

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这本书的结构布局，仿佛是一位资深工程师在向新手传授他的毕生绝学，每一个章节的逻辑衔接都像是经过深思熟虑的精心布局。尤其是关于结构物对水动力环境影响的分析部分，它没有将防波堤或海堤视为孤立的实体，而是将其置于一个动态的、相互作用的系统中进行审视。作者对绕射和反射系数的实验数据引用和模型验证过程，展现出那个年代严谨的科研风范。我清晰地记得，书中详细剖析了不同结构形式（如直立墙、斜坡式消能工）在不同波浪条件下的能量耗散机制，并且配有大量的图表来直观展示波压的分布情况。这使得原本抽象的流体力学问题变得触手可及。对我个人而言，书中关于离岸结构的动力响应分析提供了一个非常扎实的基础，它不仅仅告诉你“会发生什么”，更重要的是告诉你“为什么会发生”，以及如何通过调整几何参数来优化结构性能，这是一种由内而外的理解，而非简单的知识点记忆。阅读的体验是，我必须放慢速度，反复咀嚼那些关于数值模拟稳定性的讨论，因为这些细节往往决定了工程计算的成败。

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这本书在理论深度上的追求，无疑是那个时期海岸工程学界的杰出代表作。它对于非线性波浪理论，特别是对深水与浅水过渡区波浪变形的数学处理，展现了极高的学术水准。书中对于Boussinesq方程及其简化形式的推导和应用场景的界定，清晰而有力，为我理解现代高阶非线性模型奠定了坚实的数学基础。它不回避复杂性，而是迎难而上，详细阐述了求解这些复杂微分方程组时所采用的数值格式的优缺点。例如，对于浅水区域的动量守恒和能量耗散的平衡，书中提供的有限差分格式的截断误差分析，读起来酣畅淋漓，充满了数学之美。它不是一本给初学者快速入门的书籍，而更像是一本供研究人员深挖细节的工具书。读完后，我感觉自己对“什么是波浪”，这个看似简单的问题，有了更深一层、更具数学美感的认识，它是一组相互制约、在特定边界条件下才能稳定存在的偏微分方程组的解，而不是简单的水面起伏。

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这本书的宏大叙事视角，让我仿佛站在一个规划者的角度俯瞰整个海岸带。它探讨的不仅仅是工程技术，更触及了海岸管理和生态平衡的交叉地带。例如，在讨论人工补沙的可行性时，书中深入分析了补沙材料的就位稳定性、长期冲淤预测，以及对周边生态环境的潜在扰动。作者非常克制地使用了“最佳方案”这类词汇，而是倾向于提供一套多目标优化的决策框架，让决策者在经济成本、工程寿命和环境影响之间进行权衡。这种不带预设立场的分析方式，是现代工程伦理的体现。我特别喜欢其中关于“动态适应性管理”的早期思考，尽管当时可能还没有这个时髦的术语，但书中关于定期监测和模型更新的建议，已经预示了海岸工程向柔性、响应式维护模式演进的方向。阅读至此，我不再仅仅关注于如何抵抗海洋的力量，而是开始思考如何与海洋的自然节律共存。

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这本**《Coastal Engineering 1998》**，光是书名就让人联想到海风的咸味和无休止的波涛声，但它展现给我的，却是远比物理海浪更为复杂和精密的计算世界。初翻开这本书时，我立刻被其中对泥沙输运模型的深入探讨所吸引。它不仅仅是简单地描述泥沙如何在水流作用下移动，而是构建了一套极其严谨的数学框架来预测这种迁移的长期效应。比如，关于近岸流与波浪破碎带的相互作用，书中提供的公式和参数校准方法，即便是放到今天来看，也带着一种历经时间考验的厚重感。我特别欣赏作者在处理沉积物粒径不均一性时的细致入微，书中没有采取一概而论的简化处理，而是引入了多组分泥沙模型，这对于理解河口和海湾的长期演变至关重要。阅读过程中，我感觉自己像是在进行一次高精度的地质勘探，每一个公式的推导都像是探针深入到海底沉积层的深处，试图捕捉那些肉眼不可见的动力学过程。对于那些真正需要进行海岸侵蚀预测和防护结构设计的人来说，书中关于边界条件设定的讨论，提供了极其宝贵的实战经验，远非那些只停留在理论皮毛的教材可比拟。

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翻阅这本九十年代末期的著作，最令人印象深刻的，是它对于“现场数据”的尊重和依赖。在那个数值模拟软件尚未普及到今天这种程度的时代，这本书清晰地揭示了可靠的实测数据在校准理论模型中的核心地位。其中关于波浪测量技术和水文统计方法的章节，虽然技术细节可能已被后来的高精度传感器所取代，但其背后的科学思想——即如何从噪声中提取有效信号，如何选择合适的统计分布来描述随机过程——依然具有极高的参考价值。书中对极端波浪事件的概率分析部分，尤其体现了那个时期工程师对安全裕度的保守态度和细致考量。他们是如何利用有限的历史数据来推断百年一遇的波高？书中的方法论展示了一种基于经验和统计智慧的严谨推断。这迫使我反思，即便是拥有最先进的计算能力，若缺乏对基础观测数据的深刻理解，模型输出也终究是空中楼阁。这本书更像是一本“老兵的备忘录”，充满了对实际操作中各种陷阱的警示。

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