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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Gordon, Nancy D./ McMahon, Thomas A./ Finlayson, Brian L./ Gippel, Christopher J./ Nathan, Rory J.

出品人:

页数:444

译者:

出版时间:2004-6

价格:723.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780470843581

丛书系列:

图书标签:

水文
河流
水流
水资源
流域
水文循环
地表水
水质
建模
环境科学

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具体描述

Since the publication of the first edition (1994) there have been rapid developments in the application of hydrology, geomorphology and ecology to stream management. In particular, growth has occurred in the areas of stream rehabilitation and the evaluation of environmental flow needs. The concept of stream health has been adopted as a way of assessing stream resources and setting management goals. Stream Hydrology: An Introduction for Ecologists Second Edition documents recent research and practice in these areas. Chapters provide information on sampling, field techniques, stream analysis, the hydrodynamics of moving water, channel form, sediment transport and commonly used statistical methods such as flow duration and flood frequency analysis. Methods are presented from engineering hydrology, fluvial geomorphology and hydraulics with examples of their biological implications. This book demonstrates how these fields are linked and utilised in modern, scientific river management. Emphasis on applications, from collecting and analysing field measurements to using data and tools in stream management. Updated to include new sections on environmental flows, rehabilitation, measuring stream health and stream classification. Critical reviews of the successes and failures of implementation. Revised and updated windows-based AQUAPAK software. This book is essential reading for 2 nd /3 rd year undergraduates and postgraduates of hydrology, stream ecology and fisheries science in Departments of Physical Geography, Biology, Environmental Science, Landscape Ecology, Environmental Engineering and Limnology. It would be valuable reading for professionals working in stream ecology, fisheries science and habitat management, environmental consultants and engineers.

溪流地貌与演化：河流动力学基础本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，审视溪流系统的复杂性、动力过程以及它们如何塑造和响应地貌环境。本书侧重于基础的水文地质学原理、地貌动力学机制，以及这些过程在塑造不同尺度的河流廊道中所扮演的关键角色。 --- 第一部分：基础水动力学与河床物质输移本书开篇聚焦于驱动溪流系统的核心物理过程。首先，我们将详细阐述水流的运动学和动力学原理，包括层流与湍流的特征、边界层理论在河床附近的适用性，以及如何量化水流的能量耗散。 1.1 流体力学基础与河道水力学本章深入探讨了牛顿流体在开放水道中的流动特性。内容涵盖了曼宁公式和谢才公式的理论基础与应用局限，重点分析了水深、坡度、粗糙度和流量之间的复杂关系。我们对明槽水流的控制方程进行了详细的推导，区分了均匀流、非均匀流（如水面曲线）以及瞬变流（如波浪和洪水洪峰的传播）。特别地，本章引入了边界层分离、二次流结构在弯曲河段中的形成机制，以及这些机制如何影响河床冲淤的局部差异。 1.2 河床物质的起动与输移这是理解溪流地貌演化的核心章节。我们从颗粒力学入手，分析单个颗粒在水流作用下的受力平衡，详细介绍了临界起动应力的计算模型，包括达西-谢弗尔（Shields）曲线的物理意义及其在不同沉积物类型中的应用。本书随后转向对多相输沙过程的量化。输沙机制被系统地划分为：爬行和滚动输沙 (Traction and Saltation): 关注近底部的颗粒运动模式，引入了基于速度廓线的输沙率计算方法。悬移输沙 (Suspended Load): 探讨颗粒在水流中的扩散与沉降平衡，介绍了悬移物质的浓度廓线模型，如拉格朗日和欧拉拉方法。底推输沙 (Bedload Transport): 重点分析由大颗粒构成的河床移动过程，对比了基于作用力、能量或运动学假设的各种经验与半经验公式（如Meyer-Peter and Müller公式），并讨论了它们在粗糙河床上的适用性限制。 1.3 冲淤理论与河床形态响应本章将物质输移理论应用于河床形态的变化。我们将介绍冲淤平衡的概念，以及水流能量与沉积物负荷之间的关系。内容包括了水文变化（如洪水频率和强度）如何驱动长期的冲蚀或沉积趋势。此外，我们探讨了瞬时洪水事件中河床局部冲刷的机制，特别是桥墩、结构物周边的局部冲刷评估方法，并介绍了稳定河床结构（如护坡、生物垫层）对水流阻力的影响。 --- 第二部分：溪流地貌的形成与演化动力学在掌握了基础的物质输移过程后，本书转向宏观尺度的地貌演化。这一部分关注水流如何利用其携带的能量，在构造抬升和气候驱动的背景下，雕刻出多样的河流地貌。 2.1 河谷的纵向剖面与基本形态学本章首先建立河流纵剖面的平衡理论。我们详细分析了能量守恒在河流系统中的体现，引入了“特定能量”的概念，并探讨了河流如何趋向于最小化其总能量耗散率（或达到“最有效率”的纵坡）。内容包括了河流的下切侵蚀（Vertical Erosion）和侧向摆动（Lateral Migration）之间的相互作用，以及如何通过地质构造（如断层活动、基岩差异）来解释河流的“悬谷”或“陡坎”现象。 2.2 弯曲河流的动力学与地貌形成弯曲河流（Meandering Rivers）是自然界中最普遍的形态之一。本章深入剖析了弯曲形成和维持的机制：二次环流（Helicoidal Flow）：详细展示了水流在横向坡度作用下形成的螺旋运动，这是导致河岸侵蚀和河心堆积的根本原因。侵蚀与堆积的反馈机制：探讨了河岸物质的抗剪强度如何与水流剪切应力相互作用，导致河道侧向迁移的非线性过程。弯曲动力学模型：引入了如运动波理论和基于能量梯度理论的弯曲生成与演化模型，解释了弯曲的增殖、摆动和最终的“牛眼湖”（Oxbow Lake）形成过程。 2.3 分汊河流与辫状河流的形态控制因素本章对比了两种常见的复杂河道形态——分汊河（Braided Rivers）和辫状河（Woven Rivers）的成因。辫状河流：重点分析了高沉积物负荷（高输沙量/水流量比）、陡坡度、以及可供移动的河床物质丰富性对辫状化的控制作用。本书将深入探讨“泥滩”（Bars）的生成、迁移和并合过程，阐释水流如何围绕这些临时性障碍物进行再分配。分汊河流：探讨了在较低坡度、中等到高沉积物负荷条件下，由于水流在主槽之间的周期性交换和不稳定的泥沙沉积，导致主槽分叉的机制。我们还将讨论河岸的植物群落（Riparian Vegetation）在稳定河岸、抑制分汊过程中的重要作用。 --- 第三部分：河流地貌的长期演化与外部控制本书的最后一部分将视角提升到地质时间尺度，考察气候变化、基岩性质以及人类活动如何作为边界条件，长期控制着溪流系统的形态。 3.1 基岩河流的侵蚀与差异风化不同于松散沉积物河流，基岩河流的演化受到母岩性质的直接控制。本章重点讨论了：侵蚀率的控制：探讨了水动力学参数与基岩强度（如岩石的抗压强度、节理密度、裂隙发育程度）之间的相互作用，如何决定侵蚀速率。差异侵蚀（Differential Erosion）：解释了河流如何利用岩性软弱带形成峡谷的弯曲，以及在具有节理或层理的岩石中形成的独特地貌特征（如阶地、壶穴的形成机制）。构造与河流的耦合：讨论了河流对构造抬升的响应，包括如何通过增加坡度来保持其物质平衡（Palaeochannels 的证据）。 3.2 气候变化与河流响应气候变化，特别是降水模式和冰雪消融的变化，是驱动河流地貌长期调整的关键因素。本章分析了：间歇性河流的特性：探讨了在干旱和半干旱地区，水流的间歇性（Episodic Flow）如何导致非常规的、高能的洪水事件，以及这些事件如何主导了沉积物交换和形态重塑。冰川作用的影响：讨论了冰川融水作为特殊的水源和沉积物来源，对河流纵坡和物质负荷的显著影响，以及冰后回弹对水系格局的长期控制。 3.3 人类活动对溪流系统的干预与恢复最后，本书讨论了人类工程活动对水文和地貌过程的深远影响。内容涵盖了水坝修建对下游水流动力学（“饥饿水流”）、沉积物通量的削减、以及由此引发的下游河道下切和河口三角洲萎缩的连锁反应。同时，本书也介绍了现代河流地貌学在河流健康评估和生态恢复工程中的应用，强调了恢复自然水文过程和沉积物供应对于维持溪流系统长期稳定性的重要性。 --- 目标读者：本书适合于地质学、水文学、土木工程、环境科学以及地理学的高年级本科生、研究生，以及从事河流管理、流域规划和水资源领域的专业人员。本书在提供坚实理论框架的同时，也注重与实际观测和工程应用相结合。