Environmental Hydraulics for Open Channel Flows pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Hubert Chanson

出品人:

页数:488

译者:

出版时间:2004-2-27

价格:USD 97.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750661652

丛书系列:

图书标签:

• Environmental Hydraulics
• Open Channel Flows
• Hydraulic Engineering
• Fluid Mechanics
• Water Resources
• Civil Engineering
• Hydrology
• River Engineering
• Flow Modeling
• Erosion

洪水、沉积物与水文过程：现代河流工程的挑战与解决方案 本书简介 本书旨在为水利工程师、环境科学家以及相关领域的研究人员提供一个深入且全面的视角，探讨现代河流系统中复杂的水文、水力与环境过程。随着全球气候变化和人类活动对自然系统的日益影响，理解并有效管理河流廊道已成为一项至关重要的任务。本书将重点关注那些在《Environmental Hydraulics for Open Channel Flows》中未曾深入探讨的关键领域，尤其是在非恒定流、河流动力学、洪水风险评估以及环境修复策略方面。 第一部分：非常规水流动力学与瞬变过程 本书的第一部分着眼于河流系统中最具挑战性的流动模式——非恒定流和瞬变现象。传统的开敞渠道水力学往往基于稳态或周期性假设，但这在洪水、潮汐或人工调度情景下往往失效。 1.1 非恒定流（Unsteady Flow）的理论基础与数值模拟 本章详细阐述了圣维南方程组（Saint-Venant Equations）的推导、简化及其在二维和三维尺度上的应用。重点讨论了动态波传播机制，包括洪水波的形成、演化和衰减过程。我们将深入探讨有限差分法、有限体积法以及基于网格划分（如非结构化网格）的数值求解技术，特别强调了在处理复杂边界条件和剧烈水面变化时的稳定性与精度控制。例如，如何精确模拟水库泄洪或河口潮汐壅水引起的瞬变过程。 1.2 泥沙输运的非均匀与非恒定泥沙运动 虽然泥沙输运是水力学的基础组成部分，但本书将聚焦于动态泥沙运动——即泥沙响应时间尺度远小于水流变化时间尺度的情景。讨论了“惰性泥沙”与“活性泥沙”床面的概念，并引入了基于能量理论和湍流脉冲的现代泥沙起动判据。关键内容包括：瞬态冲刷与回淤的预测模型、细颗粒物（如黏土和有机质）在周期性水流作用下的迁移和沉积行为，以及在快速退滩（Riverbed Degradation）过程中床面结构瓦解的动力学过程。 1.3 河口与近岸水动力耦合 本节跨越了内陆水力学与海洋水动力学的边界。我们研究了河口地区的淡水-咸水相互作用，重点在于盐水楔的形成、消散及其对泥沙沉积模式的长期影响。讨论了风暴潮、海平面上升与河流径流叠加产生的极端水位事件，并介绍了三维模型在模拟沿岸环流和污染物输运中的应用。 第二部分：河流形态动力学与生态水力学 河流形态并非固定不变，它是在水流、沉积物、边界条件和生物作用的长期相互作用下不断演化的。本部分强调了形态动力学与生态健康之间的内在联系。 2.1 河流系统演化的长期趋势分析（Long-Term Geomorphic Evolution） 本章侧重于地貌学的时间尺度。探讨了在构造、气候和人类干预（如修建水坝和引水工程）共同作用下，河流系统如何寻求新的平衡状态。引入了“河流形态动力学均衡理论”，用于预测河流在长时间尺度上的纵坡调整、弯道迁移率和分汊河道的动态分化。特别关注了由于上游来沙量突变导致的下游河床下切失衡问题。 2.2 洪水风险评估与不确定性量化 传统的洪水淹没分析常基于单一设计流量，但现代风险管理要求考虑不确定性。本节引入了概率水文学方法，结合水力模型，对洪水频率、水面线和淹没范围进行不确定性量化。讨论了基于风险的洪水管理策略，包括容忍风险的洪水空间规划、建立弹性防护设施的韧性设计标准。重点探讨了极端事件（如百年一遇或千年一遇洪水）在特定地形条件下的扩散模式。 2.3 生态水力学：栖息地适宜性与水生生物响应 本书强调水流不仅塑造物理环境，也决定了生物群落的结构。本章分析了水流参数（如流速、湍流强度、水深格局）如何影响水生昆虫、鱼类产卵地和植被群落的生存。我们将介绍生物物理模型，用于评估不同水力情景（例如，最小生态流量释放、河道整治工程）对特定物种的负面或正面影响，从而指导“生态友好型”的水利设计。 第三部分：先进的监测、修复与管理技术 面对日益复杂的河流问题，本书的最后一部分转向了实用的监测技术和创新的工程解决方案。 3.1 遥感与传感器技术在河流监测中的应用 现代河流管理依赖于实时和高精度的数据。本章介绍了基于无人机（UAVs）、激光雷达（LiDAR）和合成孔径雷达（SAR）等技术获取的高分辨率地形数据在水动力模型输入中的应用。讨论了部署在河流中的新型声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和压力传感器网络，用于实时捕捉洪水过程中的床面变化和三维流场信息。 3.2 基于自然的解决方案（NbS）与河流健康恢复 本书倡导从传统硬工程向更具可持续性的“基于自然的解决方案”转型。详细介绍了如何利用生物工程技术（如草皮护坡、木结构植入）来稳定河岸、控制侵蚀，同时增强生物多样性。内容涵盖了人工湿地系统在削减洪水峰值、净化径流污染物方面的作用，以及如何通过退堤和恢复漫滩来增加河流的蓄洪能力和生态廊道功能。 3.3 复杂分汊河道与辫状河道的管理策略 对于分汊河道（Braided Rivers），其动态性和不确定性是工程上的主要难题。本章分析了影响汊道格局转变的关键水沙因素，并提出了针对性的管理策略，例如通过人工干预（如种植先锋植被、投放砾石）来引导水流路径，以最小化对基础设施的威胁，同时维持河道的自然演化潜力。讨论了在辫状河道中构建稳定航道或供水渠道的设计哲学。 总结 本书为读者提供了一个超越基础开敞渠道水力学范畴的、面向复杂环境工程挑战的知识体系。通过对非恒定流、长期形态演变、生态响应以及前沿监测技术的深入探讨，旨在培养新一代工程师和科学家，使其能够为我们日益受到压力和变化影响的河流系统提供科学、韧性和可持续的管理方案。

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从排版和阅读体验上来说，这本书简直是为长时间阅读量身定做的。纸张的质感很高级，那种略带粗糙的米白色纸张，有效地减少了长时间阅读带来的眼睛疲劳，这对于我这种经常需要伏案数小时的读者来说，是一个巨大的加分项。行距和字体的选择也恰到好处，没有那种拥挤压迫感。而且，书中的插图质量高得惊人。很多重要的水流剖面图、能量线图，甚至是三维可视化示意图，线条都极其清晰锐利，色彩运用得体，完全服务于信息的传达，没有任何多余的装饰。对比我桌面上其他几本旧书，那些插图模糊不清，常常需要对照着看好几遍才能理解，这本书则完全没有这个问题。不得不提的是，书后附带的索引和术语表制作得非常细致，当我需要快速回顾某个专业名词的定义时，查找起来极其方便，这体现了编者对读者时间价值的尊重。一本优秀的工具书，其物理形态和信息载体的质量同样重要，这本书在这方面做得堪称典范，让人爱不释手。

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我特别关注的是这本书在处理不确定性和随机性方面的论述。在现实的水利工程实践中，所有的输入参数都带有不确定性，而传统的确定性分析方法往往会产生过于乐观或悲观的预测结果。这本书在这方面给予了足够的关注，它清晰地阐述了概率论和统计学方法如何有效地融入到水力学分析中，尤其是对极端洪水事件的风险评估部分，分析得极其透彻。它不仅介绍了传统的频率分析方法，还深入探讨了贝叶斯统计在水文模型校正中的应用，这对于关注韧性和可持续性的现代工程实践者来说，具有极高的指导价值。作者没有停留在理论层面，而是结合了实际的气候变化情景，展示了如何通过不确定性量化来指导水利基础设施的冗余设计和弹性规划。这种前瞻性的视野，让这本书在众多经典教材中脱颖而出，它不仅仅是教授“如何计算”，更是在教导“如何思考”面对未来复杂环境挑战的科学态度。这本书无疑是我近期阅读过的，在理论深度与工程应用结合方面，平衡得最为出色的专业著作之一。

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这本书的语言风格非常独特，它不像某些学术著作那样冷冰冰、拒人千里之外，反而带着一种沉稳而又富有启发性的导师口吻。作者似乎总是在与你进行一场深入的、耐心的对话。在解释一些高度抽象的概念时，他会巧妙地引入生活化的类比，比如用水管中的水流状态类比电路中的电流变化，这种类比绝不是肤浅的，而是建立在深刻理解两者底层数学模型相似性的基础上的。这种教学方法极大地降低了学习曲线的陡峭程度。更让我感到惊喜的是，书中对于不同学科交叉点的探讨，展现了极高的跨界视野。例如，在讨论河床冲淤稳定性时，它会巧妙地引入土壤力学和颗粒运动学的观点，这种整合性的知识结构，远比孤立地看待各个子领域要有效得多。我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在一个经验丰富的向导带领下，探索一个充满未知和惊喜的知识领地。这种阅读过程中的“顿悟”感，是衡量一本好书的重要标准，而这本书提供的次数远超我的预期。

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这本书的深度和广度，实在令人称道。我是一个在行业内摸爬滚打了十多年的工程师，自认为对水力学已经有了一个比较全面的认识，但阅读这本书的过程中，我还是不断地被一些细节和更前沿的分析方法所吸引。它对于非恒定流和紊流特性的探讨，简直是教科书级别的范本。作者对于流体力学基本方程的推导过程，写得极其详尽，每一步的逻辑衔接都无懈可击，让人不禁感叹其深厚的学术功底。尤其是在处理复杂边界条件下的数值模拟方法时，书中提供的算法逻辑清晰，即便是需要结合编程实现的部分，代码的伪指令也写得非常精确，这对于想要将理论应用于实际工程计算的读者来说，简直是宝藏级别的参考资料。我特别喜欢它在讨论各种经验公式的适用性范围时所持的批判性态度，没有盲目推崇任何一种“万能”的理论，而是强调理论的局限性与适用边界，这种严谨的科学精神，才是真正的学术价值所在。它让我重新审视了自己过去的一些工程判断，确实，有些时候我们过于依赖习惯性的方法，而忽略了底层物理过程的微妙变化。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调，配上抽象的水流线条，立刻就给人一种专业而又充满活力的感觉。我本来是抱着试一试的心态翻开它的，毕竟现在市面上的同类书籍汗牛充栋，真正能让人眼前一亮的太少了。但这本书的结构组织却出乎我的意料。它没有一开始就抛出一大堆晦涩难懂的公式，而是循序渐进地引导读者进入水力学的世界。开篇部分对基本概念的阐述，清晰明了，即便是初次接触这个领域的读者也能迅速抓住重点。作者似乎很清楚读者的认知起点在哪里，这点非常人性化。更难能可贵的是，书中穿插的一些历史背景介绍和实际工程案例的简短描述，让原本枯燥的理论知识瞬间变得有血有肉起来，仿佛能看到那些古老的灌溉系统是如何运作，现代的防洪工程又是如何屹立不倒的。这种叙事方式极大地激发了我继续深入阅读下去的兴趣，让我不再觉得这是一本纯粹的教科书，而更像是一部讲述水流奥秘的史诗。我尤其欣赏它对一些复杂现象的直观解释，很多以前让我困惑的概念，在这本书里找到了清晰的图解和比喻，可以说，它成功地架起了一座连接理论与实践的桥梁。

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