黄河水沙过程变异及河道的复杂响应

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出版者:科学出版社
作者:胡春宏
出品人:
页数:460
译者:
出版时间:2005-7
价格:80.00元
装帧:
isbn号码:9787030153050
丛书系列:
图书标签:
  • 黄河
  • 水沙
  • 河道演变
  • 水文
  • 地貌
  • 沉积
  • 气候变化
  • 泥沙动力学
  • 流域响应
  • 复杂系统
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具体描述

《黄河水沙过程变异及河道的复杂响应》根据国家重点基础研究发展规划项目(973项目)“黄河水沙过程变异及河道的复杂响应”课题(G1999043604)的研究成果系统总结而成。《黄河水沙过程变异及河道的复杂响应》以水循环与水资源演化规律为基础,以自然因素和人类活动双重作用下流域水沙过程变异与河道萎缩为切入点,揭示了水沙过程变异条件下河道产生“小水大灾”的机理,并提出了黄河下游河道治理与调控的措施。主要研究成果包括:三个模型的建立、四项理论研究进展和四项应用研究进展。

《黄河水沙过程变异及河道的复杂响应》可供从事泥沙运动力学、河床演变与河道整治、水土保持、防洪减灾、水沙资源配置与利用、黄河治理等方面研究的科技人员及高等院校有关专业的师生参考。

碧波之下:河流地貌动力学与演化前沿探索 图书简介 本书深入剖析了全球河流系统在自然驱动力与人类活动交互作用下的复杂地貌响应机制。我们聚焦于河流的物质输送、能量转换及其对河床形态演变的长期影响,力图构建一个多尺度、多过程耦合的河流动力学理论框架。全书内容涵盖了从微观尺度的泥沙颗粒运动,到中观尺度的河槽形态调整,再到宏观尺度的河流流域物质平衡与水文气候响应等多个层次的科学前沿问题。 第一部分:河流动力学的基本原理与量化描述 本部分奠定了理解河流地貌变化的基础。我们首先回顾了经典的水沙运动理论,重点讨论了床面起沙机制的最新进展,包括非均匀颗粒级的起沙速率模型、粘性泥沙层的破坏与重组过程。随后,本书详尽阐述了水沙输沙过程的耦合关系,特别是水流结构、湍流特性与泥沙起动、输移效率之间的非线性联系。 在量化描述方面,我们引入了先进的统计学和信息论工具来分析水文情景的变异性。这包括对极端洪水事件的水文特征分解、时间序列分析在河流响应预测中的应用,以及如何利用熵值法评估不同气候情景下水沙条件的相对重要性。我们着重探讨了水流能量在河道中的耗散路径,并提出了基于能量平衡原理的河床调整新判据,用以预测河流在不同水力载荷下的长期稳定性或不稳定性。 第二部分:河道形态的演化与多尺度反馈机制 本部分是本书的核心,聚焦于河流形态的动态响应。我们不再将河道视为一个静态的几何体,而是将其视为一个具有自组织和自适应能力的复杂系统。 2.1 河床物质的响应:从微地貌到横向展布 本书细致描绘了河床物质在不同时间尺度上的迁移规律。对于微地貌,我们通过精密的室内模型实验和野外二维测量,量化了波纹、沙坝等微小起伏结构在变速水流作用下的生成、迁移和消亡过程,揭示了这些结构如何影响局部水流的摩擦阻力。 在横向演化方面,重点讨论了弯曲河流中的主流线摆动、横向输沙、以及岸线侵蚀与堆积的动态平衡。我们采用了三维水沙耦合模型,模拟了洪水过程中浅滩的快速形成与侧向移动,并分析了植被在稳定或加速岸线变化中的作用。特别是,本书引入了“形态敏感性”指标,用于评估河道对水文变化(如流量脉冲)的响应速度和幅度。 2.2 纵向调整与坡降动力学 纵向剖面的调整是河流地貌演化的根本驱动力之一。本书深入探讨了河流在基准面升降、构造抬升或沉降背景下的纵向调适。我们提出了考虑泥沙库存量和粒径分布的纵向侵蚀/堆积模型,该模型能够区分由水力变化引起的瞬时调整和由构造活动驱动的长期趋势。针对阶地发育和下降水流(Knickpoint)的迁移,本书结合了热年代学和同位素示踪技术,对河流的长期侵蚀速率进行了校准和验证。 第三部分:气候变化与人类干扰下的河流系统响应 本部分将理论模型置于全球变化的背景下,探讨复杂外部强迫对河流系统的冲击与重塑。 3.1 气候变异性对水沙负荷的影响 我们分析了区域性气候模式(如ENSO、PDO)对河流年内和年际水文极值的影响。重点研究了降水相态变化(雨水比率变化)如何重塑洪水过程的历时和峰值,进而改变了河流的有效水力载荷。通过对多个大型流域的长期观测数据分析,揭示了冰川融水和冻土退化对下游泥沙释放和河床稳定性的双重影响机制。 3.2 人类工程活动的长期地貌烙印 本书专门设立章节分析了水坝、梯级工程、以及河道裁弯取直等人类干预措施对河流动力系统的“反作用力”。我们详细考察了水坝截流导致的下游饥饿水流(Degradation)现象,并量化了水库淤积对整个河流系统的物质再分配效应。特别关注了人工补沙(Beach Nourishment)对河流生态系统和河道稳定性的短期有效性与长期风险。我们提出的形态惯性模型,旨在预测人类工程改变后河流系统恢复原有动态平衡所需的时间尺度。 第四部分:前沿工具与未来展望 本部分聚焦于当前河流地貌学研究的前沿技术和未来研究方向。 4.1 遥感、激光雷达与三维重建 我们详述了高精度地形数据(LiDAR、无人机摄影测量)在河流地貌监测中的应用,重点讨论了如何利用这些数据构建高分辨率的数字河道模型,并将其集成到水沙动力学模型中,实现对复杂河床边界条件的高精度模拟。 4.2 模型集成与不确定性量化 本书强调了集成化建模的必要性,即如何将水文模型、泥沙输运模型、地貌演化模型以及植被生长模型耦合起来,以模拟河流系统的全耦合动力学。最后,我们讨论了在模型预测中对输入参数和结构误差的不确定性量化方法,强调了在复杂系统研究中,清晰界定模型适用边界和预测置信区间的重要性。 本书面向地质学、水文学、土木工程(水利方向)及环境科学领域的科研人员、研究生和工程实践者,旨在提供一个全面、深入且具有前瞻性的河流地貌学研究范本。

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读后感

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用户评价

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拿到这本厚重的著作时,我立刻被它那种深邃而又充满生命力的气息所吸引。书的封面设计简洁有力,但那种扑面而来的水流的动态感,似乎已经预示了书中所探讨内容的磅礴与复杂。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论书籍,但在翻阅前几章后,才发现作者的叙事方式极其高明。他没有直接抛出艰深的公式,而是从一个历史性的视角切入,描绘了那条中华民族的母亲河——黄河,在漫长岁月中如何以其独有的脾气塑造了我们广袤的华北平原。那种“因水而成,因水而变”的哲学意味,让人在阅读过程中仿佛能听到历史的回响,感受到泥沙运动的律动。书中对早期水利实践的描述尤其精彩,它让我们看到,古人面对洪水猛兽的敬畏与智慧,那不仅仅是工程学的积累,更是一种与自然共存的哲学体现。这种宏观的历史观与微观的科学分析相结合的方式,极大地拓宽了我对河流系统的理解边界。

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这本书的章节安排和逻辑推进堪称教科书级别的典范。我最欣赏的是它如何巧妙地将看似分离的议题串联起来,形成一个有机整体。例如,在探讨某一特定时期的气候突变如何影响了河道的冲淤平衡时,作者没有停留在简单的因果罗列上,而是深入剖析了地质构造、人类活动(如植被恢复和梯田开垦)以及水文特征之间的多重反馈机制。那种多尺度、多因素的耦合分析,展现出极高的学术水准和严谨的治学态度。我尤其喜欢其中关于“非线性响应”的讨论,它挑战了许多传统线性模型的局限性,让读者意识到,河流系统并非简单的加法或减法,而是一个充满突变和阈值的复杂生命体。阅读过程中,我时常停下来,反复琢磨那些图表和模型推导的细节,每一次深究都能挖掘出新的层次感,这是许多同类著作所不具备的深度与厚度。

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对于我们这些长期在水利工程领域工作的人来说,这本书提供的不仅仅是知识的梳理,更是一种全新的思维工具箱。其中关于现代监测技术在捕捉河道细微变化中的应用,以及如何利用这些高精度数据来校准和改进预测模型的章节,具有极强的实践指导意义。作者对近年来极端天气事件频发背景下的河道演变趋势的判断,显得尤为前瞻和审慎。他没有给出包票式的解决方案,而是强调了“动态适应性管理”的重要性,即承认变异的必然性,并建立一套能够快速响应和调整的柔性管理体系。这种务实而又不失批判性的视角,让人感到踏实。它鼓励我们跳出传统的、固定的工程思维定式,用更开放、更具演化观的眼光去看待我们所面临的每一个具体工程问题。

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这本书的文字风格非常耐读,它在保持学术严谨性的同时,又不乏文学性的描摹,这在技术类专著中是难能可贵的。阅读其中关于特定流域治理案例的分析时,我仿佛置身于现场,亲眼目睹了泥沙沉积如何改变了航道,又如何迫使当地社区调整他们的生产生活方式。作者在描述那些历史上的重大洪水和干旱事件时,那种克制而又富有情感的笔触,使得那些冰冷的数据背后,有了鲜活的人文关怀。它提醒我们,河流研究的最终目的,是为了更好地服务于人与自然的和谐共处,而不是单纯地追求某种工程上的“完美控制”。这种对河流生态及其伴随的人类社会系统的整体性关怀,使得全书的格局被瞬间拉高,不再局限于单纯的泥沙运动学范畴。

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总的来说,这本书是近年来我所阅读过的关于河流动力学和演变研究领域中,最具启发性和综合性的作品之一。它成功地在宏大的时间尺度与精细的空间尺度之间找到了一个绝佳的平衡点。那些关于水沙关系的复杂相互作用的论述,挑战了许多既有的简化假设,迫使读者必须接受自然系统内在的复杂性与不确定性。对于研究生、科研人员,乃至任何对地球系统科学感兴趣的深度阅读者而言,这都是一本不容错过的宝藏。它不仅系统地总结了前人的研究成果,更重要的是,它为未来的研究指明了更具挑战性也更有价值的方向——如何在已知变异的洪流中,构建更具韧性的水资源管理和国土空间规划体系。每次合上书页,我都会感觉到自己的认知地图被重新绘制了一遍。

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