流域泥沙动力学模型

出版者:中国水利水电出版社

作者:王光谦

页数:191

出版时间:2009-3

价格:68.00元

装帧:平装

isbn号码:9787508463032

具体描述

《流域泥沙动力学模型》通过分析流域泥沙过程的主要影响因素和物理机理，初步完成了流域泥沙动力学的模型和模拟方法。为了研究区域与流域尺度下包括侵蚀-输运-沉积的泥沙运动全过程，需要建立流域泥沙科学体系，对应于河流泥沙的学科内容，流域泥沙的相关研究应包括三部分：流域泥沙动力学、流域泥沙过程模拟和流域演变学。《流域泥沙动力学模型》以黄土高原丘陵沟壑区为例，将其中发生的泥沙过程分解为坡面产流产沙、沟坡区重力侵蚀、沟道水沙演进等不同子过程，分别建立了相应的动力学模型，并以数字流域为平台进行了集成。将模型应用于黄河多沙粗沙区，模拟结果能够显示侵蚀一输运一沉积在流域内的分布情况，反映主要影响因素对流域泥沙过程的作用方式。将多沙粗沙区的产输沙模拟与黄河中下游河道的水沙动力学模拟耦合，能够分析水沙源区的来水来沙条件与干流河道间的水沙响应关系。《流域泥沙动力学模型》尝试在区域与流域尺度完成了对包括流域面与河网在内的流域泥沙全过程的基于物理机理的分析与数学模拟，吸收地表水文过程、土壤侵蚀、高含沙水流运动，以及水土保持和流域地貌学等多个学科方向的成果，力求解释流域泥沙过程中的主要科学问题，为黄河水沙过程预报提供科技支撑。全书分12章。第1章绪论，综述国内外研究进展和《流域泥沙动力学模型》研究范围。第2章至第4章讨论了流域泥沙动力学的基本过程和机理。第5章至第7章分别介绍了流域泥沙主要子过程的模拟方法，包括坡面产流产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙演进模型，并在第8章简明了模型的集成方式。第9章是模型在黄河多沙粗沙区验证和应用的结果，随后第10章对流域泥沙过程的规律作进一步分析。第11章介绍了河道水沙动力学模型基本原理、集成方法和应用结果，第12章进行了水沙源区与干流河道间的水沙响应分析。《流域泥沙动力学模型》对从事水利、地理、环境、农业等专业工作的研究人员具有参考价值，也可作为相关专业的研究生教材。

目录信息

序
前言
摘要
第1章 绪论
1.1 研究对象
1.2 研究现状
1.2.1 主要侵蚀与水质模型的结构和特点
1.2.2 土壤侵蚀公式的主要形式
1.2.3 流域土壤侵蚀模拟的进展
1.2.4 黄土高原侵蚀产沙研究
1.3 研究内容与方法
第2章 流域泥沙主要影响因子及其过程概化
2.1 流域特征因子
2.1.1 降水、植被与土壤特征
2.1.2 地质地貌特征和河网
2.1.3 人类活动影响
2.1.4 不同因素间的相互作用
2.2 黄土高原的主要特征因子
2.2.1 降水特征
2.2.2 土壤与土地利用特征
2.2.3 植被特征
2.2.4 地貌特征
2.3 流域不同地貌单元的泥沙子过程
2.3.1 黄土丘陵沟壑区的地貌单元组成
2.3.2 坡面侵蚀
2.3.3 沟坡区重力侵蚀
2.3.4 沟道与河道不平衡输沙
2.4 黄土高原泥沙过程的模型概化
第3章 坡面水流特性
3.1 坡面漫流
3.1.1 坡面漫流的流态
3.1.2 坡面流的水力关系
3.1.3 坡面流阻力
3.1.4 雨滴击溅的影响
3.1.5 坡面漫流的计算
3.2 有细沟的坡面流
3.2.1 细沟水流的实验
3.2.2 细沟坡面的水流计算
3.3 本章小结
第4章 坡面侵蚀机理
4.1 雨滴溅蚀
4.2 坡面径流侵蚀
4.2.1 薄层水流侵蚀
4.2.2 细沟水流侵蚀
4.3 坡面水流侵蚀和输沙的计算
4.3.1 侵蚀量与输沙量的关系
4.3.2 薄层水流的侵蚀与输沙能力
4.3.3 细沟流的侵蚀与输沙能力
4.3.4 模拟中要注意的问题
4.4 本章小结
第5章 坡面产流产沙模型
5.1 超渗产流模型
5.1.1 模型的结构与计算流程
5.1.2 产流过程计算
5.1.3 汇流过程
5.1.4 参数取值
5.2 坡面产沙模型
5.2.1 产沙模型的概化
5.2.2 坡面产沙计算公
5.2.3 公式合理性检验
5.2.4 公式的适用性
5.3 本章小结
第6章 沟坡区重力侵蚀模型
6.1 沟坡重力侵蚀物理图景概
6.2 沟坡重力侵蚀力学分析
6.2.1 土体含水量变化
6.2.2 坡脚侧向冲刷计算
6.2.3 沟坡失稳几何形态分析
6.2.4 沟坡土体受力分析
6.3 沟坡失稳的不确定性分析
6.3.1 不确定性的含义
6.3.2 沟坡失稳的模糊性分析
6.3.3 沟坡失稳的随机性分析
6.3.4 沟坡失稳的模糊概率
6.4 重力侵蚀模型的应用条件
6.5 本章小结
第7章 沟道水沙演进模型。
7.1 精确扩散波汇流模型
7.1.1 马斯京根-贡日法
7.1.2 时空步长的选择
7.1.3 水力要素的计算
7.1.4 验证与对比
7.2 沟道输沙计算
7.3 沟道水沙计算的验证
7.4 本章小结
第8章 流域数字河网和模型集成
8.1 河网并行计算需求
8.2 数字流域平台的改进与应用
8.3 基于二叉树的河网编码方法
8.3.1 河网的二叉树特征
8.3.2 快速定位节点的二叉树编码
8.3.3 基于二叉树的河网编码方法
8.3.4 基本拓扑关系
8.3.5 典型应用的拓扑算法
8.4 大规模河网的管理
8.4.1 分区分级编码方法
8.4.2 子流域DEM切割和河网耦合
8.4.3 河网管理的应用
8.5 基于河网分解的并行计算
8.5.1 并行计算的逻辑架构
8.5.2 河网分解算法
8.5.3 基于MPI和计算机集群的实现方式
8.5.4 并行计算应用实例
8.6 模型的集成
8.6.1 模型集成方法
8.6.2 模拟尺度的提升
8.7 本章小结
第9章 流域泥沙过程模拟
9.1 岔巴沟流域泥沙过程模拟
9.1.1 计算准备
9.1.2 参数率定
9.1.3 模型应用
9.1.4 结果分析
9.2 无定河流域泥沙过程模拟
9.2.1 计算准备
9.2.2 参数率定
9.2.3 模型应用
9.2.4 结果分析
9.3 多沙粗沙区流域泥沙过程模拟
9.3.1 计算准备
9.3.2 1967年模拟结果
9.3.3 1977年模拟结果
9.3.4 结果分析
9.4 本章小结
第10章 水沙源区泥沙过程规律分析
10.1 尺度现象及其形成机理
10.1.1 尺度现象
10.1.2 模拟结果中的尺度现象
10.1.3 对尺度现象来源的分析
10.2 降雨变化对侵蚀产沙的影响
10.2.1 降雨变化趋势和情景设置
10.2.2 径流和输沙量结果
10.2.3 不同土壤侵蚀组成的变化
10.2.4 结果分析
10.3 本章小结
第11章 河道水沙动力学模型
11.1 模型建立
11.1.1 控制方程组
11.1.2 数值解法
11.1.3 关键问题处理
11.2 模型率定
11.2.1 初始和边界条件
11.2.2 高含沙量对模拟结果的影响
11.2.3 考虑高含沙量影响的模拟结果
11.3 参数敏感性分析
11.4 模型应用
11.4.1 1982年洪水
11.4.2 1992年洪水
11.4.3 1998年洪水
11.5 本章小结
第12章 水沙源区与干流河道的耦合模拟
12.1 流域与河道模型的耦合方式
12.2 模拟实例
12.2.1 计算准备
12.2.2 计算条件的对比
12.2.3 模拟结果
12.3 来水来沙变化对河道冲淤的影响
12.4 本章小结
参考文献
· · · · · · (收起)

用户评价

作为一名水利工程专业的学生，我参加过不少相关的研讨会和讲座，听过许多专家对河流泥沙问题的见解，但说实话，这本书在理论深度上带来的冲击是前所未有的。它并没有停留在描述“发生了什么”的层面，而是深入挖掘了“为什么会发生”以及“如何用数学精确预测未来变化”的核心机制。书中对非线性动力学在泥沙运动中的应用探讨，尤其令人拍案叫绝。很多传统的线性模型在描述极端洪水或长期冲淤变化时显得力不从心，而这本书勇敢地引入了更复杂的混沌理论和分形几何的视角，尝试去捕捉水沙系统中那些难以捉摸的突变特性。这种跨学科的融合，展现了作者深厚的学术功底和开阔的视野。我特别关注了其中关于参数敏感性的讨论，它清晰地指出了在实际工程应用中，哪些输入变量的微小误差可能导致模型输出结果产生巨大偏差，这对我们进行风险评估和不确定性分析具有极高的指导价值。这本书无疑是为高阶研究者准备的硬核读物，它推动了我们对河流系统认识的边界。

坦率地说，这本书的价值远超出了其标明的专业领域。我原以为它只对水文学、河流动力学方向的研究人员有价值，但阅读体验让我意识到，任何对自然界复杂系统如何自我组织和演化感兴趣的人都会从中受益匪浅。它不仅仅是在解释泥沙如何移动，更是在展示一种科学思维模式：如何用量化的语言去描述一个充满不确定性的动态过程。书中对数据采集和模型验证的论述也极具现实意义，作者强调了野外实测数据的稀疏性和误差性，并探讨了如何利用智能算法来“填补”信息空白，这对于当今大数据时代背景下的科学研究具有重要的借鉴意义。我甚至开始思考，这种处理水沙系统不确定性的方法论，是否可以迁移到金融市场的波动预测，或者气候变化模型的构建中去？这本书提供了一种处理复杂系统的通用框架，它的思维碰撞的火花，比它直接传授的具体知识点更为宝贵。它是一部扎实的学术专著，更是一本关于如何进行严谨、富有创见性科学探索的指南。

这本书的叙事节奏把握得极好，像一个经验丰富的老教授在娓娓道来，而不是一个生硬的教科书在宣讲知识点。它没有一上来就抛出最难啃的骨头，而是从最基础的泥沙颗粒的力学特性和水流的宏观特性入手，层层递进，构建起一个严谨的知识体系。这种渐进式的教学方法非常适合自学。我发现，即便是对于一些我自认为已经掌握的基础概念，作者也会提供新的视角或更精妙的解释，使得旧知识焕发出新的光彩。比如，书中关于泥沙起动力的阈值判断，不同于我过去学习的经验公式集合，它结合了微观尺度的能量耗散原理进行重新推导，逻辑链条异常完整和令人信服。每读完一个章节，我都会有一种“原来如此”的豁然开朗感。此外，作者在章节末尾设置的思考题，也很有启发性，它们不是那种只需要套用公式就能得出答案的练习，而是需要读者结合上下文内容进行融会贯通的开放式探讨，真正达到了“学以致用”的目的。

这本书实在是太有意思了！我本来以为涉及到“动力学模型”这种专业术语，内容会枯燥乏味，充满了各种复杂的公式和图表，读起来肯定像啃石头一样费劲。结果完全出乎我的预料，作者在叙述上非常有条理，把那些看似深奥的概念用非常生动形象的比喻串联起来，让我这个非专业人士也能大致摸到门道。比如，他对水流输沙过程的描述，简直就像在看一幅动态的水墨画，能清晰地感受到泥沙颗粒是如何在水流的裹挟下，时而“安居乐业”，时而又“奋起直追”地向前运动。尤其让我印象深刻的是关于河床演变的部分，作者详细探讨了长期来看，水沙作用如何塑造出我们今天所看到的壮丽河谷地貌，那种宏大的时间尺度和精细的微观机制结合得恰到好处。虽然书中涉及不少数学推导，但作者总能在关键节点给出直观的物理意义解释，让人感觉不是在做冷冰冰的计算，而是在探索大自然的内在逻辑。我看完后，对那些新闻里常报道的泥石流、洪水泛滥的报道有了完全不同的理解，不再是单纯的灾害，而是水沙系统在特定条件下的一种自然响应。这本书对提升公众对河流科学的认知，绝对是一剂良药。

这本书的装帧设计和排版简直是业界良心，让人爱不释手。我拿到书的时候，首先被它沉甸甸的质感所吸引，纸张的厚度和光泽度都非常考究，阅读时完全不用担心油墨洇开或者反光刺眼的问题。更值得称赞的是，书中大量的插图和示意图，质量高得惊人。它们不是那种低分辨率、模糊不清的扫描图，而是经过精心绘制或渲染的彩色图例，线条清晰、色彩搭配和谐，极大地辅助了对复杂过程的理解。特别是那些关于紊流结构和边界层理论的配图，如果文字描述不加图示，我估计得反复阅读好几遍才能勉强领会其意。作者团队在图文排版上也下足了功夫，专业术语的标注简洁明了，参考文献的格式规范统一，整体阅读体验流畅至极，几乎没有跳转思考的滞涩感。这种对细节的极致追求，体现了出版方对这部专业作品的尊重，也让我更加愿意沉浸其中，享受这场知识的盛宴。说实话，光是这些精美的插图，就值回票价了，它们让原本枯燥的理论变得触手可及，极大地降低了入门的心理门槛。