河流動力學概論（第2版）

河流動力學概論（第2版）

《河流動力學概論（第2版）》是2013-5-10齣版的圖書，作者是邵學軍、王興奎

本書系統地闡述了泥沙運動力學和河道演變的基本原理，並結合我國工程實際介紹了一些新的研究進展。全書共9章，內容包括： 河流系統與人類活動、泥沙顆粒基本特性、床面形態與水流阻力、泥沙的起動與推移運動、懸移質運動和水流挾沙力、河道演變的基本原理、沖積河流的河型、數字河流、河流動力學研究展望。 本書可作為水利工程、港口航道工程、近海工程、環境水利、地質地理及市政工程等專業的本科生教材，也可供相關專業的設計、科研和教學人員參考。

基本介紹

  • 書名：河流動力學概論（第2版）
  • 作者：邵學軍、王興奎
  • ISBN：9787302321378　
  • 定價：39.8元
  • 出版時間：2013-5-10
  • 裝幀：平裝
  • 版次：2-1
第2版前言,第1版前言,目錄,

第2版前言

本書第1版出版7年以來，承蒙讀者厚愛，發行量超出了作者的想像。從本書正式出版前的試用階段算起，清華大學水利水電工程系的三年級學生使用本書已有十幾年了，不少刻苦鑽研的學生幾乎推敲了教材中的每一個公式推導和每一道例題、習題，提出了許多寶貴意見。同時，這一期間與河流相關的實際工程問題及研究成果也不斷湧現，一些“懸疑”問題不斷被攻克，本學科的專業知識得到了進一步的充實與提高。因此本書第1版有必要進行修訂再版，在汲取大家的意見和研究工作進展的基礎上，作者對第1版內容進行了補充和完善。
流域侵蝕、水沙運動、河道演變等過程存在明顯的因果關係鏈，從現象上表現為水流在鬆散物質堆積成的地表上流過時，液體固體顆粒之間互相作用所引發的一系列自然過程。本書就是依照這種邏輯，在第1~7章中依次講述了流域侵蝕產沙、泥沙顆粒的物理性質、床面形態與動床水流阻力、泥沙的起動與推移運動、泥沙的懸移運動、河道演變的基本原理、沖積河流的河型等內容。目前，河流動力學的研究工作在針對各種局部自然過程進行機理分析、模擬及預測的同時，還逐漸開始使用模型集成的手段將研究成果在工程實際中加以套用，即第8章所講述的內容。
從本書第1版使用後的反響看，讀者普遍認為書中各部分內容並沒有什麼晦澀難懂之處，習題和例題也比較恰當，但縱觀全書卻從整體上感到本書的內容結構鬆散，不同章節之間也看不出有什麼緊密的聯繫，在學習時不易抓住要點。之所以有這種感覺，主要是由於流域侵蝕、水沙運動、河道演變等自然過程的機理都極為複雜、瑣碎，天然泥沙顆粒的物性又存在極大的差異，不能概化為連續介質，難以像分析流體運動那樣建立一個精煉的本構方程，用一個貫穿始終的體系來描述流域河流演變的全部過程。所以，河流動力學研究中重點是針對各局部的自然過程進行深入研究，剖析其過程機理，進行模擬和預測，在這一過程中對同一問題的研究又出現了不同的學派。這使得本書內容完全不同於水力學等經典力學分支學科的知識結構，本書各部分內容的聯繫是隱含而不是顯式的，難免使初學者感覺頭緒紛亂。為了幫助讀者把握本書的整體結構，從流域過程因果關係鏈或研究方法的角度理解本書的基本內容，第2版特意增加了全書內容的框架圖，把河流動力學經典理論各部分內容中所涉及的因果關係、邏輯關係或研究中的不同學派關係，形象地表達出來，作為使用本書的參考。
作者非常感謝清華大學出版社張占奎老師對本書出版的熱情鼓勵與多方面的幫助。本書第2版書稿第8章內容的修改得到了張尚弘博士的幫助，特此致謝。
書中涉及了流域過程的各種現象、研究方法、分析手段，限於作者水平，書中錯漏在所難免，仍希望讀者一如既往，不吝雅正。
作者
2012年11月於清華園

第1版前言

本書是為適應水利工程學科本科生必修課的教學需要而編寫的，主要目的是幫助學生掌握泥
沙運動和河道演變方面最基本的知識，並全面了解本學科的發展現狀和研究前景。本書
除了涵蓋學科發展過程中的經典研究成果外，還引用了國內外文獻中新發表的相關內容，以
及本單位的最新科研成果。
本書共9章。第1章概述地球動力系統的概念，從人類活動對自然系統和水文過程所施加影響的
角度，說明了河流動力學所涉及的各種複雜問題。第2章介紹泥沙顆粒的基本物理性質、顆
粒在靜水中的沉速、細顆粒特性和含沙水流的流變性質。第3章討論沖積河流床面形
態的形成、判別及其對水流阻力的影響，這是河流動力學與經典水力學在阻力計算上的不同
之處。第4章和第5章分別闡述了推移質和懸移質泥沙運動的研究方法和輸沙率計算理論，
它們是泥沙運動力學研究中的核心部分。第6章和第7章介紹了河道演變的基本原理和沖積
河流的河型研究，主要說明了天然沖積河流巨觀形態的變化規律，以及外部條件(包括人類
的生產活動和工程建設)對其演變過程所產生的巨大影響。第8章介紹了數字河流的總體思
路和研究手段，及其在河流綜合開發治理、水資源可持續利用決策方面的套用。第9章對河
流動力學的發展趨勢和研究前景進行了展望。本教材編寫過程中參考的專著和引用的論文，
一併列入參考文獻中。
河流動力學雖已較為成熟，但仍在繼續發展，涉及面較廣。對於書中因編者水平所限
而存在的疏漏或錯誤之處，誠懇希望廣大讀者予以批評指正。
本書為北京市高等教育精品教材立項項目，部分內容取自國家自然基金項目“坡面細溝流動的數值模擬方法研究”(批准
號50179015)的研究成果。
作者
2005年3月於清華大學

目錄

主要符號表Ⅶ
本書內容框架圖Ⅸ
第1章河流系統與人類活動
11河流、流域與地球的各種動態系統
12流域侵蝕與泥沙的輸運
13人類活動對流域和河流自然過程的影響
習題

第2章泥沙顆粒的基本特性
21風化過程
22單個顆粒的特性
23顆粒的群體特性
24泥沙顆粒的沉速
25含沙水體(渾水)的性質
習題

第3章床面形態與水流阻力

31床面形態與水流條件、泥沙特性的關係
32沖積河流床面形態的判別準則及特性研究
33水流阻力和斷面平均流速
34峽谷或卵礫床面河道的綜合糙率計算
35沙粒阻力和沙波阻力
習題

第4章泥沙的起動與推移運動
41研究泥沙起動的方法
42泥沙臨界起動條件的計算公式
43均勻推移質運動
習題

第5章懸移質運動和水流挾沙力

51泥沙擴散方程

52懸移質含沙量的垂線分布

53懸移質輸沙率
54水流挾沙力
習題

河流動力學概論(第2版)
第6章河道演變的基本原理

61沖積河流演變的影響因素與時間尺度
62沖積河道演變中的均衡狀態
63造床流量
64黃河上遊人為活動對有效輸沙流量的影響
65河相關係
66河相關係的理論推導方法
習題

第7章沖積河流的河型

71不同河型及其分類
72河型成因分析中的極值條件假說
73單流路彎曲河道的演變
74多流路河道的演變特性
75河流的縱剖面及其影響因素
7.6河道橫向變形及河型轉化過程的數值模擬
習題

第8章數字河流

81數字河流的概念與框架
82基礎信息平台建設
83專業服務平台建設
84綜合決策平台
8.5數字河流的套用
習題

第9章河流動力學研究展望

91研究發展趨勢
92水流結構的研究
93交叉學科的發展
人名索引
名詞索引
參考文獻

主要符號表

（註： 括弧內的數字表示該符號第一次出現的頁碼）

1 英文符號
A*—Einstein推移質輸沙率計算參數（95）
a—泥沙顆粒長軸長度（25）
B*—Einstein推移質輸沙率計算參數（96）
b—泥沙顆粒中軸長度（25）
C—謝才係數（60）
CD—圓球繞流阻力係數（36）
CL—顆粒上舉力係數（78）
c—泥沙顆粒短軸長度（25）
D—泥沙粒徑（24）
Di—第i級泥沙的粒徑（28）
Dm—算術平均粒徑（28）
Dmg—幾何平均粒徑（29）
Dn—等容粒徑（24）
D1,D2—篩孔孔徑（24）
D50—中值粒徑（28）
Es—斷面比能（53）
eb—水流搬運推移質的效率（92）
es—水流搬運懸移質的效率（113）
Fd—顆粒繞流阻力（37）； 水流拖曳力（76）
FL—流體對顆粒的上舉力（76）
Fr—水流Froude數（53）
f—DarcyWeisbach阻力係數（61）
g—重力加速度（27）
gb—以乾重計的推移質單寬輸沙率（91）
g′b—以水下重量計的推移質單寬輸沙率（91）
gd—單位面積上泥沙的沉積率（94）
gs—單位面積上泥沙的沖刷率（95）； 以乾重計的懸移質單寬輸沙率（110）
g′s—以水下重量計的懸移質單寬輸沙率（112）
gt—以乾重計的全沙單寬輸沙率（116）
h—水深（53）；平均水深（55）
hf—水頭損失（61）
I1，I2—Einstein懸移質輸沙率數值積分中的參數（110）
J—坡降； 下標e、b、s分別表示能坡、底坡和水面坡降（55）
J′—沙粒阻力所對應的能坡（69）
J″—沙波阻力所對應的能坡（69）
K—輕質沙起動參數（90）；修正係數（112）
Kb—MeyerPeter公式中的河床阻力係數（91）
K′b—MeyerPeter公式中的沙粒阻力係數（91）
ks—邊界上的粗糙突起高度，又稱邊壁粗糙尺度或床面粗糙尺度（62）
L—躍移質躍長（91）
L1—躍高點的長度（91）
m—群體沉速公式中的經驗指數（41）
n—Manning糙率係數（61）
nb—床面粗糙對應的Manning糙率係數（62）
nw—邊壁粗糙對應的Manning糙率係數（65）

P—濕周（65）； Einstein理論中的機率（94）
Pb—濕周的河床部分（64）
Pw—濕周的河岸部分（64）

pi—第i級粒徑泥沙所占比例（28）
Q—流量（53）
R—水力半徑（60）
Rb—與河床阻力對應的水力半徑（67）
R′b—與沙粒阻力對應的水力半徑（67）
R″b—與沙波阻力對應的水力半徑（67）
Re—雷諾數； 顆粒繞流雷諾數（36）
Re*—沙粒剪下雷諾數（55）
Se—流域出口控制點輸出泥沙總量（11）
SF—泥沙顆粒形狀係數（26）
Sm—垂線平均重量含沙量（112）
St—流域地表侵蝕的泥沙總量（11）
Sv—以體積比計的含沙量（41）
Sva—懸移質在高程a處的體積比含量（104）
Sw—重量含沙量（42）
U—沿水流運動方向的垂線或斷面平均流速（45）
Ub—推移質平均縱向躍移速度（91）； 推移質顆粒總體的平均速度（92）
Uc—泥沙臨界起動時的垂線平均流速（73）
UL—垂線平均流速（93）
U0—時均近底流速（78）
u—縱向脈動流速（102）
U*—摩阻流速（48）
V—泥沙顆粒體積 （24）； 垂向時均流速（102）
v—垂向脈動流速（102）
W′—泥沙顆粒的水下重力（76）
Z—懸浮指標（105）
河流動力學概論(第2版)

符號表
2 希臘文符號
α—動能修正係數（53）
γ—清水的容重（27）
γm—渾水的容重（42）
γs—泥沙顆粒的固體容重（24）
γ′s—乾容重（31）
δ—黏性底層的計算厚度（62）
ε0—熱力電位（35）； 綜合粘結力係數（88）
εm—動量交換係數（104）
εs—懸沙湍流擴散係數，又稱泥沙擴散係數（102）
ζ—電動電位（35）
Θ—Shields數（55）； 無量綱剪下應力（70）
Θ′—沙粒引起的無量綱剪下應力(Shields數)（70）
Θ″—沙波引起的無量綱剪下應力(Shields數)（70）
Θc—泥沙起動時的臨界Shields數（79）
κ—Krmn常數(一般取為0.4)（48）
μ—清水的動力黏滯係數（37）
μa—表觀黏度（44）
μe—有效黏度（45）

ν—清水運動黏滯係數（37）
Π—泥沙顆粒的圓度（26）； 流速垂線分布中的尾流強度係數（249）
σg—泥沙粒徑分配的幾何均方差（29）
τ—水流剪下應力（43）
τb—作用在河床上的剪下應力(河床阻力)（64）
τ′b—床面沙粒阻力（67）
τ″b—床面沙波形狀阻力（67）
τc—泥沙起動臨界剪下應力（79）
τw—作用在河岸或管壁的剪下應力（45）
τ0—床面上的水流剪下應力（55）
Ф—Einstein理論中的推移質輸沙強度參數（93）
—泥沙粒徑分級尺度（28）
φ—泥沙揀選係數（29）； 泥沙的水下休止角（33）
ρ—水的密度（27）
ρs—泥沙(固體、球體)密度（27）
χ—Einstein統一流速公式中反映自光滑向粗糙邊壁過渡的參數（62）
Ψ—Einstein理論中的水流強度參數（67）
ψ—球度（26）
ψ0—熱力電位（35）
ω—泥沙(球體)的沉速（36）； 群體沉速（41）
ω0—單顆粒泥沙在無限大的清水水體中的沉速（41）
本書內容框架圖

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