Hydraulics of Open Channel Flow 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:652

译者:

出版时间:2004-07-15

价格:USD 80.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750659789

丛书系列:

图书标签:

• 水力学
• 开渠流
• 流体力学
• 水文
• 工程流体
• 水资源
• 河道
• 渠道
• 水利工程
• 计算流体力学

河流动力学与水工结构设计：基础理论与工程应用 本书导言： 在水资源管理、防洪减灾、河流生态修复以及水利基础设施建设等领域，对河流系统的深入理解和精确的工程设计是至关重要的。本书《河流动力学与水工结构设计：基础理论与工程应用》旨在提供一个全面、深入且高度实用的知识体系，覆盖从自然水流的基本物理机制到复杂水工结构设计与运行管理的完整链条。 本书的编写团队汇集了数位在水利工程、河流动力学和计算流体力学领域具有丰富实践经验和深厚学术造诣的专家。我们摒弃了纯粹理论的过度推导，力求将前沿科学研究成果与实际工程问题紧密结合，使读者不仅能掌握坚实的理论基础，更能有效地将其应用于解决复杂的现实挑战。全书结构清晰，逻辑严谨，内容深度适中，目标读者群体涵盖水利工程、土木工程、环境科学、地理信息科学等相关专业的本科生、研究生，以及从事水利规划、设计、施工和管理的一线工程师和技术人员。 第一部分：河流动力学基础与水文过程 本部分着重于构建对自然河流系统运动规律的认知基础，这是所有后续工程设计的前提。 第一章：河流形态与水文循环 本章首先系统回顾了水文循环的基本概念，包括降水、蒸散发、入渗和地表径流的相互作用。重点探讨了河流形态学的基本要素，如河道坡度、糙率、弯曲度与水力半径的关系。通过分析河流纵向剖面和横向剖面的演化过程，介绍了地貌过程对水流特性的长期影响。我们引入了流域产流模型的经典理论（如单位线法、集总式和分布式模型），并结合现代遥感技术和GIS平台，展示了如何对流域的水文响应进行空间化分析。 第二章：水流运动的基本方程 本章深入阐述了描述水流运动的核心控制方程——纳维-斯托克斯方程在开放水域中的简化形式。详细推导了圣维南方程组（Saint-Venant Equations），即一维浅水波方程，并讨论了其在不同工况下的适用性与局限性。在二维和三维层面，本章介绍了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程在模拟复杂湍流场中的应用潜力，并着重讲解了湍流模型的选择（如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型）及其在水动力学模拟中的敏感性分析。 第三章：均匀流与非均匀流分析 本章是水力计算的核心。首先，对伯努利方程在实际工程中的应用进行了细致梳理，并引入了曼宁（Manning）公式和谢才（Chezy）公式，系统探讨了河道糙率的确定方法，包括经验值、现场测量及基于植被和泥沙粒径的半经验模型。 随后，详细分析了非均匀流（如水面曲线）的计算方法。着重介绍了标准步进法（Standard Step Method）在计算临界坡度、正常水深和各种水面曲线（M、S、C型曲线）中的精确应用。特别针对水坝下游、渠道突变断面等典型结构下的水面变化，提供了详尽的计算步骤和工程实例。 第四章：水波动力学与洪水传播 本章关注瞬态水流问题。从线性浅水波理论出发，阐释了波速、波长和波高的基本关系。系统分析了洪水波的传播特性，包括波速的受控因素、波形的弥散与衰减。本章的重点在于一维非恒定流的数值解法，详细讲解了特征线法（Method of Characteristics）的原理及其在求解瞬态水流问题中的优势。同时，也介绍了有限差分法和有限体积法在求解大范围洪水淹没模拟中的应用，包括一维、二维模型的构建与校核。 第二部分：泥沙输移与河床演变 理解水流对河床物质的冲淤作用是稳定河道、保护水工建筑物的基础。 第五章：泥沙运动基础理论 本章系统介绍了泥沙运动的物理机制。详细区分了泥沙的载荷类型：推移质（Bed Load）和悬移质（Suspended Load）。对泥沙的起动条件进行了深入探讨，介绍了基于临界剪应力、流速的各种起动判据（如Shields图）。对于悬移质输沙，重点讲解了悬移质浓度的垂向分布规律，并介绍了常见的悬沙输沙率公式（如Laursen、Meyer-Peter & Müller公式）。 第六章：冲淤计算与河道稳定 本章侧重于工程实践中的冲淤分析。讨论了河床糙率随冲淤变化的反作用。介绍了瞬时和长期冲淤计算方法，特别是针对水库、渠首工程、桥墩周围等局部冲刷区域的详细设计规范和计算模型。详细阐述了平衡剖面理论及其在确定河流或渠道设计边坡稳定性的应用。此外，还引入了综合考虑泥沙、水流和河床特性的二维水沙联合模型的基本框架。 第三部分：水工结构物的水力设计与分析 本部分将理论知识应用于具体的工程结构设计。 第七章：水库与大坝的水力特性 本章聚焦于水库的设计与运行。内容涵盖水库库容计算、死库容与有效库容的确定。重点分析了大坝的溢洪道设计，包括非常溢洪道和非常泄洪道的泄流能力计算。详细阐述了各种形式的溢洪道（如无喉道、堰式、槽式）的水力特性、消能设计（如阶梯式、末端射流）以及防冲措施。此外，也讨论了水库调度中的水力学意义，如水库蓄清洪水过程的模拟。 第八章：渠系建筑物的水力设计 本章专注于灌溉和引水工程中的水工构筑物。详细介绍了渠道的超静定、欠静定断面设计原则，以及衬砌材料的选择与水力特性。针对堰、泄水洞、倒虹吸、涵洞等关键建筑物，提供了标准的水力性能计算方法，包括水头损失的估算和流态控制点的确定。重点分析了水力跳跃的形成、位置控制及其在消能中的应用。 第九章：渠道与河道的稳定化工程 本章处理的是如何通过工程手段维持河流或渠道的长期稳定。详细介绍了柔性防护结构（如格宾网、石笼）和刚性防护结构（如混凝土护坡、块石护坡）的抗冲能力分析与设计。讨论了丁坝、顺坝等导流建筑物的作用机理，及其对河道冲淤分布的影响。特别是针对城市河道整治，系统介绍了生态友好型护岸结构的设计理念和水力学要求，强调结构稳定与生态健康的协同发展。 第十章：水工结构物的通航与通鱼设计 随着水资源综合利用的推进，水工结构的设计必须考虑通航和生态需求。本章详细阐述了船闸和升船机的基本水力工作原理，包括进出闸水流特性和水头损失计算。在生态设计方面，深入探讨了过鱼设施（如鱼道、人工叠级）的设计水力学，包括对不同鱼类种类适宜流速、水深、坡度的量化指标，以及如何通过水力结构设计确保过鱼设施的有效性。 结论与展望： 本书的目的是提供一个涵盖基础理论到前沿应用的知识框架。未来的河流工程将更加依赖于精细化、集成化的建模工具和对不确定性因素的有效管理。我们鼓励读者在掌握这些经典方法的基础上，积极探索多学科交叉融合的解决方案，以应对日益复杂的水环境挑战。

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