Fundamentals of Fluvial Geomorphology

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出版者:
作者:Charlton, R.
出品人:
页数:280
译者:
出版时间:2007-12
价格:$ 180.80
装帧:
isbn号码:9780415334532
丛书系列:
图书标签:
  • 河流地貌学
  • 冲积地貌
  • 水文地貌
  • 河流动力学
  • 沉积地貌
  • 地貌演化
  • 河流过程
  • 地表过程
  • 地球科学
  • 地理学
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具体描述

Rivers are significant geomorphological agents, they show an amazing diversity of form and behaviour and transfer water and sediment from the land surface to the oceans. This book examines how river systems respond to environmental change and why this understanding is needed for successful river management. Highly dynamic in nature, river channels adjust and evolve over timescales that range from hours to tens of thousands of years or more, and are found in a wide range of environments. This book provides a comprehensive overview of recent developments in river channel management, clearly illustrating why an understanding of fluvial geomorphology is vital in channel preservation, environmentally sensitive design and the restoration of degraded river channels.It covers: flow and sediment regimes - flow generation, flow regimes, sediment sources, transfer and yield; channel processes - flow characteristics, processes of erosion and sediment transport, interactions between flow and the channel boundary, deposition; channel form and behaviour - controls on channel form, channel adjustments, floodplain development, form and behaviour of alluvial and bedrock channels; response to change - how channels have responded to past environmental change, impacts of human activity, reconstructing past changes; and, river management - the fluvial hydrosystem, environmental degradation, environmentally sensitive engineering techniques, river restoration, and the role of the fluvial geomorphologist. "Fundamentals of Fluvial Geomorphology" is an indispensable text for undergraduate students. It provides straightforward explanations for important concepts and mathematical formulae, backed up with conceptual diagrams and appropriate examples from around the world to show what they actually mean and why they are important. A colour plate section also shows spectacular examples of fluvial diversity.

水流地貌学原理:地表物质迁移与景观塑造的动力学解析 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,探讨地球表面水流系统(河流、溪流、冲积扇、三角洲等地貌单元)的形成、演化及其所涉及的复杂物理过程。我们不关注特定的“河流地貌学基础”教材内容,而是将焦点放在驱动地表物质迁移、塑造我们所见河流形态与空间分布的基本动力学原理和跨尺度过程上。本书将地貌学视为一个开放的、受控于气候、构造和岩性约束的动态系统,致力于揭示水流在不同时间尺度和空间尺度上对地表物质的剥蚀、搬运、沉积作用的定量描述和机制阐释。 --- 第一部分:基础物理过程与物质输运机制 本部分奠定理解所有水流地貌演化的物理基础,侧重于水力学、泥沙运动学以及介质响应。 1. 水流动力学基础:从边界层到洪水波 我们将详细回顾适用于自然水流环境的流体力学原理,超越理想化的层流模型。重点分析湍流结构在泥沙悬移和床面起动中的核心作用。内容涵盖: 湍流的统计特性与脉动: 探讨速度脉动如何驱动近床层泥沙的非均匀起动和再悬移过程。重点分析雷诺应力在近壁面动量交换中的作用。 能量耗散与河床粗糙度: 深入研究水流与河床之间的能量交换机制。分析河床形态(如沙波、卵石层)如何影响曼宁系数或谢才系数,以及这种反馈如何影响水流的坡降和侵蚀潜力。 非恒定流分析: 考察瞬时流量变化(如洪水过程)对水动力学的影响。引入圣维南方程组的简化形式,用于模拟洪水波的传播特性,并探讨这些瞬态力如何重塑河道微地貌。 2. 泥沙运动学:起动、搬运与分级 这是地貌塑造的核心。本书将泥沙运动视为一个概率性过程,而非简单的阈值响应。 床面起动理论的批判性评估: 不仅介绍谢依尔斯(Shields)曲线,更深入探讨其在非均匀颗粒、粘性土层及生物结皮存在时的局限性。引入基于张力波(Tractive Force)和动能的起动判据。 搬运模式的定量描述: 分离并量化床面负载(Bedload Transport)和悬移负载(Suspended Load)。床面负载的分析将侧重于滚动、跃移和冲刷的速率方程,并探讨如何使用统计模型(如概率密度函数)描述颗粒在床面上的运动。 沉积动力学: 考察泥沙在流速降低区域的沉降速率。引入扩散模型来描述悬移泥沙在垂直水体中的重新分配,以及沉积物粒径分布如何受流速梯度和停留时间控制。 3. 介质响应与流固耦合 地貌的响应不仅仅是水流对沉积物的简单作用,还涉及介质自身的特性。 非固结沉积物的本构关系: 探讨松散沉积物的剪切强度、孔隙度与有效应力之间的关系。分析水流作用下,沉积物骨架的重新排列(液化或固结)如何改变其抗冲刷能力。 粘性土层的响应: 引入剪切应力与粘土层屈服强度(Yield Strength)的概念,解释在低流速下粘性土层(如淤泥质河床)的抗冲刷机制,以及裂隙和干燥对冲刷阈值的影响。 --- 第二部分:河流系统几何学、形态与反馈机制 本部分从宏观角度审视河流系统的空间配置和动态平衡,强调反馈回路在地貌维持中的作用。 4. 河流平衡与形态动力学 本书将河流形态视为对特定输入(流量、泥沙负荷、坡度)的瞬时或长期响应。 平衡纵比概念的深化: 不将坡度视为固定参数,而是将其视为泥沙负荷和水力因子共同作用的结果。讨论“调整”(Grading)过程的速率与地貌响应的滞后性。 蜿蜒与辫状的机制差异: 详细分析导致蜿蜒(Meandering)和辫状(Braided)形态出现的流体力学条件。蜿蜒的形成机制聚焦于银行侵蚀与弯曲内侧的沉积物堆积之间的正反馈循环;而辫状形态则与高床载负荷、高率波动性和易于侵蚀的银行相关联。 河道演化的非线性模型: 引入简单的元胞自动机或反应-扩散模型,展示在局部扰动下,如何自发地形成宏观尺度的河道模式,强调非线性的重要性。 5. 冲积扇与三角洲:汇流与分流的动力学 探讨河流在从山前到平原或从陆地到水体(湖泊或海洋)的过渡地带所形成的复杂堆积地貌。 冲积扇的物质分配: 分析扇面坡度、水道迁移与水道分流(Avulsion)的控制因素。重点阐述水流在扇缘的再分配如何受入河流速、出水口抬升和地下水位的共同影响。 三角洲的沉积物平衡: 考察河流动力、波浪作用和潮汐作用(河流-波浪、河流-潮汐三角洲)之间的竞争关系。利用沉积物平衡方程来预测三角洲前缘的进积速率、侵蚀速率以及分汊(Distributary)的寿命。 6. 侵蚀地貌的量化:剥蚀率与地形演化 将水流地貌学与山脉隆升和气候变化背景下的整体景观演化联系起来。 水力侵蚀方程的尺度效应: 探讨河谷的形成与河流溯源侵蚀(Headward Erosion)过程。引入水流剪切应力与水力磨蚀(Abrasion)的耦合模型来估算区域剥蚀率。 条带状侵蚀(Rill and Gully Erosion): 深入分析土壤侵蚀在微观尺度上如何累积成宏观的沟壑系统,并探讨植被覆盖和土壤类型对启动阶段的控制。 --- 第三部分:地貌响应与跨尺度耦合 本部分将水流地貌置于更大的地球系统背景下,关注气候、构造和岩性对长期演化的控制作用。 7. 气候与构造的长期控制 河流系统并非孤立存在,其长期形态和侵蚀潜力受制于区域构造抬升速率和气候变率。 构造活动与坡度反馈: 分析构造抬升如何增加坡降,进而驱动水流能量增加,导致侵蚀率上升,形成“剥蚀响应”的循环。探讨河流在断裂带附近的捕获(Stream Capture)与不协调(Discordance)现象。 气候变率与地貌响应时间: 考察冰期-间冰期循环、降雨强度变化如何影响河流的输沙能力和河床的稳定性。分析地貌系统对气候变化的“记忆”和“滞后”现象。 8. 岩性控制下的地貌异质性 不同的岩石和土壤类型,对水流的抵抗力显著不同,这是决定区域地貌景观差异的关键。 差异侵蚀的机制: 阐述硬岩层(如基岩)和软沉积物(如黄土、松散沉积物)在水流作用下的反应差异。分析节理和裂隙密度如何通过控制水力磨蚀和侧向侵蚀,影响基岩河谷的形态(V形谷、峡谷)。 自组织临界性(Self-Organized Criticality, SOC)的视角: 从复杂系统科学的角度审视河流系统对扰动的响应。讨论在特定条件下,河流系统是否倾向于在无外部调控下,达到一个接近临界状态的自我组织过程,从而解释为何小型扰动与大型灾害(如大洪水、通道迁移)会以幂律分布的形式出现。 本书的最终目标是提供一套严谨的分析框架,使读者能够运用物理学和数学工具,解构我们所观察到的、不断变化的地表水流地貌景观。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的排版和插图质量,简直是艺术品级别的享受。我通常认为,技术性强的学术书籍在视觉呈现上往往是妥协的。但这本书完全打破了我的成见。每一张图——无论是河流剖面的示意图,还是遥感影像的案例分析——都经过精心设计,不仅信息密度高,而且清晰易读,极大地辅助了复杂概念的理解。我特别赞赏它在案例选择上的国际化视野,从北美大河到亚洲季风河流,展示了河流形态学在全球范围内的多样性。对于自学者而言,阅读体验至关重要,而这本书提供了极其流畅的阅读体验,文字节奏把握得恰到好处,不会让人感到喘不过气。它仿佛是一位经验丰富的导师,在你需要深入解析时提供详尽的数学推导或模型介绍,在你需要放松时又会带你领略一个壮观的峡谷地貌。这种平衡感,是很多同类书籍难以企及的。

评分☆☆☆☆☆

要说这本书有什么“不足”,或许是它对某些前沿交叉学科的探讨还不够深入,但这恰恰是其“基础”定位的体现。它为读者打下了无可指摘的基石,剩下的,就是读者需要自己去搭建上层建筑了。我对书中对河流演化史的宏观综述印象深刻,尤其是关于冰期和间冰期对全球水文格局重塑的讨论,显示了作者深厚的地球科学背景。它并没有回避河流系统的不确定性和混沌性,而是坦诚地讨论了我们目前对某些复杂反馈机制的认知局限。这种科学的谦逊态度,比起那些声称能“一言蔽之”的著作,更值得信赖。总而言之,这本书无疑是河流地貌学领域的一部里程碑式的著作,它为所有致力于理解河流动力学的人士,提供了最可靠、最系统、最深入的起点。任何想在这个领域做出实质性贡献的人,都应该将其列为案头必备之作。

评分☆☆☆☆☆

我是在寻找一本能深度解析河流系统内部相互作用的专业参考书时发现了这本书。坦率地说,我原本对它抱持着谨慎的态度,因为“基础”二字有时意味着内容的肤浅。然而,这本书的深度和广度完全超出了我的预期。它不仅仅停留在对形态的描述,更深入探讨了水动力学与物质输送之间的复杂耦合关系。书中对于床面物质的输送机制,尤其是关于粗颗粒物质(如卵石和砾石)在洪水事件中的运动模式,分析得极为透彻,这对于从事流域管理和水土保持工作的人来说,是极其宝贵的资料。此外,它对河流阶地形成过程的探讨,结合了构造抬升与基准面变化的综合作用,提供了远比传统教科书更精细的解释框架。阅读过程中,我不得不频繁地停下来,查阅一些流体力学和沉积学的前置知识,这说明这本书的专业门槛是存在的,但回报是巨大的——它真正构建了一个坚实的、可供深入研究的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是地质学爱好者的福音!我一直对河流的演变过程充满好奇,但市面上的科普读物要么过于浅显,要么过于晦涩难懂,很难找到一个平衡点。然而,这本书完美地填补了这个空白。它以一种引人入胜的方式,将复杂的河流地貌学概念娓娓道来。作者在解释河流侵蚀、搬运和沉积这些核心过程时,大量使用了生动的实例和清晰的图示,让我这个非专业人士也能轻松理解。比如,它对河道蜿蜒(meandering)形成的动力学解释,简直是教科书级别的清晰。我特别欣赏作者在讲述地貌演变时所采用的宏大时间尺度视角,它让我意识到,我们眼前看似恒定不变的河流景观,实际上是数千年乃至数万年动态平衡的结果。书中对不同气候带下河流形态差异的比较分析,也极大地拓宽了我的视野,让我对水文地质学的认识上升到了一个新的高度。这本书不仅仅是知识的堆砌,更是一种思维方式的引导,它教会我如何用批判性的眼光去观察身边的每一条河流。

评分☆☆☆☆☆

作为一名景观生态学者,我关注的重点往往在于河流与周围生态系统的交集。这本书在这一点上的表现,令我惊喜不已。它并没有将河流视为一个孤立的物理系统,而是巧妙地将其置于更广阔的生态地理背景之下。关于河岸带的植被对河岸稳定性的影响、以及河漫滩的周期性淹没如何塑造了独特的生物群落结构,都有着非常精彩的论述。作者在描述“河流连通性”(river connectivity)时,不仅涉及了水力学上的连接,更深入探讨了生物学和营养物质传递上的意义。我特别喜欢书中关于河流恢复(river restoration)的章节,它批判性地审视了许多工程措施的长期效果,并强调了恢复过程必须遵循河流自身的演化逻辑。这本书的叙述风格非常克制而严谨,充满了对自然过程的敬畏感,这使得它的论点更具说服力,对于我未来设计生态友好型的河流管理方案,提供了坚实的科学后盾。

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