内容简介
《海岸工程水文学》共分8章,主要阐述河口与海岸工程所涉及的水文学的基本原理与方法。内容有人海河口、海岸与海洋的基础知识,降水的时空分布特征,水文信息采集方法与设备,水文分析计算基础知识,径流形成的过程和影响因素,产流汇流计算方法,洪水和降雨量特征的区域分析方法,明渠的洪水演算方法,海岸工程设计的水文要素计算内容与方法,我国近岸海流的特点,近岸波浪流系统及海岸工程设计中的近岸海流特征值等。
《海岸工程水文学》适宜作为港口、航道与海岸工程专业本科教材,也可供从事水利工程和市政工程的技术人员参考。
内页插图
目录
1 水文基础知识
1.1 河川与海洋
1.1.1 河川
1.1.2 海洋
1.2 水资源
1.2.1 我国水资源现状
1.2.2 滨海城市的水资源问题
1.3 人海河口、海岸与湿地
1.3.1 人海河口
1.3.2 海岸
1.3.3 湿地
1.3.4 河口海岸湿地
1.4 径流形成过程及其主要影响因素
1.4.1 径流的概念
1.4.2 径流的形成过程
1.4.3 流域暴雨径流过程的影响因素
1.5 水文学与海岸工程
1.5.1 水文循环
1.5.2 水文学
1.5.3 海岸工程水文学
2 基本水文原理
2.1 降水
2.1.1 地球大气运动
2.1.2 降雨的定量描述
2.2 降水的时间空间变化
2.2.1 降雨的时空分布
2.2.2 暴雨分析
2.2.3 降水原始资料及判断
2.3 水文吸收
2.3.1 植物截流
2.3.2 渗透
2.3.3 地表或洼地截流
2.3.4 蒸发
2.3.5 蒸发蒸腾损失总量
2.4 流域特征
2.4.1 流域面积
2.4.2 流域形状
2.4.3 流域高差
2.4.4 流域长度
2.4.5 水系形状
2.5 径流
2.5.1 径流组成
2.5.2 河流类型和基流
2.5.3 前期湿度
2.5.4 降雨和径流关系
2.5.5 汇流
2.5.6 汇流时间
2.5.7 径流扩散和河川流量过程线
2.5.8 水文过程线的解析
2.5.9 明渠流
3 水文计算基础知识
3.1 随机变量及其概率分布
3.1.1 水文统计的意义
3.1.2 事件和概率的基本概念
3.1.3 随机变量及其概率分布
3.2 水文频率曲线线型
3.2.1 正态分布
3.2.2 对数正态分布
3.2.3 皮尔逊Ⅲ(P-Ⅲ)型曲线
3.2.4 经验频率曲线
3.2.5 频率与重现期的关系
3.3 频率曲线参数的估计方法
3.3.1 矩法
3.3.2 三点法
3.3.3 权函数法
3.3.4 概率权重矩法
3.4 水文频率计算适线法
3.4.1 目估适线法
3.4.2 优化适线法
3.4.3 统计参数对频率曲线的影响
3.4.4 抽样误差
3.5 频率计算中的几个特殊问题
3.5.1 基准面变化对参数的影响
3.5.2 负偏态线型(Cs3.5.3 特大值处理问题
3.6 相关分析
3.6.1 相关关系的概念
3.6.2 简单直线相关
3.6.3 曲线相关
3.6.4 复相关
3.7 现代数学在水文学中的应用
4 水文测量
4.1 降雨测量
4.1.1 自动雨量计
4.1.2 遥测降雨传感仪
4.1.3 降雨量的雷达测量
4.2 积雪的测量
4.3 蒸发量的测量
4.3.1 A类盆
4.3.2 蒸发蒸腾计
4.4 渗透和土壤湿度的测量
4.4.1 渗透计
4.4.2 渗透率的分析
4.4.3 土壤湿度的测量
4.5 流速及流量的测量
4.5.1 水位测量
4.5.2 流量的测量
4.5.3 流速测量计
4.5.4 洪峰流量的间接测量
4.6 海洋水文要素的观测
4.6.1 波浪的观测
4.6.2 潮汐的观测
4.6.3 海流的观测
4.6.4 海啸的观测
4.6.5 风暴潮的观测
4.7 水文观测的现代技术及手段
5 海岸工程设计的水文要素计算
5.1 设计洪水与水位
5.1.1 洪水及其基本要素
5.1.2 洪水的设计标准
5.1.3 设计洪水计算的基本途径
5.1.4 流量与潮位序列插补延长的基本方法
5.1.5 由流量资料推求设计洪水的基本步骤
5.1.6 统计参数及其对频率曲线的影响
5.1.7 经验频率曲线及理论频率曲线的特点
5.1.8 洪水特大值处理的意义和方法
5.2 设计波浪与潮位
5.2.1 港口工程设计潮位标准
5.2.2 设计潮位的统计与计算方法
5.2.3 设计波浪标准
5.2.4 典型累计频率波高间的换算
5.2.5 不同重现期设计波浪的推算
5.3 设计通航水位
5.3.1 设计最高通航水位
5.3.2 设计最低通航水位
5.3.3 通航设计保证率
5.3.4 感潮航道的设计通航水位
5.3.5 计算所需样本年限
5.4 近岸波浪要素
5.4.1 近岸波浪要素
5.4.2 我国近岸波况特点
5.5 近岸带泥沙运动
5.5.1 泥沙的起动
5.5.2 泥沙的沿岸运动
5.5.3 泥沙的横向运动
5.5.4 波浪作用下的浮泥运动
5.5.5 近岸带水下沙波
6 区域分析
6.1 联合概率分布
6.2 边缘概率分布
6.3 条件概率
6.4 二元正态分布
6.5 回归分析
……
7 明渠的洪水演算
8 近岸海流
附录
参考文献
精彩书摘
1 水文基础知识
1.3 入海河口、海岸与湿地
1.3.1 入海河口
人海河口是河流人海的交汇处,简称河口,河流与海洋相互作用显著,主要由径、潮流相互作用和咸、淡水混合控制。河口段处于河海连接、过渡的特殊位置,常成为人口密集、经济发达地区。我国的主要河口包括长江口、黄河口、珠江口、鸭绿江口、辽河口等,成为内地对外交流的主要门户。
河口地区又有其特殊性:一方面,咸、淡水混合时产生异重流;另一方面,上游来沙到河口多为细颗粒泥沙,细颗粒泥沙在遇到海水入侵时,易发生絮凝,产生淤积,从而堵塞航道。
人类活动也不断改变着我国河口地区的自然演化。如在江河上兴建大规模水利工程,使得人海泥沙大量减少,大量的营养物质流失;围海造田改变了河口地区的自然状况;另外,生活与工业污水的排放使得人海污染物急剧增加,从而引起水体的富营养化,破坏河口地区的生态平衡;大规模的渔业发展使得生物的多样性减少;挖沙则加重了水土的流失。由此导致生态系统退化、海滨湿地大量减少、自然灾害加重。例如,随着黄河上游来水来沙量的减少,洪峰流量也大幅度削减,近年来黄河口断流现象频繁发生,破坏了生态环境;长江河口则扩大了拦门沙的范围,加剧了咸潮人浸问题;珠江口的过度挖沙也人为造成了河床的不均匀增深。
……
前言/序言
我国有长达18000km的海岸线,得到合理利用的长度不到4%。目前,港口建设与海岸开发正成为我国国民经济发展的巨大动力。海岸开发与保护,包括圈围造地、油气资源开发与输送、水资源开发利用、农业与渔业资源利用、滨海城市建设、滨海旅游资源综合开发等都需要海岸工程水文学知识。
由于海岸带的地理、气候、地质、地貌、水相与海洋和大陆均不同,所以,海岸带的水文规律有着自身的特点,其内容涵盖既不同于海洋水文,也有别于陆地水文。海岸工程水文学是水文学的一个分支,是专门介绍河口与海岸工程规划设计、施工建设及运行管理所涉及的水文知识的一门学科,其主要内容包括河口、海岸与海洋基础知识,降水的时空分布特征,水文信息采集方法与设备,水文分析计算基础知识,径流形成的过程和影响因素,产流汇流计算方法,洪水和降雨量特征的区域分析方法,明渠洪水演算方法,海岸工程水文要素计算内容与方法,我国近岸海流的特点,近岸波浪流系统及海岸工程设计中的近岸海流特征值等。
目前,我国的水文学著作基本上都是陆地水文学、工程水文学,尚缺乏专门针对海岸带的水文学书籍。本书旨在弥补此缺陷,为港口、航道与海岸工程专业提供本科教材,也可供从事水利工程和市政工程的技术人员参考。
本书是在综合国内陆地水文学、工程水文学和海洋水文学的相关书籍,以及《海港水文规范》等相关规范的基础上,紧密围绕海岸工程规划设计、施工建设及运行管理需要,并翻译吸取国外相关著作的精华内容编写而成的。
本书在编写过程中得到了上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海交通大学出版社,上海交通大学港口、航道与海岸工程系全体老师和2005级研究生的支持,在此表示感谢!
图书简介: 结构动力学基础与应用 作者: [此处留空,或填写虚构作者名] 出版社: [此处留空,或填写虚构出版社名] ISBN: [此处留空,或填写虚构ISBN] --- 导言:理解动态世界的力量 本书《结构动力学基础与应用》 旨在为土木工程、机械工程、航空航天工程及相关领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个全面且深入的结构动力学理论框架和实用应用指南。在现代工程实践中,结构系统不再被视为仅承受静态载荷的实体,而是必须能有效应对风荷载、地震波、机械振动、爆炸冲击等时间依赖性载荷的复杂动态系统。忽视动力学效应往往会导致结构失效、性能下降乃至灾难性后果。 本书的定位并非水利或海岸工程,它专注于宏观结构物的时变响应分析。我们致力于将抽象的数学模型与真实的工程问题紧密结合,构建一个从基本概念到复杂分析方法的完整知识体系。 第一部分:动力学基础——从单自由度到多自由度系统 本书的起点是奠定坚实的理论基础。我们从最简化的单自由度(SDOF)系统入手,深入探讨自由振动、有阻尼振动以及外部激励下的强迫振动响应。 第一章 基础概念与建模: 详细阐述了惯性力、刚度、阻尼的物理意义,并介绍了系统的离散化方法。不同类型的阻尼模型(粘滞阻尼、库仑阻尼等)在工程中的适用性将被详尽比较,特别是如何根据实验数据识别阻尼参数。 第二章 单自由度系统的响应分析: 核心内容聚焦于系统的固有频率和阻尼比的确定。对于瞬态激励(如冲击载荷),采用积分法(如Wilson-$ heta$法或Newmark-$eta$法)求解微分方程;对于周期性激励(如机器振动),则侧重于共振现象的分析及其避免策略。 第三章 多自由度(MDOF)系统分析: 这是本书的第一个重要过渡。我们将系统的运动方程扩展到矩阵形式,重点介绍模态分析。通过特征值问题求解,确定系统的特征振型和特征频率。模态叠加法作为分析复杂结构动态响应的基石,将得到详尽的推导和工程实例演示。我们将区分质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建方法(如一致质量矩阵与集中质量矩阵)。 第四章 连续体动力学导论: 理论上,梁、板、壳等结构是无限自由度系统。本章将介绍如何应用变分原理(如最小势能原理) 和 瑞利-里茨法 对连续体进行离散化,并将其转化为可解的MDOF问题。例如,对一端固支梁的模态分析将是本章的重点实践内容。 第二部分:随机振动与地震工程应用 现代工程结构,特别是高层建筑和大型桥梁,主要受随机性载荷(如风致随机荷载、地震动)的影响。本部分将视角从确定性分析转向概率分析。 第五章 随机过程理论回顾: 针对动力学分析的需求,简要回顾必要的随机过程知识,包括平稳性、遍历性、功率谱密度函数(PSD)以及通过傅里叶变换连接时域与频域。 第六章 随机振动的稳态响应: 详细推导结构在白噪声和有色噪声激励下的均方根(RMS)响应。特别是,如何利用系统的频率响应函数与激励的功率谱密度函数,计算出系统的动态输出功率谱,这是进行疲劳损伤评估的关键步骤。 第七章 地震工程基础与反应谱方法: 地震分析是结构动力学的核心应用之一。本章详细介绍地震动的特性,并深入探讨反应谱理论。我们将分析单自由度体系在地震作用下的最大反应,并解释如何利用反应谱曲线进行快速、保守的结构设计。 第八章 模态反应谱分析(Modal Response Spectrum Analysis): 这是多层建筑抗震设计的主流方法。本书将系统介绍如何基于模态分析的结果,结合CQC(Complete Quadratic Combination)或SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法,合理组合不同模态对结构最大内力和位移的贡献,实现符合规范的抗震验算。 第三部分:非线性动力学与高级分析技术 工程实践中,材料性能和几何构型会随载荷增大而发生显著变化,这要求我们超越线性假设,进入非线性领域。 第九章 非线性动力学基础: 区分几何非线性和材料非线性。材料非线性方面,重点分析滞回模型(如双线性、包络曲线模型)在钢筋混凝土和钢结构中的应用。几何非线性方面,则聚焦于P-$Delta$效应(二阶效应)对高耸结构稳定性的影响。 第十章 显式与隐式时间积分方法: 对于高度非线性和接触问题,解析解几乎不存在。本章将详述数值积分技术,特别是Newmark法、中心差分法等隐式和显式算法的稳定性和精度差异。我们将提供清晰的流程图,指导读者选择合适的积分方案和时间步长,以平衡计算效率和结果准确性。 第十一章 结构动力学实验与模态识别: 理论分析必须与实验验证相结合。本章介绍现场和实验室环境下的模态试验技术(如冲击激励法、环境激励法)。重点讲解如何利用傅里叶变换、频响函数(FRF)和曲线拟合算法,从实测数据中准确识别结构的实验模态参数(频率、阻尼、振型)。 第四部分:专题与前沿应用 为拓宽读者视野,本书的最后部分探讨了动力学在特定前沿领域的应用。 第十二章 冲击与爆炸响应分析: 针对高应变率载荷,如撞击、爆炸,介绍Homer-Conical Wave Propagation Model 和 非线性材料本构模型 在高速冲击下的应用。重点讨论能量吸收机制和结构防护设计。 第十三章 动力可靠性分析: 结合不确定性量化,介绍如何利用Monte Carlo模拟或First-Order Reliability Method (FORM),评估结构在随机疲劳或极端载荷下的失效概率,这对于基础设施的长期服役性能评估至关重要。 结论: 本书《结构动力学基础与应用》 旨在提供一个严谨、系统的动力学工具箱。它通过清晰的数学推导、丰富的工程案例(如大型桥梁、核电站结构、高层建筑的抗震设计实践),确保读者不仅能掌握“如何计算”,更能理解“为何如此计算”。全书内容严格围绕结构物的振动与响应展开,不涉及流体力学、泥沙运动或沿海防护体系的专门讨论。