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虞邦义，蔡建平，黄灵敏 等 著

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• 水动力学
• 数学模型
• 淮河
• 河道
• 水文
• 数值模拟
• 水资源
• 环境水力学
• 河流动力学
• 模型应用

店铺： 华语蓝图图书专营店

出版社： 水利水电出版社

ISBN：9787517052562

商品编码：27800671903

包装：平装-胶订

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名：淮河中游河道水动力数学模型及应用

定价：130.00元

作者：虞邦义,蔡建平,黄灵敏 等

出版社：水利水电出版社

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787517052562

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书基于Mike水动力数学模型软件平台，结合淮河中游干支流河道实际，利用翔实的水文、泥沙、地形、河道整治工程和洪水调度实际资料，建立了淮河中游从洪河口至洪泽湖出口段430km长河道一维、二维耦合水动力数学模型和分段二维数学模型，分析了淮河中游洪水特性和中游受涝面积与干流洪水位的关系；基于所建水动力模型，对于不同年型淮河中游洪水优化调度进行了研究，对中游河道治理与行洪区调整效果进行了计算分析；初步确定了淮河中游中等洪水量级；分析了中游河道整治、降低干流洪水位与中游受涝面积的关系等。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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淮河中游河道水动力数学模型及应用 引言 淮河，一条在中国地理和文化版图上举足轻重的河流，承载着数千年的历史文明，滋养着广袤的土地，也塑造着流域人民的生活方式。然而，这条母亲河的命运并非总是平静。历史上，淮河的洪涝和干旱交织，给沿岸地区带来了巨大的挑战。随着社会经济的飞速发展，水资源的需求日益增长，同时，气候变化也带来了新的不确定性，使得对淮河水动力过程的深刻理解和精准预测变得尤为关键。 本书《淮河中游河道水动力数学模型及应用》正是聚焦于这一时代课题，旨在通过科学的数学模型，揭示淮河中游河道复杂的水动力机制，并将其研究成果应用于实际的水资源管理和防洪减灾实践中。我们深入探索河流的内在规律，试图建立起一套能够准确描述和预测河道内水流运动、泥沙输移以及水质演变的模型体系，为淮河的长远发展和可持续利用提供坚实的科学支撑。 第一部分：理论基础与模型构建 1.1 水动力学基础理论回顾 河流水动力学是研究河流中水体运动规律的学科。本部分将系统梳理和回顾水动力学的基本理论，包括流体运动的基本方程——纳维-斯托克斯方程及其在河流环境下的简化形式，如圣维南方程（Shallow Water Equations）。我们将详细阐述这些方程的物理含义，介绍质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理在河流中的体现。同时，也会涉及水流的性质，如层流与紊流的区别，并介绍描述湍流的常用方法，如雷诺平均方法。此外，对边界条件和初始条件的设定在求解水动力方程中的重要性也将被重点强调，为后续模型构建奠定理论基础。 1.2 数值方法在水动力模拟中的应用 现代水动力学研究离不开先进的数值计算方法。本部分将重点介绍在构建河流模型时常用的数值离散技术，包括有限差分法、有限体积法和有限元法。我们将详细分析这些方法的原理、优缺点及其在处理河流复杂几何形状和不同边界条件时的适用性。通过具体算例，展示如何将偏微分方程转化为代数方程组，并通过迭代计算获得数值解。同时，也会讨论网格划分策略、计算精度与效率的权衡，以及稳定性分析的重要性，确保模型的可靠性和有效性。 1.3 淮河中游河道水动力特性分析 淮河中游河段具有其独特的地理和水文特征。本部分将深入分析该区域的河道形态，如河湾、深潭、浅滩、支流汇入点等，这些地形因素对水流速度、水位、流量等水动力要素有着显著影响。我们将结合历史水文资料，分析淮河中游的水文特性，包括洪水期的爆发性、枯水期的持续性，以及不同季节和年份的变异性。同时，还会考虑河道内的水沙耦合关系，即水流对泥沙的输移能力及其对河床形态的反作用。这将有助于我们理解河道演变的内在驱动力，为建立针对性的模型提供依据。 1.4 二维及三维水动力模型的构建 基于前述的理论基础和对淮河中游水动力特性的理解，本部分将详细介绍二维（2D）和三维（3D）水动力模型的构建过程。2D模型能够较好地模拟平面上的水流扩散和能量耗散，适用于大范围区域的水流模拟。我们将重点阐述如何构建2D模型，包括如何处理非均匀水流、如何模拟洪水淹没过程等。而3D模型则能更精细地描述垂向上的水流结构，如层化现象、环流等，对于理解水体混合、污染物扩散等问题至关重要。本部分将介绍3D模型的建立，包括计算网格的垂向分层策略、湍流模型的选择等。在模型构建过程中，我们还将讨论模型求解器的选择、计算时间的优化等实际操作问题。 1.5 模型参数率定与验证 任何数学模型的应用都离不开参数的率定（calibration）和验证（validation）。本部分将聚焦于此关键步骤。我们将介绍如何选取代表性的历史水文数据（如流量、水位观测数据）以及地形地貌数据，作为模型率定的依据。率定过程中，我们将采用系统性的方法，调整模型的关键参数，如糙率、扩散系数等，以使模型模拟结果与实测数据尽可能吻合。随后，我们将介绍模型验证的过程，即使用一套独立于率定数据集的实测数据来检验模型的预测能力。通过对比分析率定和验证阶段的模型性能指标，如均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）等，来评估模型的可靠性和适用性。 第二部分：模型应用与实践 2.1 洪水预报与模拟 洪灾是淮河面临的严峻挑战之一。本部分将详细介绍如何利用构建的水动力模型进行洪水预报和模拟。我们将展示如何将实时的气象降雨数据和上游来水信息输入模型，预测未来一段时间内淮河中游河道的洪水演进过程，包括洪水波的传播速度、峰值流量和水位变化。通过对不同降雨情景的模拟，我们可以评估不同强度和持续时间的洪水对河道及沿岸地区的影响，为防洪调度提供科学依据。例如，可以模拟一次特大洪水事件，分析其在不同河段的水位和流速变化，为疏散和救援提供预警信息。 2.2 水资源管理与优化调度 水资源在区域经济社会发展中扮演着核心角色。本部分将探讨水动力模型在水资源管理中的应用。通过对不同用水情景（如农业灌溉、工业用水、生活用水）的模拟，我们可以评估其对河道水位和流量的影响。在此基础上，可以开发出优化的水库调度策略，以在满足各类用水需求的同时，最大限度地减少对河流生态环境的影响，并确保下游用水安全。例如，可以模拟在枯水期，如何通过水库联合调度，维持一定流量以满足下游的生态需水和生活用水。 2.3 泥沙运动与河床演变模拟 河流不仅输送水流，还携带泥沙。淮河中游的泥沙运动是影响河道形态和航运的关键因素。本部分将介绍如何集成泥沙输移模块到水动力模型中，模拟河道内的泥沙输移过程。通过分析不同水流条件下泥沙的起动、输移和悬移，预测河床的冲刷和淤积情况。这将有助于理解河道淤积的原因，并为清淤、护岸工程的规划和设计提供参考。例如，可以模拟长期高流量过程对河床冲刷的影响，或模拟工程建设（如桥梁、水坝）对下游泥沙堆积的影响。 2.4 水质模拟与污染物扩散预测 随着工业化和城市化的推进，水体污染成为制约河流健康的重要因素。本部分将介绍如何将水质模块集成到水动力模型中，模拟污染物在河流中的扩散和转化过程。通过输入不同来源的污染物排放数据，预测污染物在河道中的浓度分布和迁移路径。这将有助于识别污染源，评估污染影响范围，并为制定水污染防治措施提供科学支持。例如，可以模拟一个工业废水排放口对下游水体带来的影响，预测污染物在不同流速下的扩散范围和衰减速率。 2.5 工程建设与环境影响评估 任何一项水利工程的建设，如堤防加固、水库修建、河道疏浚等，都会对河流的水动力环境产生影响。本部分将展示如何利用构建的水动力模型，对工程建设前后的水动力条件进行对比分析，评估其潜在的环境影响。例如，可以模拟新建一座水库对下游河道径流过程和泥沙运移的影响，评估河岸侵蚀和洪泛风险的变化。通过“情景分析”的方式，可以在工程建设前预判可能出现的问题，并提前采取应对措施，以实现工程效益和社会效益的最大化。 结论与展望 《淮河中游河道水动力数学模型及应用》一书，通过严谨的理论推导、精密的数值计算和扎实的工程应用，构建了一套适用于淮河中游河道的综合性水动力模型体系。本书的研究成果不仅为深入理解淮河中游的水动力过程提供了新的视角，更为实际的水资源管理、防洪减灾、泥沙治理以及水环境保护提供了强有力的科学工具。 未来，随着观测技术的进步和计算能力的提升，水动力模型的研究将朝着更精细化、集成化和智能化方向发展。例如，耦合更为复杂的物理过程，如地下水与地表水的相互作用；纳入更精细的社会经济因子，以实现更全面的水环境模拟；以及利用大数据和人工智能技术，进一步提高模型的预测精度和应用效率。我们期望本书能为推动淮河水治理和生态文明建设贡献一份力量，也为其他河流的水动力模型研究提供有益的借鉴。

评分☆☆☆☆☆

《淮河中游河道水动力数学模型及应用》这本书，从我的角度来看，最吸引人的地方在于它提供了一种解决实际问题的全新视角。我是一名在淮河流域生活了多年的居民，从小就听过关于淮河水患的故事，也亲眼见过旱季河水枯竭的景象，深知这条河流的脾性是多么多变。这本书的出版，仿佛为我们这些普通人提供了一个“窥探”淮河内心世界的方法。它不仅仅是讲模型，更是通过模型来“理解”淮河。书中对于模型在不同场景下的应用，比如洪水预测、排涝调度、甚至是对河道冲淤变化的分析，都做了详细的阐述。这些应用场景都与我们淮河流域的实际情况息息相关，让我看到了科学研究如何能够直接服务于民生。特别是关于模型如何模拟不同水文情景下的河道响应，我对此非常感兴趣。比如，当上游来水量突然增大时，模型能否准确预测下游的洪水演进？当我们在河道中进行某个工程建设时，模型又如何评估其对水动力环境的影响？书中给出的案例分析，虽然专业性较强，但作者的讲解让我能够捕捉到其中的逻辑脉络，感受到数学工具在预测和决策中的强大力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对地理和环境科学充满好奇的业余爱好者，一直以来都对淮河这条河流充满敬畏。它的历史、它的变迁、它对两岸人民生活的影响，都让我着迷。《淮河中游河道水动力数学模型及应用》这本书，在某种程度上填补了我对淮河认识上的一个重要空白。它不像历史书籍那样讲述故事，也不像地理科普那样描绘风景，而是提供了一个全新的角度——科学的视角。作者通过构建数学模型，将抽象的水流运动具象化，让我们能够“看到”隐藏在河水之下的规律。书中关于模型验证方法的介绍，以及如何根据实际数据来不断优化模型，让我明白了科学研究的迭代性和不断进步的过程。此外，书中对模型在水动力学上的各种应用，比如模拟不同水情下的流速、水位变化，对河道形态演变的影响分析等等，都让我对淮河的理解更加立体和深入。这本书让我觉得，即便是最复杂、最宏大的自然系统，也可以通过科学的工具被理解和掌握。

评分☆☆☆☆☆

这本《淮河中游河道水动力数学模型及应用》的书，真是让人眼前一亮！作为一名对水利工程和河流治理略有了解的普通读者，我一直觉得像淮河这样的复杂水系，其运行规律实在是难以捉摸。读了这本书，感觉像是给我打开了一扇通往“数字治河”的窗户。作者没有一开始就堆砌那些艰深的公式，而是循序渐进地介绍了建立数学模型所需的各种基本概念，比如水流的连续性、动量守恒等等，用通俗易懂的语言把这些物理原理讲清楚了，让我这个非专业人士也能大致理解模型是如何“思考”水流的。特别是关于模型参数的选取和校准部分，讲得非常细致，列举了一些实际案例，让我明白一个好的模型不是凭空捏造，而是需要大量实测数据来“喂养”和“调教”的。书中对模型稳定性和精度验证的论述也相当到位，这让我对模型的结果更有信心，觉得它不仅仅是学术上的探讨，而是有实际应用价值的。总的来说，这本书在理论性和实践性之间找到了一个很好的平衡点，让我对如何运用现代科技手段来认识和管理大江大河有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初次拿到《淮河中游河道水动力数学模型及应用》这本书时，我担心它会过于晦涩难懂，因为“数学模型”这几个字听起来就很有距离感。但当我翻开目录，看到章节的划分和内容梗概时，我的疑虑就减轻了不少。作者的写作风格非常严谨，但又不失条理。他从河道水动力学的基本原理出发，逐步构建起模型，并针对淮河中游的具体河段进行细化和应用。其中，对于模型中各种边界条件的设定、糙率系数的选取、以及如何处理河道的非均一性等细节的描述，都体现了作者在实践中的深厚功底。我尤其欣赏书中关于模型精度评估的部分，它不仅仅是简单地说模型“准确”，而是通过一系列统计指标和可视化图表，来量化模型的表现，让人一目了然。这种科学严谨的态度，对于任何一项需要依靠数据和模型进行决策的领域来说，都是至关重要的。这本书不仅为水利领域的专业人士提供了宝贵的参考，也为那些希望了解复杂水系如何被科学分析和管理的读者，提供了一个深入学习的平台。

评分☆☆☆☆☆

《淮河中游河道水动力数学模型及应用》这本书，给我带来的最深刻的感受是“精细”和“前瞻”。在现代社会，我们越来越依赖于数据驱动的决策，而河流治理这样复杂的系统工程，更是离不开精确的数学模型。这本书就恰恰展现了这种“精细”的科学态度。作者在描述模型构建的每一个环节，都力求做到详尽和严谨，从基础的水力学原理到具体的模型求解算法，再到针对淮河中游河道的参数化，每一个步骤都经过了精心的设计和论证。更让我觉得“前瞻”的是，书中对于模型应用的探讨，不仅仅局限于当前的洪水预报和水资源管理，还涉及到了气候变化背景下的水动力响应预测，以及长远的水环境演变趋势的分析。这让我意识到，构建一个优秀的数学模型，不仅仅是为了解决眼下的问题，更是为了能够预见未来，为可持续的河流管理提供科学依据。这种长远的视角，在当前环境保护日益受到重视的背景下，显得尤为可贵。