淮河中遊河道水動力數學模型及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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虞邦義，蔡建平，黃靈敏 等 著

圖書標籤:

• 水動力學
• 數學模型
• 淮河
• 河道
• 水文
• 數值模擬
• 水資源
• 環境水力學
• 河流動力學
• 模型應用

店鋪： 華語藍圖圖書專營店

齣版社： 水利水電齣版社

ISBN：9787517052562

商品編碼：27800671903

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-03-01

基本信息

書名：淮河中遊河道水動力數學模型及應用

定價：130.00元

作者：虞邦義,蔡建平,黃靈敏 等

齣版社：水利水電齣版社

齣版日期：2017-03-01

ISBN：9787517052562

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書基於Mike水動力數學模型軟件平颱，結閤淮河中遊乾支流河道實際，利用翔實的水文、泥沙、地形、河道整治工程和洪水調度實際資料，建立瞭淮河中遊從洪河口至洪澤湖齣口段430km長河道一維、二維耦閤水動力數學模型和分段二維數學模型，分析瞭淮河中遊洪水特性和中遊受澇麵積與乾流洪水位的關係；基於所建水動力模型，對於不同年型淮河中遊洪水優化調度進行瞭研究，對中遊河道治理與行洪區調整效果進行瞭計算分析；初步確定瞭淮河中遊中等洪水量級；分析瞭中遊河道整治、降低乾流洪水位與中遊受澇麵積的關係等。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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淮河中遊河道水動力數學模型及應用 引言 淮河，一條在中國地理和文化版圖上舉足輕重的河流，承載著數韆年的曆史文明，滋養著廣袤的土地，也塑造著流域人民的生活方式。然而，這條母親河的命運並非總是平靜。曆史上，淮河的洪澇和乾旱交織，給沿岸地區帶來瞭巨大的挑戰。隨著社會經濟的飛速發展，水資源的需求日益增長，同時，氣候變化也帶來瞭新的不確定性，使得對淮河水動力過程的深刻理解和精準預測變得尤為關鍵。 本書《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》正是聚焦於這一時代課題，旨在通過科學的數學模型，揭示淮河中遊河道復雜的水動力機製，並將其研究成果應用於實際的水資源管理和防洪減災實踐中。我們深入探索河流的內在規律，試圖建立起一套能夠準確描述和預測河道內水流運動、泥沙輸移以及水質演變的模型體係，為淮河的長遠發展和可持續利用提供堅實的科學支撐。 第一部分：理論基礎與模型構建 1.1 水動力學基礎理論迴顧 河流水動力學是研究河流中水體運動規律的學科。本部分將係統梳理和迴顧水動力學的基本理論，包括流體運動的基本方程——納維-斯托剋斯方程及其在河流環境下的簡化形式，如聖維南方程（Shallow Water Equations）。我們將詳細闡述這些方程的物理含義，介紹質量守恒、動量守恒和能量守恒等基本原理在河流中的體現。同時，也會涉及水流的性質，如層流與紊流的區彆，並介紹描述湍流的常用方法，如雷諾平均方法。此外，對邊界條件和初始條件的設定在求解水動力方程中的重要性也將被重點強調，為後續模型構建奠定理論基礎。 1.2 數值方法在水動力模擬中的應用 現代水動力學研究離不開先進的數值計算方法。本部分將重點介紹在構建河流模型時常用的數值離散技術，包括有限差分法、有限體積法和有限元法。我們將詳細分析這些方法的原理、優缺點及其在處理河流復雜幾何形狀和不同邊界條件時的適用性。通過具體算例，展示如何將偏微分方程轉化為代數方程組，並通過迭代計算獲得數值解。同時，也會討論網格劃分策略、計算精度與效率的權衡，以及穩定性分析的重要性，確保模型的可靠性和有效性。 1.3 淮河中遊河道水動力特性分析 淮河中遊河段具有其獨特的地理和水文特徵。本部分將深入分析該區域的河道形態，如河灣、深潭、淺灘、支流匯入點等，這些地形因素對水流速度、水位、流量等水動力要素有著顯著影響。我們將結閤曆史水文資料，分析淮河中遊的水文特性，包括洪水期的爆發性、枯水期的持續性，以及不同季節和年份的變異性。同時，還會考慮河道內的水沙耦閤關係，即水流對泥沙的輸移能力及其對河床形態的反作用。這將有助於我們理解河道演變的內在驅動力，為建立針對性的模型提供依據。 1.4 二維及三維水動力模型的構建 基於前述的理論基礎和對淮河中遊水動力特性的理解，本部分將詳細介紹二維（2D）和三維（3D）水動力模型的構建過程。2D模型能夠較好地模擬平麵上的水流擴散和能量耗散，適用於大範圍區域的水流模擬。我們將重點闡述如何構建2D模型，包括如何處理非均勻水流、如何模擬洪水淹沒過程等。而3D模型則能更精細地描述垂嚮上的水流結構，如層化現象、環流等，對於理解水體混閤、汙染物擴散等問題至關重要。本部分將介紹3D模型的建立，包括計算網格的垂嚮分層策略、湍流模型的選擇等。在模型構建過程中，我們還將討論模型求解器的選擇、計算時間的優化等實際操作問題。 1.5 模型參數率定與驗證 任何數學模型的應用都離不開參數的率定（calibration）和驗證（validation）。本部分將聚焦於此關鍵步驟。我們將介紹如何選取代錶性的曆史水文數據（如流量、水位觀測數據）以及地形地貌數據，作為模型率定的依據。率定過程中，我們將采用係統性的方法，調整模型的關鍵參數，如糙率、擴散係數等，以使模型模擬結果與實測數據盡可能吻閤。隨後，我們將介紹模型驗證的過程，即使用一套獨立於率定數據集的實測數據來檢驗模型的預測能力。通過對比分析率定和驗證階段的模型性能指標，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）等，來評估模型的可靠性和適用性。 第二部分：模型應用與實踐 2.1 洪水預報與模擬 洪災是淮河麵臨的嚴峻挑戰之一。本部分將詳細介紹如何利用構建的水動力模型進行洪水預報和模擬。我們將展示如何將實時的氣象降雨數據和上遊來水信息輸入模型，預測未來一段時間內淮河中遊河道的洪水演進過程，包括洪水波的傳播速度、峰值流量和水位變化。通過對不同降雨情景的模擬，我們可以評估不同強度和持續時間的洪水對河道及沿岸地區的影響，為防洪調度提供科學依據。例如，可以模擬一次特大洪水事件，分析其在不同河段的水位和流速變化，為疏散和救援提供預警信息。 2.2 水資源管理與優化調度 水資源在區域經濟社會發展中扮演著核心角色。本部分將探討水動力模型在水資源管理中的應用。通過對不同用水情景（如農業灌溉、工業用水、生活用水）的模擬，我們可以評估其對河道水位和流量的影響。在此基礎上，可以開發齣優化的水庫調度策略，以在滿足各類用水需求的同時，最大限度地減少對河流生態環境的影響，並確保下遊用水安全。例如，可以模擬在枯水期，如何通過水庫聯閤調度，維持一定流量以滿足下遊的生態需水和生活用水。 2.3 泥沙運動與河床演變模擬 河流不僅輸送水流，還攜帶泥沙。淮河中遊的泥沙運動是影響河道形態和航運的關鍵因素。本部分將介紹如何集成泥沙輸移模塊到水動力模型中，模擬河道內的泥沙輸移過程。通過分析不同水流條件下泥沙的起動、輸移和懸移，預測河床的衝刷和淤積情況。這將有助於理解河道淤積的原因，並為清淤、護岸工程的規劃和設計提供參考。例如，可以模擬長期高流量過程對河床衝刷的影響，或模擬工程建設（如橋梁、水壩）對下遊泥沙堆積的影響。 2.4 水質模擬與汙染物擴散預測 隨著工業化和城市化的推進，水體汙染成為製約河流健康的重要因素。本部分將介紹如何將水質模塊集成到水動力模型中，模擬汙染物在河流中的擴散和轉化過程。通過輸入不同來源的汙染物排放數據，預測汙染物在河道中的濃度分布和遷移路徑。這將有助於識彆汙染源，評估汙染影響範圍，並為製定水汙染防治措施提供科學支持。例如，可以模擬一個工業廢水排放口對下遊水體帶來的影響，預測汙染物在不同流速下的擴散範圍和衰減速率。 2.5 工程建設與環境影響評估 任何一項水利工程的建設，如堤防加固、水庫修建、河道疏浚等，都會對河流的水動力環境産生影響。本部分將展示如何利用構建的水動力模型，對工程建設前後的水動力條件進行對比分析，評估其潛在的環境影響。例如，可以模擬新建一座水庫對下遊河道徑流過程和泥沙運移的影響，評估河岸侵蝕和洪泛風險的變化。通過“情景分析”的方式，可以在工程建設前預判可能齣現的問題，並提前采取應對措施，以實現工程效益和社會效益的最大化。 結論與展望 《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》一書，通過嚴謹的理論推導、精密的數值計算和紮實的工程應用，構建瞭一套適用於淮河中遊河道的綜閤性水動力模型體係。本書的研究成果不僅為深入理解淮河中遊的水動力過程提供瞭新的視角，更為實際的水資源管理、防洪減災、泥沙治理以及水環境保護提供瞭強有力的科學工具。 未來，隨著觀測技術的進步和計算能力的提升，水動力模型的研究將朝著更精細化、集成化和智能化方嚮發展。例如，耦閤更為復雜的物理過程，如地下水與地錶水的相互作用；納入更精細的社會經濟因子，以實現更全麵的水環境模擬；以及利用大數據和人工智能技術，進一步提高模型的預測精度和應用效率。我們期望本書能為推動淮河水治理和生態文明建設貢獻一份力量，也為其他河流的水動力模型研究提供有益的藉鑒。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對地理和環境科學充滿好奇的業餘愛好者，一直以來都對淮河這條河流充滿敬畏。它的曆史、它的變遷、它對兩岸人民生活的影響，都讓我著迷。《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》這本書，在某種程度上填補瞭我對淮河認識上的一個重要空白。它不像曆史書籍那樣講述故事，也不像地理科普那樣描繪風景，而是提供瞭一個全新的角度——科學的視角。作者通過構建數學模型，將抽象的水流運動具象化，讓我們能夠“看到”隱藏在河水之下的規律。書中關於模型驗證方法的介紹，以及如何根據實際數據來不斷優化模型，讓我明白瞭科學研究的迭代性和不斷進步的過程。此外，書中對模型在水動力學上的各種應用，比如模擬不同水情下的流速、水位變化，對河道形態演變的影響分析等等，都讓我對淮河的理解更加立體和深入。這本書讓我覺得，即便是最復雜、最宏大的自然係統，也可以通過科學的工具被理解和掌握。

評分☆☆☆☆☆

《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》這本書，給我帶來的最深刻的感受是“精細”和“前瞻”。在現代社會，我們越來越依賴於數據驅動的決策，而河流治理這樣復雜的係統工程，更是離不開精確的數學模型。這本書就恰恰展現瞭這種“精細”的科學態度。作者在描述模型構建的每一個環節，都力求做到詳盡和嚴謹，從基礎的水力學原理到具體的模型求解算法，再到針對淮河中遊河道的參數化，每一個步驟都經過瞭精心的設計和論證。更讓我覺得“前瞻”的是，書中對於模型應用的探討，不僅僅局限於當前的洪水預報和水資源管理，還涉及到瞭氣候變化背景下的水動力響應預測，以及長遠的水環境演變趨勢的分析。這讓我意識到，構建一個優秀的數學模型，不僅僅是為瞭解決眼下的問題，更是為瞭能夠預見未來，為可持續的河流管理提供科學依據。這種長遠的視角，在當前環境保護日益受到重視的背景下，顯得尤為可貴。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，初次拿到《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》這本書時，我擔心它會過於晦澀難懂，因為“數學模型”這幾個字聽起來就很有距離感。但當我翻開目錄，看到章節的劃分和內容梗概時，我的疑慮就減輕瞭不少。作者的寫作風格非常嚴謹，但又不失條理。他從河道水動力學的基本原理齣發，逐步構建起模型，並針對淮河中遊的具體河段進行細化和應用。其中，對於模型中各種邊界條件的設定、糙率係數的選取、以及如何處理河道的非均一性等細節的描述，都體現瞭作者在實踐中的深厚功底。我尤其欣賞書中關於模型精度評估的部分，它不僅僅是簡單地說模型“準確”，而是通過一係列統計指標和可視化圖錶，來量化模型的錶現，讓人一目瞭然。這種科學嚴謹的態度，對於任何一項需要依靠數據和模型進行決策的領域來說，都是至關重要的。這本書不僅為水利領域的專業人士提供瞭寶貴的參考，也為那些希望瞭解復雜水係如何被科學分析和管理的讀者，提供瞭一個深入學習的平颱。

評分☆☆☆☆☆

這本《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》的書，真是讓人眼前一亮！作為一名對水利工程和河流治理略有瞭解的普通讀者，我一直覺得像淮河這樣的復雜水係，其運行規律實在是難以捉摸。讀瞭這本書，感覺像是給我打開瞭一扇通往“數字治河”的窗戶。作者沒有一開始就堆砌那些艱深的公式，而是循序漸進地介紹瞭建立數學模型所需的各種基本概念，比如水流的連續性、動量守恒等等，用通俗易懂的語言把這些物理原理講清楚瞭，讓我這個非專業人士也能大緻理解模型是如何“思考”水流的。特彆是關於模型參數的選取和校準部分，講得非常細緻，列舉瞭一些實際案例，讓我明白一個好的模型不是憑空捏造，而是需要大量實測數據來“喂養”和“調教”的。書中對模型穩定性和精度驗證的論述也相當到位，這讓我對模型的結果更有信心，覺得它不僅僅是學術上的探討，而是有實際應用價值的。總的來說，這本書在理論性和實踐性之間找到瞭一個很好的平衡點，讓我對如何運用現代科技手段來認識和管理大江大河有瞭全新的認識。

評分☆☆☆☆☆

《淮河中遊河道水動力數學模型及應用》這本書，從我的角度來看，最吸引人的地方在於它提供瞭一種解決實際問題的全新視角。我是一名在淮河流域生活瞭多年的居民，從小就聽過關於淮河水患的故事，也親眼見過旱季河水枯竭的景象，深知這條河流的脾性是多麼多變。這本書的齣版，仿佛為我們這些普通人提供瞭一個“窺探”淮河內心世界的方法。它不僅僅是講模型，更是通過模型來“理解”淮河。書中對於模型在不同場景下的應用，比如洪水預測、排澇調度、甚至是對河道衝淤變化的分析，都做瞭詳細的闡述。這些應用場景都與我們淮河流域的實際情況息息相關，讓我看到瞭科學研究如何能夠直接服務於民生。特彆是關於模型如何模擬不同水文情景下的河道響應，我對此非常感興趣。比如，當上遊來水量突然增大時，模型能否準確預測下遊的洪水演進？當我們在河道中進行某個工程建設時，模型又如何評估其對水動力環境的影響？書中給齣的案例分析，雖然專業性較強，但作者的講解讓我能夠捕捉到其中的邏輯脈絡，感受到數學工具在預測和決策中的強大力量。