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河岸帶潛流交換理論 版權信息
- ISBN：9787030663115
- 條形碼：9787030663115 ; 978-7-03-066311-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
河岸帶潛流交換理論 內容簡介
河岸帶是水域系統與陸域系統間的過渡帶，是河流系統的重要屏障，能有效調節河道水量，削減污染，保護水環境，為生物提供良好的棲息、繁殖和避難場所，對維護河流系統健康具有重要作用。河岸帶下邊緣區存在地下水與地表水作用的潛流層區域。河岸帶潛流層是河岸帶與潛流帶的交匯區，是河岸帶邊緣效應和功能重要體現區，由于河岸帶景觀格局的獨特性，其潛流層特性與河床潛流層特性存在較大的差異。本書在界定河岸帶潛流層的概念、結構特征的基礎上，探究河岸蜿蜒性、基質組成及植被覆蓋條件對河岸帶潛流交換的影響機理，明晰河岸帶潛流層動態過程，揭示河岸帶潛流交換機理，系統建立河岸帶潛流交換理論，為河道生態治理和健康維護提供理論依據，也將豐富和發展潛流研究的相關理論。
河岸帶潛流交換理論 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究目的與意義 1
1.2 潛流研究發展史 2
1.2.1 潛流與潛流帶 2
1.2.2 潛流研究的發展階段 3
1.3 現有潛流研究的主要理論 7
1.3.1 潛流及潛流帶的概念模型 7
1.3.2 潛流交換理論與數學模型 8
1.3.3 潛流駐留時間分布理論 8
1.3.4 潛流溶質遷移規律 9
1.4 潛流研究的主要方法 10
1.4.1 野外監測方法 10
1.4.2 數值模擬方法 10
1.4.3 室內試驗方法 11
1.5 未來研究方向 12
1.6 本書內容組織架構 13
參考文獻 13
第2章 河岸帶潛流層結構及基本動態過程 21
2.1 河岸帶的結構與功能 21
2.1.1 河岸帶的概念 21
2.1.2 河岸帶的結構 22
2.1.3 河岸帶的功能 23
2.2 河岸帶潛流層的結構與功能 25
2.2.1 河岸帶潛流層的概念 25
2.2.2 河岸帶潛流層的結構 26
2.2.3 河岸帶潛流層的功能 28
2.3 河岸帶潛流層的基本動態過程 29
2.3.1 水動力動態過程 29
2.3.2 溶質循環與化學動態過程 31
2.3.3 生態學動態過程 32
2.3.4 主要影響因素 32
參考文獻 35
第3章 河岸帶潛流層基本水動力學機制 39
3.1 流體運動的描述方法與基本方程 39
3.1.1 運動場的描述方法 39
3.1.2 流體運動的基本方程 41
3.1.3 小擾動理論的基本原理與方程 48
3.2 運動方程的數值求解方法 49
3.2.1 求解原理與步驟 49
3.2.2 常用的數值模擬軟件 52
3.3 河岸帶潛流交換基本水動力機制 53
3.3.1 潛流交換的基本方程 53
3.3.2 地表水水頭梯度對潛流交換的作用機制 54
3.3.3 沖淤特征對潛流交換的作用機制 56
3.3.4 紊流擴散對潛流交換的作用機制 57
3.4 潛流交換的基本描述模型 58
3.4.1 潛流交換通量模型 58
3.4.2 潛流駐留時間描述模型 60
3.4.3 潛流交換寬度與深度模型 61
參考文獻 62
第4章 近岸區水壓力場分布與影響機制 65
4.1 基于小擾動理論的蜿蜒河岸坡面水壓力方程推導 65
4.1.1 明渠水流運動基本方程的簡化 65
4.1.2 蜿蜒河岸帶的擾動特性 66
4.1.3 基于小擾動理論的河岸坡面水壓力方程 67
4.2 蜿蜒河岸帶坡面水壓力方程的解析解 69
4.2.1 量綱分析 69
4.2.2 邊界條件 70
4.2.3 坡面水壓力問題描述與求解 71
4.2.4 解析解的試驗驗證 75
4.3 蜿蜒河岸帶坡面水壓力分布規律 79
4.3.1 不同水深分層擾動壓力分布特性 79
4.3.2 弗勞德數對擾動壓力分布的影響 80
4.3.3 河岸蜿蜒程度對擾動壓力分布的影響 81
4.3.4 壓力分布影響因素的敏感性分析 81
4.3.5 壓力系數公式的適用性與簡化 82
4.4 近岸區壓力場的三維數學模型及求解方法 83
4.4.1 控制方程及離散方法與收斂準則 83
4.4.2 模擬工況 83
4.4.3 計算區域、自由水面的處理與網格模型 84
4.4.4 近壁區處理與邊界條件 85
4.4.5 模型驗證與自由液面處理方法比選 86
4.5 河岸帶特征對近岸壓力場分布的影響機制 91
4.5.1 河岸帶邊坡系數對近岸壓力場分布的影響 91
4.5.2 河岸帶彎曲度對近岸壓力場分布的影響 93
4.5.3 河岸形態對近岸壓力場的擾動范圍 94
參考文獻 96
第5章 均質河岸帶潛流交換機理 98
5.1 均質河岸帶潛流交換試驗設計 98
5.1.1 雙循環河岸帶試驗模型設計 98
5.1.2 河岸帶基質組成與形態塑造方法 100
5.1.3 試驗工況與特征參數 101
5.1.4 試驗步驟與方法 103
5.2 河岸帶潛流交換基本特性 104
5.2.1 順直型河岸帶潛流交換特性 104
5.2.2 蜿蜒型河岸帶潛流交換特性 105
5.2.3 蜿蜒特征引起的河岸帶泵吸效應機理 106
5.3 均質河岸帶潛流交換的三維耦合計算模型 107
5.3.1 近岸區地表水流場數值計算模型與邊界條件 107
5.3.2 河岸帶地下水流場計算模型 109
5.3.3 示蹤劑運移模型 109
5.3.4 計算區域的網格模型與模擬工況 111
5.3.5 模型求解與驗證 112
5.4 河岸帶潛流交換范圍的識別及表征參數 115
5.4.1 潛流交換路徑的基本特征 115
5.4.2 交換區臨界面的識別方法 115
5.4.3 交換范圍的表征參數 117
5.5 潛流交換范圍的主要影響因素及其作用機理 119
5.5.1 河岸帶蜿蜒形態對交換范圍特征參數的影響 119
5.5.2 地表水流速對交換范圍特征參數的影響 119
5.5.3 河岸帶形態雷諾數對交換范圍特征參數的影響 120
5.5.4 地下水水面縱比降對交換范圍特征參數的影響 121
5.5.5 交換范圍特征參數間的相互關系 123
參考文獻 124
第6章 非均質河岸帶潛流交換機理 125
6.1 基質組成取樣與測定方法 125
6.1.1 研究區概況 125
6.1.2 取樣點布置與取樣方法 126
6.1.3 樣品測定方法 126
6.1.4 數據處理方法 127
6.2 河岸帶非均質性特征與空間分布格局 131
6.2.1 土壤顆粒組成總體特征 131
6.2.2 土壤水文物理性質 133
6.2.3 不同河段土壤顆粒組成與分布特征 134
6.2.4 不同灘位土壤顆粒組成與分布特征 135
6.2.5 卵礫石物理性質與空間分布格局 136
6.3 非均質河岸帶潛流交換試驗設計 138
6.3.1 試驗裝置 138
6.3.2 試驗基質組成與示蹤劑的選擇 139
6.3.3 試驗工況與試驗方法 140
6.4 河岸帶基質組成對潛流交換量的影響 140
6.4.1 流速與基質組成對潛流交換量的復合影響 140
6.4.2 河岸形態與基質組成對潛流交換量的復合影響 141
6.5 河岸帶基質組成對潛流入滲量的影響 142
6.5.1 潛流入滲量在河岸帶縱向上的變化 142
6.5.2 河岸形態與基質組成對潛流入滲量的復合影響 143
6.5.3 流速與基質組成對潛流入滲量的復合影響 144
6.5.4 多因素作用下潛流入滲量的計算方法 145
6.6 河岸帶基質組成對潛流交換寬度的影響 146
6.6.1 流速與基質組成對潛流交換寬度的復合影響 146
6.6.2 河岸形態與基質組成對潛流交換寬度的復合影響 148
參考文獻 148
第7章 有植被河岸帶潛流交換機理 150
7.1 試驗設計與數值模擬方法 150
7.1.1 試驗模型 150
7.1.2 試驗材料與工況組合 151
7.1.3 測量指標與試驗方法 152
7.1.4 數值模擬三維模型及工況組合 152
7.1.5 邊界條件與方程求解 155
7.2 植被密度與河岸帶蜿蜒性對交界面壓力場的影響 155
7.2.1 植被密度對交界面壓力場的影響 155
7.2.2 河岸帶蜿蜒性對交界面壓力場的影響 159
7.2.3 植被密度與蜿蜒性對交界面壓力場的復合影響 160
7.2.4 流量對交界面壓力場的影響 163
7.3 植被密度與蜿蜒性對潛流交換通量的影響 164
7.3.1 順直河岸帶植被密度對潛流交換通量的影響 164
7.3.2 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流交換通量的影響 165
7.3.3 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流入滲量的影響 166
7.4 植被密度與蜿蜒性對潛流交換寬度的復合效應 167
7.4.1 順直河岸帶植被密度對潛流交換寬度的影響 167
7.4.2 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流交換寬度的影響 167
7.5 植被密度與河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的復合效應 169
7.5.1 植被密度對潛流駐留時間的影響 169
7.5.2 河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的影響 169
7.5.3 植被密度與河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的復合影響 170
7.6 潛流交換的*優評判量與敏感因子 171
7.6.1 主要影響因子的量綱分析 171
7.6.2 潛流交換的*優評判量確定 173
7.6.3 潛流駐留時間的敏感因子確定 175
7.6.4 潛流駐留時間追蹤 177
參考文獻 178
第8章 河岸帶潛流層溶質遷移機理 179
8.1 河岸帶潛流層溶質動態過程與環境效應 179
8.1.1 河岸帶潛流層溶質遷移過程 179
8.1.2 河岸帶潛流層溶質轉化過程 180
8.1.3 主要溶質的遷移轉化過程 181
8.1.4 河岸帶潛流層對溶質的環境緩沖效應 182
8.2 溶質遷移過程的模擬與試驗方法 184
8.2.1 溶質駐留時間 184
8.2.2 溶質遷移過程模擬方法 185
8.2.3 監測與試驗方法 190
8.2.4 溶質遷移影響因子量綱分析 191
8.3 非均質性河岸帶潛流層溶質遷移過程 191
8.3.1 地表水流速對潛流層溶質遷移過程的影響 191
8.3.2 河岸形態對潛流層溶質遷移過程的影響 193
8.3.3 基質組成對潛流層溶質遷移過程的影響 194
8.3.4 組合因素對潛流層溶質遷移的復合效應 196
8.4 有植被河岸帶潛流層溶質遷移過程 197
8.4.1 順直河岸帶植被密度對溶質遷移的影響 197
8.4.2 蜿蜒河岸帶植被密度對溶質遷移的影響 198
參考文獻 201
第9章 河岸帶潛流層生態系統與生態修復 205
9.1 生物組成與分布特征 205
9.1.1 生物組成 205
9.1.2 生物多樣性 207
9.1.3 生物分布特征 208
9.2 食物鏈與養分循環 210
9.2.1 食物鏈與食物網的結構特征 210
9.2.2 營養循環與新陳代謝 211
9.3 生態交錯性與生態連通性 213
9.3.1 生態交錯性 213
9.3.2 生態連通性 215
9.4 潛流對生態系統的影響 217
9.4.1 潛流對生物食物來源的影響 217
9.4.2 潛流對生物棲息條件的影響 218
9.4.3 潛流層生物變化對鄰近區域生態的影響 219
9.5 河岸帶潛流層生態修復 220
9.5.1 生態修復的重要性 220
9.5.2 生態修復目標與步驟 221
9.5.3 生態修復措施 223
參考文獻 224
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究目的與意義 1
1.2 潛流研究發展史 2
1.2.1 潛流與潛流帶 2
1.2.2 潛流研究的發展階段 3
1.3 現有潛流研究的主要理論 7
1.3.1 潛流及潛流帶的概念模型 7
1.3.2 潛流交換理論與數學模型 8
1.3.3 潛流駐留時間分布理論 8
1.3.4 潛流溶質遷移規律 9
1.4 潛流研究的主要方法 10
1.4.1 野外監測方法 10
1.4.2 數值模擬方法 10
1.4.3 室內試驗方法 11
1.5 未來研究方向 12
1.6 本書內容組織架構 13
參考文獻 13
第2章 河岸帶潛流層結構及基本動態過程 21
2.1 河岸帶的結構與功能 21
2.1.1 河岸帶的概念 21
2.1.2 河岸帶的結構 22
2.1.3 河岸帶的功能 23
2.2 河岸帶潛流層的結構與功能 25
2.2.1 河岸帶潛流層的概念 25
2.2.2 河岸帶潛流層的結構 26
2.2.3 河岸帶潛流層的功能 28
2.3 河岸帶潛流層的基本動態過程 29
2.3.1 水動力動態過程 29
2.3.2 溶質循環與化學動態過程 31
2.3.3 生態學動態過程 32
2.3.4 主要影響因素 32
參考文獻 35
第3章 河岸帶潛流層基本水動力學機制 39
3.1 流體運動的描述方法與基本方程 39
3.1.1 運動場的描述方法 39
3.1.2 流體運動的基本方程 41
3.1.3 小擾動理論的基本原理與方程 48
3.2 運動方程的數值求解方法 49
3.2.1 求解原理與步驟 49
3.2.2 常用的數值模擬軟件 52
3.3 河岸帶潛流交換基本水動力機制 53
3.3.1 潛流交換的基本方程 53
3.3.2 地表水水頭梯度對潛流交換的作用機制 54
3.3.3 沖淤特征對潛流交換的作用機制 56
3.3.4 紊流擴散對潛流交換的作用機制 57
3.4 潛流交換的基本描述模型 58
3.4.1 潛流交換通量模型 58
3.4.2 潛流駐留時間描述模型 60
3.4.3 潛流交換寬度與深度模型 61
參考文獻 62
第4章 近岸區水壓力場分布與影響機制 65
4.1 基于小擾動理論的蜿蜒河岸坡面水壓力方程推導 65
4.1.1 明渠水流運動基本方程的簡化 65
4.1.2 蜿蜒河岸帶的擾動特性 66
4.1.3 基于小擾動理論的河岸坡面水壓力方程 67
4.2 蜿蜒河岸帶坡面水壓力方程的解析解 69
4.2.1 量綱分析 69
4.2.2 邊界條件 70
4.2.3 坡面水壓力問題描述與求解 71
4.2.4 解析解的試驗驗證 75
4.3 蜿蜒河岸帶坡面水壓力分布規律 79
4.3.1 不同水深分層擾動壓力分布特性 79
4.3.2 弗勞德數對擾動壓力分布的影響 80
4.3.3 河岸蜿蜒程度對擾動壓力分布的影響 81
4.3.4 壓力分布影響因素的敏感性分析 81
4.3.5 壓力系數公式的適用性與簡化 82
4.4 近岸區壓力場的三維數學模型及求解方法 83
4.4.1 控制方程及離散方法與收斂準則 83
4.4.2 模擬工況 83
4.4.3 計算區域、自由水面的處理與網格模型 84
4.4.4 近壁區處理與邊界條件 85
4.4.5 模型驗證與自由液面處理方法比選 86
4.5 河岸帶特征對近岸壓力場分布的影響機制 91
4.5.1 河岸帶邊坡系數對近岸壓力場分布的影響 91
4.5.2 河岸帶彎曲度對近岸壓力場分布的影響 93
4.5.3 河岸形態對近岸壓力場的擾動范圍 94
參考文獻 96
第5章 均質河岸帶潛流交換機理 98
5.1 均質河岸帶潛流交換試驗設計 98
5.1.1 雙循環河岸帶試驗模型設計 98
5.1.2 河岸帶基質組成與形態塑造方法 100
5.1.3 試驗工況與特征參數 101
5.1.4 試驗步驟與方法 103
5.2 河岸帶潛流交換基本特性 104
5.2.1 順直型河岸帶潛流交換特性 104
5.2.2 蜿蜒型河岸帶潛流交換特性 105
5.2.3 蜿蜒特征引起的河岸帶泵吸效應機理 106
5.3 均質河岸帶潛流交換的三維耦合計算模型 107
5.3.1 近岸區地表水流場數值計算模型與邊界條件 107
5.3.2 河岸帶地下水流場計算模型 109
5.3.3 示蹤劑運移模型 109
5.3.4 計算區域的網格模型與模擬工況 111
5.3.5 模型求解與驗證 112
5.4 河岸帶潛流交換范圍的識別及表征參數 115
5.4.1 潛流交換路徑的基本特征 115
5.4.2 交換區臨界面的識別方法 115
5.4.3 交換范圍的表征參數 117
5.5 潛流交換范圍的主要影響因素及其作用機理 119
5.5.1 河岸帶蜿蜒形態對交換范圍特征參數的影響 119
5.5.2 地表水流速對交換范圍特征參數的影響 119
5.5.3 河岸帶形態雷諾數對交換范圍特征參數的影響 120
5.5.4 地下水水面縱比降對交換范圍特征參數的影響 121
5.5.5 交換范圍特征參數間的相互關系 123
參考文獻 124
第6章 非均質河岸帶潛流交換機理 125
6.1 基質組成取樣與測定方法 125
6.1.1 研究區概況 125
6.1.2 取樣點布置與取樣方法 126
6.1.3 樣品測定方法 126
6.1.4 數據處理方法 127
6.2 河岸帶非均質性特征與空間分布格局 131
6.2.1 土壤顆粒組成總體特征 131
6.2.2 土壤水文物理性質 133
6.2.3 不同河段土壤顆粒組成與分布特征 134
6.2.4 不同灘位土壤顆粒組成與分布特征 135
6.2.5 卵礫石物理性質與空間分布格局 136
6.3 非均質河岸帶潛流交換試驗設計 138
6.3.1 試驗裝置 138
6.3.2 試驗基質組成與示蹤劑的選擇 139
6.3.3 試驗工況與試驗方法 140
6.4 河岸帶基質組成對潛流交換量的影響 140
6.4.1 流速與基質組成對潛流交換量的復合影響 140
6.4.2 河岸形態與基質組成對潛流交換量的復合影響 141
6.5 河岸帶基質組成對潛流入滲量的影響 142
6.5.1 潛流入滲量在河岸帶縱向上的變化 142
6.5.2 河岸形態與基質組成對潛流入滲量的復合影響 143
6.5.3 流速與基質組成對潛流入滲量的復合影響 144
6.5.4 多因素作用下潛流入滲量的計算方法 145
6.6 河岸帶基質組成對潛流交換寬度的影響 146
6.6.1 流速與基質組成對潛流交換寬度的復合影響 146
6.6.2 河岸形態與基質組成對潛流交換寬度的復合影響 148
參考文獻 148
第7章 有植被河岸帶潛流交換機理 150
7.1 試驗設計與數值模擬方法 150
7.1.1 試驗模型 150
7.1.2 試驗材料與工況組合 151
7.1.3 測量指標與試驗方法 152
7.1.4 數值模擬三維模型及工況組合 152
7.1.5 邊界條件與方程求解 155
7.2 植被密度與河岸帶蜿蜒性對交界面壓力場的影響 155
7.2.1 植被密度對交界面壓力場的影響 155
7.2.2 河岸帶蜿蜒性對交界面壓力場的影響 159
7.2.3 植被密度與蜿蜒性對交界面壓力場的復合影響 160
7.2.4 流量對交界面壓力場的影響 163
7.3 植被密度與蜿蜒性對潛流交換通量的影響 164
7.3.1 順直河岸帶植被密度對潛流交換通量的影響 164
7.3.2 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流交換通量的影響 165
7.3.3 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流入滲量的影響 166
7.4 植被密度與蜿蜒性對潛流交換寬度的復合效應 167
7.4.1 順直河岸帶植被密度對潛流交換寬度的影響 167
7.4.2 蜿蜒河岸帶植被密度對潛流交換寬度的影響 167
7.5 植被密度與河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的復合效應 169
7.5.1 植被密度對潛流駐留時間的影響 169
7.5.2 河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的影響 169
7.5.3 植被密度與河岸帶蜿蜒性對潛流駐留時間的復合影響 170
7.6 潛流交換的*優評判量與敏感因子 171
7.6.1 主要影響因子的量綱分析 171
7.6.2 潛流交換的*優評判量確定 173
7.6.3 潛流駐留時間的敏感因子確定 175
7.6.4 潛流駐留時間追蹤 177
參考文獻 178
第8章 河岸帶潛流層溶質遷移機理 179
8.1 河岸帶潛流層溶質動態過程與環境效應 179
8.1.1 河岸帶潛流層溶質遷移過程 179
8.1.2 河岸帶潛流層溶質轉化過程 180
8.1.3 主要溶質的遷移轉化過程 181
8.1.4 河岸帶潛流層對溶質的環境緩沖效應 182
8.2 溶質遷移過程的模擬與試驗方法 184
8.2.1 溶質駐留時間 184
8.2.2 溶質遷移過程模擬方法 185
8.2.3 監測與試驗方法 190
8.2.4 溶質遷移影響因子量綱分析 191
8.3 非均質性河岸帶潛流層溶質遷移過程 191
8.3.1 地表水流速對潛流層溶質遷移過程的影響 191
8.3.2 河岸形態對潛流層溶質遷移過程的影響 193
8.3.3 基質組成對潛流層溶質遷移過程的影響 194
8.3.4 組合因素對潛流層溶質遷移的復合效應 196
8.4 有植被河岸帶潛流層溶質遷移過程 197
8.4.1 順直河岸帶植被密度對溶質遷移的影響 197
8.4.2 蜿蜒河岸帶植被密度對溶質遷移的影響 198
參考文獻 201
第9章 河岸帶潛流層生態系統與生態修復 205
9.1 生物組成與分布特征 205
9.1.1 生物組成 205
9.1.2 生物多樣性 207
9.1.3 生物分布特征 208
9.2 食物鏈與養分循環 210
9.2.1 食物鏈與食物網的結構特征 210
9.2.2 營養循環與新陳代謝 211
9.3 生態交錯性與生態連通性 213
9.3.1 生態交錯性 213
9.3.2 生態連通性 215
9.4 潛流對生態系統的影響 217
9.4.1 潛流對生物食物來源的影響 217
9.4.2 潛流對生物棲息條件的影響 218
9.4.3 潛流層生物變化對鄰近區域生態的影響 219
9.5 河岸帶潛流層生態修復 220
9.5.1 生態修復的重要性 220
9.5.2 生態修復目標與步驟 221
9.5.3 生態修復措施 223
參考文獻 224
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