前言 1
第1章 挟沙水流基本特性 1
1.1 Einstein推移质公式的修正 1
1.1.1 引言 1
1.1.2 推移质公式的推导 1
1.1.3 卵石河床输沙率公式 4
1.1.4 公式验证 5
1.2 推移质颗粒三维运动规律 9
1.2.1 引言 9
1.2.2 PTV技术 11
1.2.3 推移质颗粒三维运动的平均特性 14
1.2.4 推移质颗粒三维运动的紊动特性 18
1.2.5 推移质颗粒单步运动的统计规律 23
1.3 悬移质颗粒的三维运动规律 27
1.3.1 引言 27
1.3.2 颗粒三维运动的时均特性 28
1.3.3 颗粒三维运动的紊动特性 35
参考文献 43
2.1 大河流的水流输沙能力 46
2.1.1 引言 46
第2章 水流输沙能力 46
2.1.2 数据来源 47
2.1.3 大水深与小水深水流的泥沙输移 48
2.1.4 输沙能力研究的能量观点 49
2.1.5 大河流的输沙能力公式 51
2.1.6 与其他公式的比较 53
2.2 床沙非均匀性对输沙能力的影响 57
2.2.1 问题的提出 57
2.2.2 床沙粒径的对数正态分布 59
2.2.3 床沙非均匀性的影响 61
2.2.4 特征粒径 63
2.2.5 修正因子的检验 64
2.3 黄河的输沙能力计算 69
2.3.1 现有适用于黄河的公式概述 70
2.3.2 水流输沙能力公式的修正方法 71
2.3.3 验证分析及推荐公式 73
2.4 非均匀沙的分组输沙能力计算 74
2.4.1 引言 74
2.4.2 分组输沙能力理论 75
2.4.3 分组输沙能力计算方法 78
2.5.2 高含沙对水流输沙能力的影响 86
2.5.1 不平衡输沙条件下的水流输沙能力 86
2.5 水流输沙能力研究的发展 86
2.5.3 非均匀沙分组输沙能力 87
2.5.4 单宽水流输沙能力与点水流输沙能力 88
2.5.5 其他一些相关问题 89
参考文献 89
第3章 高含沙水流动力学 95
3.1 高含沙水流运动概述 95
3.1.1 高含沙水流的运动形式 95
3.1.2 泥沙运动机理的统一性 96
3.2.1 引言 98
3.2 基于Boltzmann方程的快速颗粒流模型 98
3.2.2 颗粒流的基本方程 99
3.2.3 颗粒流的本构关系 100
3.2.4 简单剪切流 102
3.2.5 颗粒流模型的验证 105
3.2.6 颗粒流模型的应用 106
3.3 基于Boltzmann方程的颗粒流模型的适用条件 109
3.3.1 基于Chapman-Enskog法的颗粒相本构关系分析 109
3.3.2 基于Grad-13矩法的颗粒相本构分析 114
3.3.3 快速颗粒流本构关系的适用条件估计 116
3.4 基于颗粒运动Lagrange方程的PDF模型 117
3.4.1 基于颗粒运动Lagrange方程的动理学方程 118
3.4.2 动理学方程的Chapman-Enskog二阶近似解 123
3.4.3 颗粒相的本构关系 124
3.4.4 极限条件下的颗粒相模型 127
3.4.5 简单剪切流下的模型验证 129
3.4.6 明渠水流中的模型应用 136
参考文献 140
第4章 泥沙实体模型试验 144
4.1 三峡枢纽地下电厂运行条件下的坝区淤积形态 144
4.1.1 三峡工程坝区泥沙模型的选沙及比尺设计 144
4.1.2 永久船闸引航道有、无隔流堤方案的试验 147
4.1.3 三峡工程通航建筑物总体布置（小包、大包）方案试验 151
4.1.4 三峡工程通航建筑物总体布置（全包）方案试验 153
4.2 三峡枢纽地下电厂运行条件下的坝区淤积形态 156
4.2.1 坝前淤积形态发展过程 157
4.2.2 坝前流态与地下电厂引水流量问题 158
4.2.3 上游引航道非恒定冲沙过程 160
4.2.4 考虑非恒定流过程后对模型冲沙时间的修正 161
4.3 2007年三峡蓄水位论证：重庆主城区河段河道实体模型试验 163
4.3.1 模型比尺 164
4.3.2 20世纪90年代水文系列试验的主要成果 165
4.3.3 20世纪60年代水文系列试验的主要成果 168
4.3.4 坝前水位优化调度方案探索性试验成果 170
参考文献 172
第5章 水流泥沙数学模型研究 173
5.1 泥沙数学模型理论研究 173
5.1.1 不平衡输沙方程 173
5.1.2 三维泥沙运动的河床边界条件 174
5.1.3 简单或平面二维情况的泥沙运动的恢复饱和系数 177
5.1.4 天然河道一维的恢复饱和系数 178
5.1.5 天然河道一维数学模型计算冲淤的断面修正 180
5.1.6 理论成果的检验与验证 181
5.1.7 挟沙能力计算方法 187
5.2 一维不恒定水流及泥沙数学模型 191
5.2.1 数学模型基本框架 191
5.2.2 模型检验与验证 194
5.3 一维数学模型在三峡工程中的应用 200
5.3.1 三峡水库设计运行方案的泥沙淤积计算 201
5.3.2 三峡水库动防洪库容 204
5.3.3 三峡水库防洪调节计算 206
5.3.4 三峡水库拦洪对库区影响及问题 208
5.3.5 枝城补偿调度对城陵矶以下防洪影响和改进研究 211
5.3.6 三峡水库减淤增容优化调度研究 214
5.4 平面二维不恒定水流泥沙模型 230
5.4.1 平面二维不恒定水流、泥沙数学模型框架 230
5.4.2 数学计算方法和特殊问题处理 232
5.4.3 二维水流泥沙模型验证 233
5.4.4 二维水流泥沙模型在三峡工程的应用 239
5.4.5 二维水流泥沙模型在河道演变研究中的初步应用 247
5.5 三维水流泥沙数学模型及其初步应用 252
5.5.1 三维水流、泥沙数学模型基本方程 252
5.5.3 方程离散和求解 256
5.5.2 边界条件 256
5.5.4 坐标系统和计算网格 258
5.5.5 模型验证 259
5.5.6 三维水流泥沙模型的初步应用 264
5.6 存在问题讨论 268
5.6.1 关于挟沙能力公式的应用 269
5.6.2 数学模型在三峡应用中存在的一些问题 270
参考文献 275
6.1.1 研究范围 279
6.1.2 模型现状 279
6.1 研究现状 279
第6章 流域泥沙过程模拟 279
6.2 流域泥沙过程机理 280
6.2.1 黄土高原区产沙机理 280
6.2.2 模型系统框架 285
6.3 坡面产沙模型 288
6.3.1 坡面产沙模型的概化 288
6.3.2 坡面产沙计算公式 289
6.3.3 参数m的确定 291
6.3.4 坡面产沙模型的验证 291
6.4 河网汇流与输沙模型 293
6.4.1 精确扩散波汇流模型 294
6.4.2 沟道输沙计算 297
6.4.3 沟道水沙计算的验证 298
6.5 重力侵蚀模型 299
6.5.1 沟坡重力侵蚀物理图景概化 299
6.5.2 沟坡重力侵蚀力学分析 301
6.5.3 沟坡失稳的不确定性分析 307
6.6 流域泥沙过程模拟实例 311
6.6.1 岔巴沟流域产沙计算 311
6.6.2 黄土高原多沙粗沙区流域泥沙过程模拟 319
6.6.3 1977年龙门—利津河段的模拟计算 329
参考文献 341
第7章 植被演变与侵蚀产沙的动力学过程 343
7.1 绪论 343
7.2 植被及其影响因素 345
7.2.1 植被与气候、土壤和人类活动的关系 345
7.2.2 植被覆盖度、植被厚度和植被活力 346
7.2.3 生态应力 347
7.2.4 植被修复、生态弹性和植被演替 348
7.3 滨河植被 349
7.3.1 滨河植被在河床演变中的作用 349
7.3.2 滨河植被调查方法 350
7.3.3 利用滨河植被研究河床演变 353
7.4 植被—侵蚀动力学 355
7.4.1 生态应力的定量表达 355
7.4.2 植被—侵蚀动力学方程组 357
7.4.3 植被—侵蚀动力学模型的应用及参数的确定 359
7.5 植被—侵蚀状态图及其应用 362
7.5.1 植被—侵蚀状态图 362
7.5.2 典型流域的植被—侵蚀状态图 364
7.6 我国主要流域植被—侵蚀动力学分析 369
7.6.1 植被—侵蚀动力学参数的经验关系 370
7.6.2 黄土高原植被—侵蚀动力学分析 374
7.6.3 长江上游地区植被—侵蚀动力学分析 379
7.6.4 华北土石山区植被—侵蚀动力学分析 382
7.6.5 南方红壤侵蚀区植被—侵蚀动力学分析 383
7.7 水土流失地区人工加速植被演替的动力学过程 384
7.7.1 造林加速植被恢复发育与土壤侵蚀变化过程 385
7.7.2 造林加速植被演替过程 386
参考文献 389
第8章 水沙流中重金属污染物的迁移扩散 392
8.1 引言 392
8.2.1 试验装置 394
8.2 试验概况 394
8.2.2 试验用沙的性质 395
8.3 试验内容和方法 396
8.3.1 硝酸铵扩散试验 397
8.3.2 沙掺混与沙扩散试验 397
8.3.3 铜扩散试验 398
8.3.4 铜吸附速率试验 400
8.3.5 预试验和辅助试验 400
8.4 试验结果与分析 401
8.4.1 铜吸附速率实验结果和分析 401
8.4.2 不同扩散物质的扩散速度的比较 404
8.4.3 泥沙对扩散的影响 406
参考文献 414
第9章 山区河流泥沙运动 416
9.1 山区河流泥沙问题 416
9.1.1 山区河流水沙基本特性 416
9.1.2 山区河流泥沙灾害 418
9.1.3 山区河流河床演变 419
9.1.4 山区河流工程泥沙问题 421
9.2.1 存在的问题 422
9.2 山区河流卵石推移质运动 422
9.2.2 推移质运动 423
9.3 复式河槽水流泥沙特性 429
9.3.1 复式河槽阻力系数 429
9.3.2 植被作用下的复式河槽水流特性 433
9.3.3 全动床复式河槽水沙特性 437
9.4 山区河流泥沙数学模型 439
9.4.1 CRS—1模型 440
9.4.2 模型验证计算 442
参考文献 444
10.1 泥沙运动基本规律 446
10.1.1 水流作用下的泥沙起动规律 446
第10章 河口泥沙运动 446
10.1.2 波浪作用下的泥沙起动规律 448
10.1.3 潮流和波浪的挟沙能力 452
10.2 河口全沙模型相似理论 453
10.2.1 潮流的相似条件 453
10.2.2 波浪的相似条件 454
10.2.3 悬沙的相似条件 457
10.2.4 底沙的相似条件 459
10.3 河口模型变率影响 461
10.3.1 系列变率模型设计 461
10.3.2 系列模型验证 464
10.3.3 无丁坝时模型变率影响试验 468
10.3.4 有丁坝时模型变率影响试验 470
10.4 河口泥沙数学模型 474
10.4.1 泥沙基本方程 474
10.4.2 全沙数学模型建立 475
10.4.3 模型验证 478
10.4.4 航道回淤预测及与实测对比 481
参考文献 485
第11章 三峡水库汛限水位优化调度 486
11.1 前言 486
11.2.1 汛限水位优化调度目标 489
11.2 三峡水库汛限水位优化调度目标分析 489
11.2.2 汛限水位优化调度方案 490
11.2.3 求解思路 492
11.3 三峡水库汛限水位优化调度的防洪限制条件 492
11.3.1 汛前推迟落水对防洪的影响 492
11.3.2 汛后提前蓄水对防洪的影响 493
11.3.3 上游建库情况下优化调度对防洪的影响 499
11.4 三峡水库汛限水位优化调度的发电效益 500
11.4.1 发电调度计算原理 500
11.4.2 汛限水位优化调度发电效益分析 502
11.4.3 上游建库情况下优化调度发电效益 503
11.5 三峡水库汛限水位优化调度对航运的影响 504
11.5.1 汛限水位优化调度对枯水期下泄流量的影响 504
11.5.2 汛限水位优化调度对变动回水区航运的影响 505
11.6 三峡水库汛限水位优化调度方案综合比选 521
11.6.1 发电效益 521
11.6.2 航运补偿 522
11.6.3 优化方案比选 523
参考文献 523
第12章 流域水沙配置 525
12.1 前言 525
12.2 流域水沙资源优化配置理论框架 526
12.3 流域泥沙资源系统与其他系统的关系及配置原则 527
12.3.1 流域泥沙资源系统与其他系统的关系 527
12.3.2 流域泥沙资源配置的原则与任务 529
12.4 流域泥沙资源优化配置的原理 530
12.4.1 泥沙优化配置的目标函数 530
12.4.2 多目标泥沙资源优化配置方法 532
12.4.3 流域泥沙资源配置的平衡关系 533
12.4.4 流域泥沙资源配置的机制 534
12.5.1 流域水沙资源量的控制关系 535
12.5 流域水沙资源联合配置的控制条件 535
12.5.2 流域水沙联合配置的运动输移控制方程 536
12.5.3 流域水沙联合配置的分配关系 536
12.5.4 流域水沙联合配置的工程技术条件 537
12.6 河床演变均衡稳定原理——河流熵原理 538
12.6.1 河流水力熵和统计熵 538
12.6.2 明渠流水力熵和统计熵 539
12.6.3 河流最小可用能耗率原理和统计熵 540
12.7 流域水沙资源配置措施 543
12.7.1 水力调控措施 543
12.7.2 机械挖泥配置措施 545
12.7.3 工程配置措施 546
12.7.4 流域泥沙生态配置技术 548
12.7.5 流域泥沙资源化的途径 549
12.8 流域水沙资源优化配置模型 550
12.8.1 流域水沙资源优化配置数学模型框架 550
12.8.2 河床演变均衡稳定数学模型 551
12.8.3 流域水沙资源多目标优化配置数学模型 554
12.9 流域水沙资源优化配置数学模型在黄河下游的初步应用 560
12.9.1 黄河下游河床演变均衡稳定数学模型计算结果及分析 560
12.9.2 黄河下游水沙资源多目标优化配置数学模型 561
12.9.3 黄河下游水沙资源多目标优化配置模式与计算结果分析 563
参考文献 565
第13章 黄河泥沙研究 567
13.1 概述 567
13.2 高含沙水流的模型试验方法 568
13.2.1 模型相似条件 568
13.2.2 模型相似率验证 569
13.3 高含沙水流数学模型 576
13.3.1 准二维数学模型 576
13.3.2 模型验证计算 579
13.4.2 模型试验结果 580
13.4.1 实体模型概况 580
13.4 小浪底水库拦沙初期运用方式研究 580
13.4.3 数学模型计算结果 582
13.4.4 小浪底水库运用以来实测资料分析 585
13.5 黄河下游河床形态调整过程特点 586
13.5.1 模型概况 586
13.5.2 试验结果 586
13.5.3 数学模型预测结果 589
13.6 黄河调水调沙试验 590
13.6.1 水库异重流研究及运用 590
13.6.2 下游主槽过流能力预测技术 597
13.6.3 调水调沙对黄河下游影响预测 598
参考文献 599
第14章 长江泥沙研究 600
14.1 前言 600
14.2 长江水流泥沙运动规律 600
14.2.1 水流运动特性 600
14.2.2 水流挟沙力 604
14.2.3 泥沙起动规律 605
14.3 长江与洞庭湖水沙关系 606
14.3.1 江湖水沙关系变化 606
14.3.2 江湖水沙关系调整对长江和洞庭湖的影响 611
14.4 近50年长江中下游河道演变特点 612
14.4.1 总体河势基本稳定，局部河势变化较大 612
14.4.2 河道总体冲淤相对平衡，部分河段冲淤幅度较大 613
14.4.3 荆江和洞庭湖关系的调整幅度加大 613
14.4.4 人为因素的影响增强，但未改变河道演变基本规律 615
14.4.5 坐崩（窝崩）是长江中下游岸线崩退和护岸工程崩毁的主要形式 615
14.5 水库泥沙淤积 615
14.5.1 水库泥沙淤积规律 615
14.5.2 水库变动回水区河道演变特点 620
14.6.1 坝区河势规划与枢纽布置 621
14.6 水利枢纽坝区泥沙问题 621
14.6.2 坝区河段河势及泥沙冲淤变化 623
14.6.3 通航建筑物引航道泥沙淤积及防淤和清淤措施研究 624
14.6.4 水电站的泥沙问题 626
14.7 水利枢纽下游江湖演变与影响 628
14.7.1 三峡工程建成后长江中下游江湖冲淤变化 628
14.7.2 三峡工程建成后荆江河段河道演变趋势 633
参考文献 636
回忆Hans Albert Einstein以及我们的共同生活 638
钱宁生平和他的著作《泥沙运动力学》 691
追求工、理、文科的融合——钱宁学术思想与教育思想概述 698