艾德思：生态水利工程领域重要学术文献西北旱区生态水利学术著作丛书

 ▲西部生态水利学术著作系列丛书(已出版18种)

王光谦院士 序

<西北旱区生态水利学术著作丛书>

水资源作为人类社会赖以延续发展的重要要点之一, 主要来源于以河流/湖库为主的淡水生态系统.这个占据着少于 1% 地球表面的重要系统虽仅容纳了地球上全部水量的 , 但却给全球社会经济发展提供了十分重要的生态服务, 尤其是在全球气候变化的背景下,健康的河湖及其完善的生态系统过程是适应气候变化的重要基础, 也是人类赖以生存和发展的必要条件. 人类在开发利用水资源的同时,对河流上下游的物理性质和生态环境特征均会产生较大影响,从而打乱了维持生态循环的水流过程, 改变了河湖及其周边区域的生态环境. 怎样维持水利工程开发建设与生态环境保护之间的友好互动,构建生态友好的水利工程技术体系,成为传统水利工程发展与突破的关键.

构建生态友好的水利工程技术体系,强调的是水利工程与生态工程之间的交叉融合,由此 生态水利工程 的概念应运而生, 这一概念的提出是新时期社会经济可持续发展对传统水利工程的必然要求, 是水利工程发展史上的一次飞跃. 作为我国水利科学的国家级科研平台, 西北旱区生态水利工程省部共建国家重点实验室培育基地 ( 西安理工大学 ) 是以生态水利为研究主旨的科研平台. 该平台立足我国西北旱区,开展旱区生态水利工程领域内基础问题与应用基础研究,解决若干旱区生态水利领域内的关键科学技术问题, 已成为我国西北地区生态水利工程领域高水平研究人才聚集和高层次人才培养的重要基地.

< 西北旱区生态水利学术著作丛书 >作为重点实验室相关研究人员近年来在生态水利研究领域内代表性成果的凝炼集成,广泛深入地探讨了西北旱区水利工程建设与生态环境保护之间的关系与作用机理, 丰富了生态水利工程学科理论体系,具有较强的学术性和实用性, 是生态水利工程领域内重要的学术文献.丛书的编纂出版,既是对重点实验室研究成果的总结, 又对今后西北旱区生态水利工程的建设/ 科学管理和高效利用具有重要的指导意义,为西北旱区生态环境保护/ 水资源开发利用及社会经济可持续发展中亟待解决的技术及政策制定提供了重要的科技支撑.

中国科学院院士

2016 年 9 月

书单一览

在发展水利事业的同时,保护好生态环境,是历史赋予我们的重任. 生态水利工程作为一个新的交叉学科,相关研究尚处于起步阶段,期望以此丛书的出版为契机,促使更多的年轻学者发挥其聪明才智,为生态水利工程学科的完善/ 提升做出自己应有的贡献.

中国工程院院士

2016 年 9 月

图书简介

▋明渠恒定急变流和渐变流水力特性研究

ISBN 978-7-03-050724-2

作者:张志昌,张巧玲

出版时间:

本书第1章至第5章为矩形断面明渠恒定急变流和渐变流的水力特性,主要研究了光滑壁面/波状壁面和粗糙壁面水跃区的边界层发展/共轭水深/沿程和局部水头损失/水跃长度的计算方式和粗糙壁面水跃特性的数值模拟方式;研究了渐扩式消力池和突扩式消力池水跃共轭水深和水跃长度的计算方式;给出了矩形断面消力池和渐扩式消力池深度和坎高的迭代计算公式;探讨了综合式消力池的应用条件和突扩式消力池的设计方式;给出矩形断面水面曲线的积分算法和正常水深的显式算法.第6章至第10章为梯形和三角形/圆形和U形/抛物线形/马蹄形断面和蛋形断面明渠恒定急变流和渐变流的水力特性,给出了这些复杂断面情况下明渠正常水深/临界水深/弗劳德数/水面曲线的显式计算方式和水跃共轭水深的简化计算方式.

▋基于随机游动理论的河流污染物迁移扩散规律研究

ISBN 978-7-03-051757-9

作者:冯民权

出版时间:

水污染加剧/水质下降及水生态恶化已成为制约地区经济可持续发展的重要因素,水环境治理已迫在眉睫.污染物进入水体后的迁移扩散规律是水环境污染治理和缓解水生态恶化的重要理论基础,是迫切需要研究的重大课题.本书把流体看作若干个质点所组成的质点系,以研究个别流体质点的运动为基础,在室内水槽试验的基础上,建立分层分条带水流模型/加权自动迎风格式随机游动模型和质点追踪法模型,给出典型算例,并对河流/水库/潮汐渠道与电站引水渠道/河流交汇口流场及污染物迁移扩散规律进行研究.

▋变化环境下渭河流域水资源演变与配置

ISBN 978-7-03-051934-4

作者:畅建霞,高凡,王义民

出版时间:

本书针对渭河流域水资源供需矛盾日益加剧的现象,开展变化环境下流域水资源演变与配置研究.首先分析径流对气候和土地利用变化的响应,通过评价流域健康状况重构流域健康需水量,在此基础上构建基于"三条红线'最严格水资源管理制度的水资源合理配置模型,通过求解获得不同水平年的配置方案.本书对气候变化和人类活动影响下流域水资源管理具有重要的理论和实践意义.

▋特殊岩土工程渗透特性研究

——以尾矿堆积坝和生活 垃圾填埋场为例

ISBN 978-7-03-053349-4

作者:许增光,杨荣,杨雪敏

出版时间:

本书系统地介绍了特殊岩土工程(尾矿堆积坝/生活垃圾填埋场)的渗透特性,通过现场调研/现场试验/室内试验/数值模拟等手段,分析尾矿堆积坝的渗透性能/化学淤堵对尾矿堆积坝渗透性能的影响,垃圾堆体渗透系数的分布规律,渗滤液分布情况及填埋堆体边坡稳定性,为广大科技工作者了解/掌握人造特殊岩土体的工程特性奠定基础.

▋旱区小麦生长与水肥调控

ISBN 978-7-03-053991-5

作者:王全九等

出版时间:2017-08

提高农田水肥利用效率是实现农业高产/稳产和水土资源高效而可持续利用的重要内容.本书较为系统地介绍了小麦叶片光合特征/小麦株高/叶面积指数和生物量增长特征及其数学模型/不同灌溉方法下春冬小麦耗水特征和水分利用效率/土壤氮素累积和冬小麦水肥耦合效应/覆盖方法对春小麦生长和水分利用效率影响/Aqua Crop模型模拟春冬小麦生长和耗水过程/冬小麦优化施肥管理模式等方面的研究成果.全书共8章,内容包括绪论/春冬小麦叶片光合特征/春冬小麦生长特征/春冬小麦耗水特征和水分利用效率/冬小麦水肥耦合效应和土壤氮素分布/覆盖条件下春小麦生长和水分利用效率/春冬小麦生长和耗水过程的数值模拟及冬小麦氮肥利用效率与管理模式.

▋丹汉江流域水土流失非点源污染过程与调控研究

ISBN 978-7-03-053347-0

作者:李占斌等

出版时间:

本书依据丹汉江流域自然条件/社会经济/侵蚀环境特征和水沙变化特点,结合丹汉江流域土地利用变化及景观格局变化特征,确定丹汉江水源区非点源污染物的空间分布和负荷.通过模拟实验和定位观测,阐明坡面尺度上径流-泥沙-污染物的迁移过程,建立径流-泥沙-污染物的流失关系,揭示梯田建设对坡面养分的调控作用;阐明小流域尺度上氮磷流失迁移规律和自净能力,并从景观格局演变的角度分析土地利用变化与水质之间的动态响应关系.据此评价丹汉江流域水土保持治理效益,对未来不同治理情景下水土流失与非点源排放量进行预测,为丹汉江水源区水土保持治理与水源保护提供有力支持.

▋水利工程风险与管理

ISBN 978-7-03-054422-3

作者:胡德秀等

 

 

 

水利工程所处的气象/水文/地形/地质和环境等条件十分复杂,其规划/设计/施工/运行与管理中存在的诸多不确定性因素,使得工程不同程度地存在库区淹没/库岸失稳/泥沙淤积/冻胀冻融破坏/材料老化/洪涝灾害以及管理决策失误等风险,加强相关风险研究与防范,对于确保水利工程安全至关重要.本书紧密结合工程实际,系统论述水利工程风险与管理方面的基本理论和技术方式,包括水利工程风险的基本概念以及国内外水利工程风险与管理的研究现状;水库大坝风险管理;库区防护风险与库岸失稳防治;水库泥沙淤积风险及防沙措施;水利工程的冻害风险及防治;水利工程老化风险与检测评估;水利工程安全管理信息化;水库的洪灾风险及防汛管理等.

▋土壤气体传输与更新

ISBN 978-7-03-054511-4

作者:王全九等

土壤水/热/气不仅是作物生长必要的基本要点,而且直接影响水肥高效利用和土地质量.本书较为系统地介绍了土壤水/热/气传输基本特征和数学模型,土壤水/热/气传输动力参数主要影响因素及其影响程度,土壤水分特征曲线和导水率/土壤热特性和导气率确定方式,土壤水力参数/热特性和导气率空间变异性,以及土壤呼吸和温室气体排放特征等方面研究成果.全书共5章,包括土壤水/热/气传输基本特征,土壤水/热/气传输动力参数影响因素,土壤水/热/气传输动力参数确定方式,土壤水/热/气传输动力参数空间分布特征和土壤温室气体排放等内容.

▋旱区农田土壤水盐调控

ISBN 978-7-03-054696-8

作者:王全九等

出版时间:2017. 10

将节水灌溉技术与水盐调控模式及作物生长有机结合是实现水土资源高效可持续利用的重要内容.本书系统地介绍了不同条件下旱区土壤水盐运移基本特征,数学模型和参数确定方式,典型作物耐盐特征,潜水蒸发与土壤盐分累积关系,微咸水和淡水膜下滴灌棉花生长特征和土壤水盐调控措施效果,微咸水和淡水地面灌溉下土壤水盐分布特征与典型作物和牧草生长状况,农田水盐均衡作物生长模型以及旱区土壤水盐调控模式等方面的研究成果.全书共9章,包括绪论,一维土壤水盐运移特征,滴灌土壤水盐运移特征,作物耐盐特征分析,排水地段土壤盐分分布特征,膜下滴灌棉花生长与土壤水盐调控,微咸水地面灌溉土壤水盐分布与作物生长,基于区域水盐平衡的作物生长模型和旱区土壤水盐综合调控模式.

▋非均匀介质水与溶质迁移

ISBN 978-7-03-054839-9

作者:周蓓蓓,魏峰,王全九

本书为作者主持和主要参加的国家自然科学基金项目(51239009,41371239,41001132,50479063)研究成果的系统总结和提升.全书共9章,通过对国内外已开展的大量研究进行总结归纳,提出了目前黄土区水分及溶质迁移研究仍存在的问题,进而通过大量室内外试验对非均匀介质分布/特理特性/水分运动以及溶质迁移过程进行了研究及分析;重点论述了土石混合介质/优先流溶质迁移过程及其参数变化,深入探讨了典型土壤类型/迁移离子/孔隙水流速/团粒结构等因数对溶质迁移过程的影响程度;并通过2D土柱实验,研究了不同大孔隙类型因素及其连续性对溶质迁移的影响;最后在已有研究结果的基础上,建立了两个适用于非均匀土壤的数学模型,两模型分别为考虑吸附/降解作用的土壤溶质迁移变系数数学模型和考虑对流弥散/非平衡动力学吸附及微生物降解等情况的溶质迁移转化的动力学模型.

▋黄土高原沟壑区绿水的水文过程及驱动机制

ISBN 978-7-03-055004-0

作者:宋孝玉等

出版时间:

本书选取黄土高原沟壑区典型小流域南小河沟流域为研究对象,通过野外试验和室内模拟相结合的方式,分析天然和人工降雨条件下不同地貌及植被类型的绿水循环过程及其分布特征,建立野外降雨条件下绿水循环转化过程模型,评估不同地貌及植被类型的绿水资源量.同时,结合历史实测资料,分析南小河沟流域绿水变化规律及绿水对土地利用/气候变化的响应,并对未来流域内绿水的变化趋势进行预测.在此基础之上,进一步探讨变化条件下绿水对土地利用和气候变化的响应关系,并初步探索了基于水资源承载力的植被合理恢复与管理模式.

▋边坡稳定有限元强度折减分析方式研究与应用

ISBN 978-7-03-054796-5

作者:柴军瑞,孙超伟

本书研究有限元强度折减方式在边坡稳定分析中的应用.全书共8章,首先介绍有限元强度折减法的基本理论,包括边坡安全系数的定义方法/有限元方式模拟边坡的实现要点/Drucker-Prager 屈服准则下安全系数的转换问题和强度参数对边坡稳定性的影响程度;其次对现有边坡失稳判据进行对比分析和评价,提出基于边坡等效塑性应变分布的滑动面搜索方式;最后将有限元强度折减法进行具体应用,包括在涉水边坡稳定分析/Hoek-Brown 准则下岩质边坡的稳定分析/三维均质边坡的稳定分析及其空间效应分析中的应用.全书各章自成体系,内容不求全面/系统,力求在学术上具有引导性和启迪性;另外,本书的内容深入浅出,重点突出,并配有大量插图,读者能够迅速/准确掌握有限元强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用.

▋丹汉江流域清洁小流域理论与实践

ISBN 978-7-03-057804-4

作者:张秦岭等

出版时间:2018. 06

本书根据南水北调中线水源区水土流失治理与非点源污染控制的要求,系统分析梯田/林草等水土保持措施对水土流失与非点源污染的控制作用,深入研究生态渗滤沟的非点源污染调控作用,提出非点源污染控制与修复措施体系,并从坡面/小流域及河流等不同尺度归纳总结丹汉江水源区流域-河流治理模式.在此基础上,本书还系统阐述生态清洁小流域的内涵/指导思想和建设技术体系,从目标/理念/措施和管理等角度阐明生态清洁小流域与传统小流域综合治理的区别.本书结合丹汉江水源区水土流失与非点源污染治理的实践,对丹汉江水源区清洁小流域建设与示范实践工作进行总结,提出多种类型清洁小流域的建设模式.最后,提出生态流域清洁小流域建设管理体制与控制战略.

▋台阶式溢洪道水力特性的研究

ISBN 978-7-03-058502-8

作者:张志昌,金瑾

出版时间:2018. 08

本书是台阶式溢洪道水力特性的系列研究成果总结.通过模型试验和数值模拟研究单纯台阶式溢洪道的水流流态/掺气发生点的判断方式/台阶上掺气与未掺气水流水面线的计算方式/压强分布规律/掺气浓度分布规律/流速场/紊动能/紊动耗散率和消能效果;研究台阶式溢洪道与掺气挑坎联合应用/台阶式溢洪道与分流齿墩掺气设施联合应用的水力特性,包括掺气挑坎和分流齿墩的体型/设置位置/分流齿墩的收缩比/水舌空腔长度/掺气交汇点的位置,水面线的计算方式/墩头和台阶上的动水压强分布/台阶上的掺气浓度分布/流速分布/水流的紊动特性和消能.通过模型试验研究掺气分流墩设施的收缩比/墩头动水压强特性/设施的掺气特性/水舌扩散特性以及掺气分流墩与消力池联合应用消力池的水流流态/水面线/动水压强分布规律和消能效果.

▋小流域淤地坝坝系防洪风险评价技术

ISBN 978-7-03-055315-7

作者:李占斌等

本书以黄土高原淤地坝坝系为研究对象,通过实地勘察/资料收集和实验测试分析,运用多学科理论及"3S'技术和数值模拟技术,以小流域淤地坝坝系防洪风险评价为研究核心,系统分析不同坝级/不同级联方法(串联/并联和混联)淤地坝蓄水拦沙作用与淤地减蚀机制,辨析小流域坝系与沟道单元坝系分片/分层对洪水泥沙的控制关系,阐明小流域淤地坝坝系防洪拦沙能力的级联效应,研究提高小流域淤地坝坝系防洪能力的坝系布局与坝级配置方式,建立小流域淤地坝坝系防洪风险评价指标体系,并以典型小流域为例,进行坝系防洪风险评价,提出在变化形势下考虑流域坝系防洪安全的适宜建设规模.

▋流场可视化技术及其在水环境中的应用

ISBN 978-7-03-059422-8

作者:程文,王敏,孟婷

出版时间:2019. 01

本书结合可视化技术/流体力学/水处理工艺/水环境生态等多门学科的知识,系统地讲述流体可视化技术的基本理论/水环境中流场的测量技术/水体中气相速度场和液相速度场的可视化技术以及流场可视化在水环境中的应用,并以水处理反应器曝气池/水工构筑物柔性坝及鱼道为例,对可视化技术的应用进行介绍.全书分为6章,分别为绪论/流场测量技术/气相速度场的可视化/液相速度场的可视化/曝气池中流体可视化的研究与应用以及流场可视化应用实例.

▋西北旱区多泥沙河库水沙数值模拟及调控研究

ISBN 978-7-03-059368-9

作者:王新宏,吴巍,周孝德

出版时间:2018. 12

本书针对我国西北干旱地区水资源短缺及时空分布不均/水土流失严重导致的河库含沙量高等问题,面向推进生态文明建设和构筑生态安全屏障/保障生态安全的国家需求,从发挥河库生态系统服务功能的视角出发,以水沙科学技术领域内"泥沙运动过程模拟及水沙调控'这一关键科学问题为突破点,紧密围绕"多泥沙'核心要点,兼顾理论研究与实际应用,透过对多泥沙河库水沙运动机理的分析,从不同空间尺度出发,构建基于多泥沙河库挟沙水流特性的泥沙冲淤预测模型.并以此为基础,耦合水沙资源多目标优化配置模型'形成多泥沙河库水沙齡调控技术支灘式'为西北旱区多泥沙河库水沙调控综合体系的建设提供理论依据与技术支撑.

▋曝气池中气液两相流理论与实践

ISBN 978-7-03-059831-8

作者:程文,万甜,任杰辉

出版时间:

曝气池中气液两相流与氧传质效率密切相关,是污废水处理效率得以提高的关键因素.掌握曝气池中气液两相流的理论,并将其应用于工程实践中,是21世纪污废水处理工艺提标改造的重要环节.本书融合流体力学和环境工程学等多门学科的知识,系统阐述曝气池中气液两相流的基本理论/运动特性与基本研究方式.全书主要内容包括:曝气池中气液两相流,气液两相流理论基础,气液两相流流场测量方式,曝气池中气液两相流数学模型理论,曝气池中气泡羽流的运动特性,曝气池中气液两相流数值模拟以及基于气液两相流的曝气池体型优化等.

<西北旱区生态水利学术著作丛书>面向推进生态文明建设和构筑生态安全屏障/ 保障生态安全的国家需求,瞄准生态水利工程学科前沿, 集成了重点实验室相关研究人员近年来在生态水利研究领域内取得的主要成果. 这些成果既关注科学问题的辨识/ 机理的阐述,又不失在工程实践应用中的推广, 对推动我国生态水利工程领域的科技创新, 服务区域社会经济与生态环境保护协调发展具有重要的意义.

中国工程院院士

2016 年 9 月

(本文编辑:刘四旦)

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