內容簡介
《海岸工程水文學》共分8章,主要闡述河口與海岸工程所涉及的水文學的基本原理與方法。內容有人海河口、海岸與海洋的基礎知識,降水的時空分布特徵,水文信息采集方法與設備,水文分析計算基礎知識,徑流形成的過程和影響因素,産流匯流計算方法,洪水和降雨量特徵的區域分析方法,明渠的洪水演算方法,海岸工程設計的水文要素計算內容與方法,我國近岸海流的特點,近岸波浪流係統及海岸工程設計中的近岸海流特徵值等。
《海岸工程水文學》適宜作為港口、航道與海岸工程專業本科教材,也可供從事水利工程和市政工程的技術人員參考。
內頁插圖
目錄
1 水文基礎知識
1.1 河川與海洋
1.1.1 河川
1.1.2 海洋
1.2 水資源
1.2.1 我國水資源現狀
1.2.2 濱海城市的水資源問題
1.3 人海河口、海岸與濕地
1.3.1 人海河口
1.3.2 海岸
1.3.3 濕地
1.3.4 河口海岸濕地
1.4 徑流形成過程及其主要影響因素
1.4.1 徑流的概念
1.4.2 徑流的形成過程
1.4.3 流域暴雨徑流過程的影響因素
1.5 水文學與海岸工程
1.5.1 水文循環
1.5.2 水文學
1.5.3 海岸工程水文學
2 基本水文原理
2.1 降水
2.1.1 地球大氣運動
2.1.2 降雨的定量描述
2.2 降水的時間空間變化
2.2.1 降雨的時空分布
2.2.2 暴雨分析
2.2.3 降水原始資料及判斷
2.3 水文吸收
2.3.1 植物截流
2.3.2 滲透
2.3.3 地錶或窪地截流
2.3.4 蒸發
2.3.5 蒸發蒸騰損失總量
2.4 流域特徵
2.4.1 流域麵積
2.4.2 流域形狀
2.4.3 流域高差
2.4.4 流域長度
2.4.5 水係形狀
2.5 徑流
2.5.1 徑流組成
2.5.2 河流類型和基流
2.5.3 前期濕度
2.5.4 降雨和徑流關係
2.5.5 匯流
2.5.6 匯流時間
2.5.7 徑流擴散和河川流量過程綫
2.5.8 水文過程綫的解析
2.5.9 明渠流
3 水文計算基礎知識
3.1 隨機變量及其概率分布
3.1.1 水文統計的意義
3.1.2 事件和概率的基本概念
3.1.3 隨機變量及其概率分布
3.2 水文頻率麯綫綫型
3.2.1 正態分布
3.2.2 對數正態分布
3.2.3 皮爾遜Ⅲ(P-Ⅲ)型麯綫
3.2.4 經驗頻率麯綫
3.2.5 頻率與重現期的關係
3.3 頻率麯綫參數的估計方法
3.3.1 矩法
3.3.2 三點法
3.3.3 權函數法
3.3.4 概率權重矩法
3.4 水文頻率計算適綫法
3.4.1 目估適綫法
3.4.2 優化適綫法
3.4.3 統計參數對頻率麯綫的影響
3.4.4 抽樣誤差
3.5 頻率計算中的幾個特殊問題
3.5.1 基準麵變化對參數的影響
3.5.2 負偏態綫型(Cs3.5.3 特大值處理問題
3.6 相關分析
3.6.1 相關關係的概念
3.6.2 簡單直綫相關
3.6.3 麯綫相關
3.6.4 復相關
3.7 現代數學在水文學中的應用
4 水文測量
4.1 降雨測量
4.1.1 自動雨量計
4.1.2 遙測降雨傳感儀
4.1.3 降雨量的雷達測量
4.2 積雪的測量
4.3 蒸發量的測量
4.3.1 A類盆
4.3.2 蒸發蒸騰計
4.4 滲透和土壤濕度的測量
4.4.1 滲透計
4.4.2 滲透率的分析
4.4.3 土壤濕度的測量
4.5 流速及流量的測量
4.5.1 水位測量
4.5.2 流量的測量
4.5.3 流速測量計
4.5.4 洪峰流量的間接測量
4.6 海洋水文要素的觀測
4.6.1 波浪的觀測
4.6.2 潮汐的觀測
4.6.3 海流的觀測
4.6.4 海嘯的觀測
4.6.5 風暴潮的觀測
4.7 水文觀測的現代技術及手段
5 海岸工程設計的水文要素計算
5.1 設計洪水與水位
5.1.1 洪水及其基本要素
5.1.2 洪水的設計標準
5.1.3 設計洪水計算的基本途徑
5.1.4 流量與潮位序列插補延長的基本方法
5.1.5 由流量資料推求設計洪水的基本步驟
5.1.6 統計參數及其對頻率麯綫的影響
5.1.7 經驗頻率麯綫及理論頻率麯綫的特點
5.1.8 洪水特大值處理的意義和方法
5.2 設計波浪與潮位
5.2.1 港口工程設計潮位標準
5.2.2 設計潮位的統計與計算方法
5.2.3 設計波浪標準
5.2.4 典型纍計頻率波高間的換算
5.2.5 不同重現期設計波浪的推算
5.3 設計通航水位
5.3.1 設計最高通航水位
5.3.2 設計最低通航水位
5.3.3 通航設計保證率
5.3.4 感潮航道的設計通航水位
5.3.5 計算所需樣本年限
5.4 近岸波浪要素
5.4.1 近岸波浪要素
5.4.2 我國近岸波況特點
5.5 近岸帶泥沙運動
5.5.1 泥沙的起動
5.5.2 泥沙的沿岸運動
5.5.3 泥沙的橫嚮運動
5.5.4 波浪作用下的浮泥運動
5.5.5 近岸帶水下沙波
6 區域分析
6.1 聯閤概率分布
6.2 邊緣概率分布
6.3 條件概率
6.4 二元正態分布
6.5 迴歸分析
……
7 明渠的洪水演算
8 近岸海流
附錄
參考文獻
精彩書摘
1 水文基礎知識
1.3 入海河口、海岸與濕地
1.3.1 入海河口
人海河口是河流人海的交匯處,簡稱河口,河流與海洋相互作用顯著,主要由徑、潮流相互作用和鹹、淡水混閤控製。河口段處於河海連接、過渡的特殊位置,常成為人口密集、經濟發達地區。我國的主要河口包括長江口、黃河口、珠江口、鴨綠江口、遼河口等,成為內地對外交流的主要門戶。
河口地區又有其特殊性:一方麵,鹹、淡水混閤時産生異重流;另一方麵,上遊來沙到河口多為細顆粒泥沙,細顆粒泥沙在遇到海水入侵時,易發生絮凝,産生淤積,從而堵塞航道。
人類活動也不斷改變著我國河口地區的自然演化。如在江河上興建大規模水利工程,使得人海泥沙大量減少,大量的營養物質流失;圍海造田改變瞭河口地區的自然狀況;另外,生活與工業汙水的排放使得人海汙染物急劇增加,從而引起水體的富營養化,破壞河口地區的生態平衡;大規模的漁業發展使得生物的多樣性減少;挖沙則加重瞭水土的流失。由此導緻生態係統退化、海濱濕地大量減少、自然災害加重。例如,隨著黃河上遊來水來沙量的減少,洪峰流量也大幅度削減,近年來黃河口斷流現象頻繁發生,破壞瞭生態環境;長江河口則擴大瞭攔門沙的範圍,加劇瞭鹹潮人浸問題;珠江口的過度挖沙也人為造成瞭河床的不均勻增深。
……
前言/序言
我國有長達18000km的海岸綫,得到閤理利用的長度不到4%。目前,港口建設與海岸開發正成為我國國民經濟發展的巨大動力。海岸開發與保護,包括圈圍造地、油氣資源開發與輸送、水資源開發利用、農業與漁業資源利用、濱海城市建設、濱海旅遊資源綜閤開發等都需要海岸工程水文學知識。
由於海岸帶的地理、氣候、地質、地貌、水相與海洋和大陸均不同,所以,海岸帶的水文規律有著自身的特點,其內容涵蓋既不同於海洋水文,也有彆於陸地水文。海岸工程水文學是水文學的一個分支,是專門介紹河口與海岸工程規劃設計、施工建設及運行管理所涉及的水文知識的一門學科,其主要內容包括河口、海岸與海洋基礎知識,降水的時空分布特徵,水文信息采集方法與設備,水文分析計算基礎知識,徑流形成的過程和影響因素,産流匯流計算方法,洪水和降雨量特徵的區域分析方法,明渠洪水演算方法,海岸工程水文要素計算內容與方法,我國近岸海流的特點,近岸波浪流係統及海岸工程設計中的近岸海流特徵值等。
目前,我國的水文學著作基本上都是陸地水文學、工程水文學,尚缺乏專門針對海岸帶的水文學書籍。本書旨在彌補此缺陷,為港口、航道與海岸工程專業提供本科教材,也可供從事水利工程和市政工程的技術人員參考。
本書是在綜閤國內陸地水文學、工程水文學和海洋水文學的相關書籍,以及《海港水文規範》等相關規範的基礎上,緊密圍繞海岸工程規劃設計、施工建設及運行管理需要,並翻譯吸取國外相關著作的精華內容編寫而成的。
本書在編寫過程中得到瞭上海交通大學船舶海洋與建築工程學院,上海交通大學齣版社,上海交通大學港口、航道與海岸工程係全體老師和2005級研究生的支持,在此錶示感謝!
圖書簡介: 結構動力學基礎與應用 作者: [此處留空,或填寫虛構作者名] 齣版社: [此處留空,或填寫虛構齣版社名] ISBN: [此處留空,或填寫虛構ISBN] --- 導言:理解動態世界的力量 本書《結構動力學基礎與應用》 旨在為土木工程、機械工程、航空航天工程及相關領域的學生、研究人員和專業工程師提供一個全麵且深入的結構動力學理論框架和實用應用指南。在現代工程實踐中,結構係統不再被視為僅承受靜態載荷的實體,而是必須能有效應對風荷載、地震波、機械振動、爆炸衝擊等時間依賴性載荷的復雜動態係統。忽視動力學效應往往會導緻結構失效、性能下降乃至災難性後果。 本書的定位並非水利或海岸工程,它專注於宏觀結構物的時變響應分析。我們緻力於將抽象的數學模型與真實的工程問題緊密結閤,構建一個從基本概念到復雜分析方法的完整知識體係。 第一部分:動力學基礎——從單自由度到多自由度係統 本書的起點是奠定堅實的理論基礎。我們從最簡化的單自由度(SDOF)係統入手,深入探討自由振動、有阻尼振動以及外部激勵下的強迫振動響應。 第一章 基礎概念與建模: 詳細闡述瞭慣性力、剛度、阻尼的物理意義,並介紹瞭係統的離散化方法。不同類型的阻尼模型(粘滯阻尼、庫侖阻尼等)在工程中的適用性將被詳盡比較,特彆是如何根據實驗數據識彆阻尼參數。 第二章 單自由度係統的響應分析: 核心內容聚焦於係統的固有頻率和阻尼比的確定。對於瞬態激勵(如衝擊載荷),采用積分法(如Wilson-$ heta$法或Newmark-$eta$法)求解微分方程;對於周期性激勵(如機器振動),則側重於共振現象的分析及其避免策略。 第三章 多自由度(MDOF)係統分析: 這是本書的第一個重要過渡。我們將係統的運動方程擴展到矩陣形式,重點介紹模態分析。通過特徵值問題求解,確定係統的特徵振型和特徵頻率。模態疊加法作為分析復雜結構動態響應的基石,將得到詳盡的推導和工程實例演示。我們將區分質量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣的構建方法(如一緻質量矩陣與集中質量矩陣)。 第四章 連續體動力學導論: 理論上,梁、闆、殼等結構是無限自由度係統。本章將介紹如何應用變分原理(如最小勢能原理) 和 瑞利-裏茨法 對連續體進行離散化,並將其轉化為可解的MDOF問題。例如,對一端固支梁的模態分析將是本章的重點實踐內容。 第二部分:隨機振動與地震工程應用 現代工程結構,特彆是高層建築和大型橋梁,主要受隨機性載荷(如風緻隨機荷載、地震動)的影響。本部分將視角從確定性分析轉嚮概率分析。 第五章 隨機過程理論迴顧: 針對動力學分析的需求,簡要迴顧必要的隨機過程知識,包括平穩性、遍曆性、功率譜密度函數(PSD)以及通過傅裏葉變換連接時域與頻域。 第六章 隨機振動的穩態響應: 詳細推導結構在白噪聲和有色噪聲激勵下的均方根(RMS)響應。特彆是,如何利用係統的頻率響應函數與激勵的功率譜密度函數,計算齣係統的動態輸齣功率譜,這是進行疲勞損傷評估的關鍵步驟。 第七章 地震工程基礎與反應譜方法: 地震分析是結構動力學的核心應用之一。本章詳細介紹地震動的特性,並深入探討反應譜理論。我們將分析單自由度體係在地震作用下的最大反應,並解釋如何利用反應譜麯綫進行快速、保守的結構設計。 第八章 模態反應譜分析(Modal Response Spectrum Analysis): 這是多層建築抗震設計的主流方法。本書將係統介紹如何基於模態分析的結果,結閤CQC(Complete Quadratic Combination)或SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法,閤理組閤不同模態對結構最大內力和位移的貢獻,實現符閤規範的抗震驗算。 第三部分:非綫性動力學與高級分析技術 工程實踐中,材料性能和幾何構型會隨載荷增大而發生顯著變化,這要求我們超越綫性假設,進入非綫性領域。 第九章 非綫性動力學基礎: 區分幾何非綫性和材料非綫性。材料非綫性方麵,重點分析滯迴模型(如雙綫性、包絡麯綫模型)在鋼筋混凝土和鋼結構中的應用。幾何非綫性方麵,則聚焦於P-$Delta$效應(二階效應)對高聳結構穩定性的影響。 第十章 顯式與隱式時間積分方法: 對於高度非綫性和接觸問題,解析解幾乎不存在。本章將詳述數值積分技術,特彆是Newmark法、中心差分法等隱式和顯式算法的穩定性和精度差異。我們將提供清晰的流程圖,指導讀者選擇閤適的積分方案和時間步長,以平衡計算效率和結果準確性。 第十一章 結構動力學實驗與模態識彆: 理論分析必須與實驗驗證相結閤。本章介紹現場和實驗室環境下的模態試驗技術(如衝擊激勵法、環境激勵法)。重點講解如何利用傅裏葉變換、頻響函數(FRF)和麯綫擬閤算法,從實測數據中準確識彆結構的實驗模態參數(頻率、阻尼、振型)。 第四部分:專題與前沿應用 為拓寬讀者視野,本書的最後部分探討瞭動力學在特定前沿領域的應用。 第十二章 衝擊與爆炸響應分析: 針對高應變率載荷,如撞擊、爆炸,介紹Homer-Conical Wave Propagation Model 和 非綫性材料本構模型 在高速衝擊下的應用。重點討論能量吸收機製和結構防護設計。 第十三章 動力可靠性分析: 結閤不確定性量化,介紹如何利用Monte Carlo模擬或First-Order Reliability Method (FORM),評估結構在隨機疲勞或極端載荷下的失效概率,這對於基礎設施的長期服役性能評估至關重要。 結論: 本書《結構動力學基礎與應用》 旨在提供一個嚴謹、係統的動力學工具箱。它通過清晰的數學推導、豐富的工程案例(如大型橋梁、核電站結構、高層建築的抗震設計實踐),確保讀者不僅能掌握“如何計算”,更能理解“為何如此計算”。全書內容嚴格圍繞結構物的振動與響應展開,不涉及流體力學、泥沙運動或沿海防護體係的專門討論。