本書圍繞河流生境修復中的水動力學問題，以水生植被、漂浮植被和典型魚類等水生生物為研究對象，系統闡述水生植被影響下的水流結構和物質輸運規(guī)律、緩滯河段藻類繁殖與暴發(fā)的水動力機制、典型流場中的魚類游泳行為特性及水動力-水質-水生物耦合數值模擬技術等的基礎理論研究成果。在此基礎上，介紹這些理論在生態(tài)修復工程中的應用，包括洲灘植被化守護、魚類生境保護與修復、生態(tài)調節(jié)壩“調度控藻”等。本書旨在推動生態(tài)水力學研究的發(fā)展，使讀者可以了解并掌握生態(tài)水力學領域的相關理論和方法，也可以讓他們學習到一些實用的生境修復技術。
目錄
第1章 河流生境修復的生態(tài)水力學基礎理論1
1.1 水生植被影響下的河流水動力特性2
1.1.1 水生植被的阻水特性2
1.1.2 漂浮植被作用下的明渠紊流特征8
1.1.3 柔性淹沒植被對河道洪水波演進的影響13
1.2 水生植被影響下的物質輸運規(guī)律16
1.2.1 植被斑與彎道對明渠生態(tài)河道離散系數的影響16
1.2.2 考慮離散和生態(tài)降解的三區(qū)濕地污染物輸移21
1.2.3 風作用下的典型雙層濕地流特性和污染物分散指標29
1.2.4 漂浮植被河道的縱向離散系數39
1.3 緩滯河段藻類繁殖與暴發(fā)的水動力機制43
1.3.1 水動力條件在水華中的作用43
1.3.2 小江藻類生長原位試驗44
1.4 典型流場中魚類游泳行為特性研究57
1.4.1 研究對象與研究方法58
1.4.2 突擴明渠邊界層分離再附著流動中的魚類游泳行為特性61
第2章 水動力-水質-水生物耦合的數值模擬技術75
2.1 求解守恒形式的圣維南方程的一維水動力學模型76
2.1.1 控制方程76
2.1.2 靜水壓力項計算79
2.1.3 底坡源項離散80
2.1.4 摩阻源項離散80
2.2 采用自適應網格的淺水方程Well-balanced數學模型81
2.2.1 二維水流水質控制方程和離散方法82
2.2.2 自適應網格模型96
2.2.3 自適應方法在二維水流模型中的應用100
2.3 基于格子Boltzmann方法的植被河道水流模型104
2.3.1 控制方程104
2.3.2 格子Boltzmann方法的理論及實現104
2.3.3 模型的驗證和應用116
第3章 河流洲灘的植被化守護技術131
3.1 洲灘的植被化守護技術的思路132
3.1.1 植物對河道的影響132
3.1.2 新水沙條件對洲灘發(fā)育及植物徙居的影響133
3.1.3 洲灘的植被化守護技術思路的提出134
3.2 植被選種與培育138
3.2.1 植被選育思路138
3.2.2 工程河段適生植被調研140
3.2.3 植被化守護技術中的植被選擇140
3.2.4 植被培育方案146
3.2.5 小結151
3.3 土壤基質固定152
3.3.1 臨時防沖結構試驗設計152
3.3.2 臨時防沖結構設計及試驗優(yōu)化156
3.3.3 小結164
3.4 技術應用164
3.4.1 工程施工情況164
3.4.2 植被生長情況166
3.4.3 適用條件分析169
第4章 魚類生境的保護與修復技術171
4.1 仿自然魚道空間水力多樣化調控技術172
4.1.1 仿自然魚道結構布置172
4.1.2 仿自然魚道三維紊流數學模型174
4.1.3 仿自然魚道水力多樣化調控效果分析176
4.2 三峽水庫-葛洲壩水庫運行對中華鱘產卵場的影響與水力調控優(yōu)化技術187
4.2.1 中華鱘產卵場水動力指標188
4.2.2 中華鱘產卵場三維水流數學模型190
4.2.3 三峽水庫-葛洲壩水庫運行前后中華鱘自然繁殖情況調查與分析193
4.2.4 三峽水庫-葛洲壩水庫運行對中華鱘產卵場水文水流條件的影響分析208
4.2.5 改善中華鱘產卵場水文水流條件的水力調控優(yōu)化措施221
4.3 基于模糊邏輯的魚類物理棲息地模擬技術221
4.3.1 PHABSIM模型222
4.3.2 模糊邏輯理論222
4.3.3 基于模糊邏輯的中華鱘產卵棲息地模擬224
第5章 生態(tài)調節(jié)壩調度技術231
5.1 小江回水區(qū)水華形成機制與“調度控藻”對策232
5.1.1 小江回水區(qū)水華現象232
5.1.2 小江回水區(qū)水華形成機制232
5.1.3 小江回水區(qū)“調度控藻”的基本對策分析235
5.2 生態(tài)動力學模型236
5.2.1 建模范圍236
5.2.2 水動力學模型237
5.2.3 藻類生長動力學模型239
5.2.4 模型參數的率定和驗證239
5.3 小江水位調節(jié)壩調度方案242
5.3.1 三峽水庫調度運行對小江回水區(qū)的影響242
5.3.2 調節(jié)壩可調節(jié)性分析245
5.3.3 調度方案效果評估249
參考文獻256
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