海洋沉积动力学原理

笔者多年来在南京大学讲授“海洋沉积动力学”课程，在授课讲义的基础上写成本书。本书以注重可读性、偏口语化的风格来叙述海洋沉积动力学的基本原理，以期为具有一定数理基础的读者提供轻松入门的途径。同时，融入前沿和发展方向，希望借此激发读者的研究兴趣和灵感。内容包括沉积物的特征与运动形式，沉积物的沉降速度，流体流动、湍流与边界层，底床形态与底部摩擦阻力、沉积物的输运与起动、推移质输运、悬移质输运，最终落实到地貌地层演化的计算。本书适合海洋、地理、地质、水利等相关专业的高年级本科生和海洋地质、沉积地质、物理海洋学、自然地理学、港口海岸及近海工程等相关专业的研究生学习。本书对从事海洋和海岸沉积物（泥沙）与地貌地层研究及工程的相关科技人员亦有参考价值。

获国家海洋局2015年度海洋领域优秀科技青年荣誉称号；2016年度海洋科学技术奖二等奖：河口海岸沉积动力学及其环境效应（汪亚平、高建华、于谦、史本伟、杨旸）；主持国家自然科学基金面上项目和青年项目，参与973项目课题。

第1章绪论1
1.1引子——从电影《怒海争锋：极地远征》说开去1
1.2海洋沉积动力学的内涵3
1.2.1什么是海洋沉积动力学3
1.2.2从过程到产物的海洋沉积动力学5
1.2.3海洋沉积动力学的研究特点与方法6
1.2.4从沙粒到层序、从亚秒到万年——尺度问题7
1.3研究的实例8
1.3.1荷兰的“砂引擎”与海岸漂砂(砂质海岸)8
1.3.2长江口深水航道与河口*大浑浊带12
1.3.3海岸盐沼陡坎的侵蚀后退与湿地保护(泥质海岸)12
1.3.4中国东部海域的悬沙和沉积体系15
1.4研究历史17
1.5本书的章节安排与文献阅读建议19
1.5.1章节安排19
1.5.2从入门到前沿19
1.5.3文献建议20
参考文献21
第2章沉积物的特征与运动形式24
2.1单个沉积物颗粒的粒度24
2.2沉积物粒度信息的统计分析31
2.3粒度测量方法36
2.4沉积物的其他物理属性39
2.5沉积物的动力特性40
2.6沉积物的运动形式42
参考文献46
第3章沉积物的沉降速度49
3.1沉降速度的定义49
3.2影响沉降速度的因素50
3.3小型球形颗粒的沉降过程53
3.4一般非黏性沉积物颗粒(天然砂)的沉降过程58
3.5黏性沉积物的沉降61
参考文献66
第4章流体流动、湍流与边界层68
4.1湍流：从凡高到海森堡68
4.2流体流动状态的观测：流速测量70
4.3湍流与雷诺应力77
4.4边界层83
4.4.1非层结流体边界层内的受力平衡84
4.4.2近底床区域的等切应力和直线型涡黏系数假设87
4.4.3垂向线性减小的切应力和抛物线型涡黏系数假设88
4.4.4用对数流速分布反推底床切应力和摩阻高度89
4.4.5适用于一般情况的二阶k-ε模型90
参考文献96
第5章底床形态与底部摩擦阻力98
5.1底床形态及其测量方法98
5.2底床形态的生成与分类101
5.2.1底床沉积物黏性对底形的影响101
5.2.2底形的成因104
5.2.3底形的分类：低流态底形与高流态底形105
5.2.4低流态底形分类：小波痕、沙丘108
5.2.5波浪底形112
5.2.6潮流底形114
5.3水流的底部摩擦116
5.3.1底床切应力的计算公式116
5.3.2产生底床阻力的因素118
5.3.3底形糙率119
5.3.4水流底床切应力与水流底床表面切应力123
5.4波浪的底部摩擦124
5.4.1波浪边界层顶部的流速振幅：波浪轨道速度124
5.4.2波浪底床切应力126
5.5浪流联合作用下的底部摩擦128
附录：潮流沙脊(潮流脊)129
参考文献131
第6章沉积物的输运与起动135
6.1沉积物输运的定义与概念135
6.2沉积物的起动137
6.2.1非黏性沉积物的起动139
6.2.2粗细混合非黏性沉积物的起动142
6.2.3黏性沉积物的起动144
参考文献146
第7章推移质输运147
7.1推移质输运率的观测方法147
7.2推移质输运率公式149
7.3潮流作用下的推移质净输运153
参考文献156
第8章悬移质输运158
8.1悬沙浓度的观测方法162
8.1.1传统方法：采样称重162
8.1.2代用指标测量：光学和声学方法162
8.2悬沙输运方程167
8.2.1沉积物的质量守恒方程：扩散方程167
8.2.2湍流对扩散方程的影响169
8.3均匀恒定流下悬沙浓度的垂向分布170
8.3.1扩散方程的一维近似解：Rouse剖面170
8.3.2非黏性底床悬沙浓度计算的底部边界条件：浓度边界174
8.3.3黏性底床悬沙浓度计算的底部边界条件：通量边界179
8.4潮流作用下悬沙浓度的时空变化185
8.5潮流作用下悬移质净输运率190
参考文献193
第9章沉积物输运与地貌地层演化计算196
9.1沉积物输运计算196
9.2地貌地层演化计算198
参考文献201