河床演变的时间滞后与空间联动

本书针对河床演变时间滞后与空间联动的现象和特征，阐述河床演变时间滞后与空间联动的理论基础，原创性地提出河床演变时间滞后与空间联动的研究方法，包括半定量的河床演变阶段模型、定量计算河床演变特征量随时间变化的滞后响应模型，以及识别最强冲淤速率位置（冲淤重心）的聚类机器学习方法。将这些方法应用于不同自然因素与人类活动影响下的处于强非平衡态演变中的河道（包括三峡大坝下游宜昌—城陵矶河段、黄河三门峡库区和小浪底库区、黄河下游河道及受火山爆发影响的美国图特尔河北汊），揭示不同河道在一定时（20~70 年）空（几十至几百千米）尺度下演变的时间滞后与空间联动特征和规律。本书部分插图附彩图二维码，扫码可见。本书可供河流动力学、河床演变学、河流地貌学、河道整治与修复、防洪减灾与规划等方面的研究和管理人员及高等院校有关专业的师生参考阅读。

第1章绪论1
1.1河流的自动调整作用与平衡态1
1.2河床演变的不同时空尺度3
1.3河床演变的滞后响应现象与特征5
1.3.1非平衡态河床演变的调整过程与速率5
1.3.2河床演变的滞后响应与累积影响8
1.4河床演变的时间滞后与空间联动现象11
1.4.1溯源冲淤主导下河床演变的时间滞后与空间联动11
1.4.2沿程冲淤主导下河床演变的时间滞后与空间联动15
1.5本书的主要内容17
第2章河床演变时间滞后与空间联动的理论基础19
2.1河床演变滞后响应的理论基础：变率原理19
2.2河床演变特征量变化的显式方程20
2.2.1基于水沙运动方程推导的河床高程级数解20
2.2.2其他河床演变显式公式的推导22
2.3滞后响应模型调整速率参数的影响因素24
2.4变率原理的适用性与局限性26
2.5河床演变时空联系的理论基础：空间代替时间27
2.6本章小结29
第3章河床演变时间滞后与空间联动的研究方法30
3.1河床演变阶段模型30
3.1.1CEM30
3.1.2河床演变阶段模型的建立33
3.2河床演变的滞后响应模型35
3.3识别河床演变冲淤重心的聚类机器学习方法37
3.3.1冲淤重心的定义与研究意义37
3.3.2冲淤速率等级划分39
3.3.3冲淤重心聚类识别40
3.4本章小结42
第4章三峡大坝下游宜昌—城陵矶河段的时空演变与滞后响应43
4.1宜昌—城陵矶河段概况与水沙条件43
4.1.1研究区域概况43
4.1.2水沙条件变化45
4.2宜昌—城陵矶河段冲淤演变特征49
4.2.1河槽形态参数计算方法49
4.2.2河槽纵向及横向变化49
4.2.3河槽冲淤调整51
4.3宜昌—城陵矶河段冲淤的滞后响应模型计算53
4.3.1累计冲刷量的滞后响应模型计算方法53
4.3.2累计冲刷量变化过程模拟54
4.3.3前期水沙条件对累计冲刷量的影响56
4.4宜昌—城陵矶河段冲刷重心的时空迁移规律58
4.4.1冲淤速率时空分布矩阵58
4.4.2冲刷重心的时空分布61
4.4.3冲刷重心的迁移特性63
4.4.4冲刷重心下移与河床粗化的数值模拟65
4.5本章小结74
第5章三门峡库区冲淤与潼关高程的时空滞后响应75
5.1研究背景75
5.2三门峡水库运用与入库水沙条件77
5.2.1三门峡水库概况77
5.2.2库水位变化77
5.2.3入库水沙条件80
5.3三门峡库区及回水区的冲淤与滞后响应82
5.3.1库区河道纵向冲淤变化82
5.3.2库区河道横向及断面形态变化85
5.3.3库区及回水区的冲淤变化与时空联系87
5.4河床演变阶段模型在三门峡库区及回水区的应用88
5.4.1库区及渭河下游河道的演变特征88
5.4.2河床演变阶段模型的应用结果90
5.5汛期与非汛期冲淤重心的变化规律93
5.5.1三门峡水库季节性冲淤重心的调整93
5.5.2冲淤重心的影响因素97
5.6库区淤积量与潼关高程的滞后响应模型与模拟102
5.6.1库区累计淤积量的滞后响应模型计算方法与模拟102
5.6.2潼关高程的滞后响应模型计算方法与模拟105
5.7“318控制运用”对潼关高程与库区冲淤的影响分析106
5.8本章小结111
第6章小浪底水库的水沙异步运动与时空冲淤113
6.1小浪底水库概况113
6.2水库运用与出入库水沙条件114
6.3场次洪水的水沙异步特征118
6.4小浪底水库冲淤演变与特征量计算125
6.5小浪底水库排沙比的影响因素与计算方法127
6.5.1小浪底水库洪水排沙比的影响因素127
6.5.2考虑洪水滞留时间的排沙比计算方法130
6.5.3考虑多因素的洪水排沙比计算方法131
6.6本章小结133
第7章黄河下游河道时空冲淤与滞后响应134
7.1黄河下游河道概况与来水来沙条件134
7.1.1黄河下游河道概况134
7.1.2来水来沙条件变化136
7.2黄河下游河道时空冲淤规律139
7.2.1黄河下游河道冲淤与水库运用的联系139
7.2.2冲刷发展的时空滞后141
7.3黄河下游河道冲刷重心的时空变化144
7.4黄河下游河道冲淤量随时间变化过程的模拟146
7.4.1河床冲淤量随时间变化的公式推导146
7.4.2河床冲淤量随时间调整过程的模拟148
7.5黄河下游河道冲淤量随空间变化过程的模拟149
7.5.1河床冲淤量随空间变化的公式推导149
7.5.2河床冲淤量随空间调整过程的模拟151
7.6本章小结152
第8章美国图特尔河北汊河床时空演变与滞后响应154
8.1图特尔河北汊地理特征与水沙条件154
8.1.1研究区域154
8.1.2水沙条件156
8.2图特尔河北汊的时空冲淤演变157
8.3河床演变阶段模型的应用162
8.4本章小结164