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董志勇 著

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• 环境流体力学
• 水动力学
• 河流动力学
• 海岸动力学
• 污染扩散
• 数值模拟
• 水文模型
• 大气边界层
• 生态水力学
• 环境工程

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030447975

版次：1

商品编码：11805304

包装：平装

开本：32开

出版时间：2015-11-01

页数：228

正文语种：中文

内容简介

本书系统地阐述了环境流体力学的基本概念、基本理论及**研究成果，内容主要包括：水环境和大气环境的基本概念、分子扩散理论、紊流扩散理论、射流理论、羽流理论、浮射流理论、阵喷流理论、大气扩散、剪切流离散、水质模型、地下水污染模型、分层流理论、水体混合理论、生态流体动力环境等。为便于读者自学，文字力求写得通俗易懂，对一些数学处理给出了比较详细的推导过程。书末附有环境流体力学常用术语中英文对照表、人名中外文对照表以及详细的参考文献，以便读者深入研究时参考。

前言/序言

探索未知：一窥现代科学的宏伟画卷 本书并非探讨流体在环境介质中运动的经典著作，而是一次对跨学科前沿领域的深度聚焦，旨在为读者勾勒出一幅涵盖计算科学、高级材料学以及复杂系统动力学的宏伟图景。它着眼于那些尚未被传统学科完全整合，却正以前所未有的速度塑造我们未来世界的关键技术与理论基础。 第一部分：计算范式的革命与高维数据的解析 本书的开篇，将读者引入非线性动力学的迷宫，但其核心关注点在于如何通过计算模型来逼近和预测那些传统解析方法束手无策的现象。 1. 拓扑数据分析（TDA）在复杂网络中的应用： 我们摒弃了对单一变量或低维流场的关注，转而深入研究高维数据集的内在几何结构。本书详尽阐述了如何利用持续同调等数学工具，从海量异构数据中提取出稳定的“洞”和“环”，这些结构往往预示着系统内在的临界点或功能模块。例如，在解析社交网络中信息传播的扩散边界时，TDA如何揭示出那些看似随机的连接背后，隐藏的集体行为驱动力。这不是对信息流的描述，而是对信息空间拓扑形态的量化分析。 2. 随机微分方程（SDEs）与路径积分的数值实现： 面对无法精确建模的系统，本书转向随机性在确定性框架下的表达。我们详细比较了蒙特卡洛方法、谱方法以及有限元方法在求解包含Lévy噪声项的随机微分方程时的效率与精度差异。重点在于，如何设计高阶、无偏的数值积分器，以精确捕捉系统在极短时间尺度上的路径依赖性，尤其是在模拟量子场论中对费曼路径积分的数值近似时，对计算资源的极致利用和误差的严格控制。 3. 稀疏采样与压缩感知理论在成像科学中的前沿应用： 现代传感器阵列产生了过载的数据，而有效的分析依赖于智能地从稀疏采样中重构全貌。本书深入探讨了Basis Pursuit 和 Orthogonal Matching Pursuit 等算法，不仅展示了其在传统信号处理中的效能，更将其提升至三维空间信息采集的层面。具体而言，我们分析了如何利用这些方法，在极低信息熵的探测条件下，重构出高精度的三维结构信息，例如在深空探测中对微弱反射信号的有效分离。 第二部分：新型材料的量子限制与宏观效应的耦合 此部分的核心，是将视角从宏观尺度拉回至原子尺度下的物理限制，并探讨这些微观特性如何涌现出令人惊叹的宏观工程特性。 1. 二维材料的电子结构与狄拉克锥的调控： 本书深入研究了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料的能带结构。我们的重点不在于这些材料的机械强度，而在于其独特的费米面拓扑结构。书中详述了如何通过外加电场或晶格应变（即压电效应的量子起源）来精确控制狄拉克锥的倾斜度与中点位置，从而实现对载流子有效质量的动态调控，这对于设计超快光电器件至关重要。 2. 拓扑绝缘体与手性输运现象： 超越传统的欧姆定律，我们考察了拓扑材料的边界态。重点分析了时间反演对称性被打破时，电子如何在材料表面实现无耗散的单向输运。书中通过Kubo公式的非平衡态推广，量化了这种手性（Chirality）对热电子学和自旋电子学的影响，这远超普通导体或绝缘体的范畴。 3. 纳米结构中的量子隧穿效应与非局域性： 我们探讨了当结构尺寸进入德布罗意波长尺度时，电子行为的彻底改变。重点分析了扫描隧道显微镜（STM）的成像机理，并非作为一种“探针”，而是作为量子隧穿势垒的动态控制器。书中对非局域隧穿现象进行了细致的建模，即电子在极短时间内跨越较大间隙的概率，这对于量子计算中的比特耦合具有直接指导意义。 第三部分：复杂系统的涌现行为与信息论视角 最后一部分，本书将目光投向系统层面的组织与演化，采用信息论的框架来理解复杂性的本质。 1. 互信息与因果发现（Granger Causality的扩展）： 我们利用互信息（Mutual Information）而非传统的相关系数，来度量不同子系统间的依赖程度。书中详述了如何构建多变量时间序列的因果图，用以区分哪些变量是驱动力（Driver），哪些仅是响应者（Responder）。这种方法论在分析生物网络的代谢路径重组或金融市场中高频交易的交互影响时，展现出无与伦比的穿透力。 2. 自组织临界性（SOC）与幂律分布的普适性： 本书讨论了耗散系统如何在没有外部调控下，自发地达到临界状态。通过对沙堆模型（Sandpile Model）的深入剖析，我们展示了幂律分布如何作为一种信息最大化的结果出现。重点在于识别出导致系统进入SOC状态的内部反馈机制，并探讨其在地震学和森林火灾蔓延中的普适性规律。 3. 耗散结构与非平衡态热力学： 我们超越了平衡态的限制，进入远离平衡态的开放系统领域。书中详细阐述了普里戈金（Prigogine）的耗散结构理论，强调了负熵流在维持系统有序性中的关键作用。这不仅仅是能量的流动，更是信息与结构的耦合。我们分析了如何通过最小熵产生原理（在特定条件下），来预测复杂系统在外界扰动下将采取的最稳定的演化路径。 通过以上三个维度的交叉探讨，本书旨在为读者提供一套全新的分析工具箱，用于驾驭那些由非线性、高维和随机性主导的现代科学难题，从而洞察自然界和工程系统深层次的组织规律。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我对流体在环境中的运动有了全新的认识。我一直以为流体力学是那些深奥的工程学研究，但《环境流体力学》这本书却用非常直观和生动的方式，将那些复杂的概念解释得浅显易懂。比如，书中对河流的泥沙输移过程的描述，让我能够清晰地想象出水流如何携带、搬运和沉积泥沙，以及这些过程如何塑造河床地貌。更让我着迷的是，书中还探讨了污染物在水体中的扩散和迁移，这对于理解水污染的形成和治理至关重要。我之前可能只是笼统地知道“水会把脏东西带走”，但这本书让我了解到，污染物在水流中的扩散路径、速度，甚至浓度分布，都受到水体自身的动力学特性的深刻影响。书中还引用了大量的实际案例，比如不同类型水库的出库流场分析，以及城市雨洪过程的模拟，这些都让我觉得书中的知识离我并不遥远，而是与我们的日常生活息息相关。尤其是在描述大气边界层流动的章节，那些关于风速剖面、湍流耗散率的讨论，虽然听起来专业，但作者通过比喻和类比，让我能够感受到空气在不同地表条件下的不同“性格”，这对于理解天气变化和空气质量也大有裨益。总而言之，这本书成功地架起了我理解环境现象与流体力学原理之间的桥梁，让我不再对那些看似枯燥的公式感到畏惧，而是看到了它们背后蕴含的强大解释力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的惊喜，在于它将抽象的物理概念与生动的自然现象巧妙地结合起来。我一直觉得“流体力学”这个词就意味着大量的公式推导和枯燥的计算，但《环境流体力学》完全打破了我的这种固有印象。书中关于海洋环流的章节，用非常形象的比喻来描述科里奥利力对洋流方向的影响，让我瞬间就理解了为什么大规模的洋流会呈现出宏大的旋转模式。我还特别喜欢书中对湖泊和水库中分层流动的讨论，比如密度差如何导致不同深度的水体形成相对独立的流动层，以及这些层之间的混合过程。这让我能够更好地理解为什么有些湖泊的底部水温常年保持较低，以及为什么水体中的溶解氧分布会有显著的垂直差异。书中还涉及了一些有趣的现象，比如海浪的形成和传播，以及潮汐的动力学解释。这些虽然在科普读物中也常有提及，但《环境流体力学》通过引入流体力学的基本方程和概念，赋予了这些现象更深层次的科学解释。我不再仅仅是“看到”了现象，而是开始“理解”了现象背后的驱动力。书中对大气边界层湍流的描述，也让我对空气的运动有了更具象化的认识，那种空气在地面障碍物周围的绕流和搅动，仿佛就在我眼前上演。这本书让我觉得，原来自然界中流动的奥秘，是如此的丰富多彩，又如此的令人着迷。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对环境保护充满热情的普通读者，我一直想找到一本能够解释环境问题背后科学原理的书籍。《环境流体力学》恰恰满足了我的需求，而且超出了我的预期。书中对河流溃决的模拟和分析，让我深刻理解了洪水风险的形成过程，以及溃堤后水流的破坏力。我之前可能只知道“堤坝坏了会有洪水”，但这本书让我了解到，水流的能量、速度、以及泥沙的携带能力，才是造成破坏的关键。书中关于地下水流动的章节，也让我对水资源的保护有了更深的认识。我了解到，地下水的运动速度相对较慢，一旦受到污染，修复起来非常困难。书中对污染物在地下水中的迁移路径、扩散速度以及吸附作用的分析，让我看到了地下水污染治理的挑战性。另外，书中对大气污染扩散的描述，比如风向、风速、以及大气稳定度对污染物浓度分布的影响，也让我对雾霾等环境问题有了更科学的理解。我不再仅仅是抱怨空气质量差，而是开始尝试从流体力学的角度去分析污染物的来源和传播途径。这本书虽然包含了不少专业术语，但作者的讲解非常有条理，而且辅以大量的图示和示意图，使得阅读过程并不枯燥，反而充满了探索的乐趣。它让我明白，很多环境问题并非孤立存在，而是与我们赖以生存的流体环境息息相关。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷，是想深入了解城市排水系统的工作原理。作为一个生活在大城市的居民，我常常会在暴雨季节遇到内涝问题，这让我非常困扰。而《环境流体力学》这本书，恰好提供了一个非常好的切入点。书中详细阐述了城市地表径流的形成机制，包括降雨强度、地表渗透性、坡度等因素如何共同作用，导致雨水在城市区域汇集并向下游流动。让我印象深刻的是，书中对不同排水构件，如雨水井、排水管道、以及排放口等，在流体动力学方面的分析。我这才明白，原来一个看似简单的排水井，其内部的水流运动也是非常复杂的，水流的速度、漩涡的形成，都会影响到排水效率。书中还提到了城市化进程对地表径流特性的改变，比如不透水面积的增加如何加剧了洪涝风险，这让我更加深刻地认识到城市规划和排水设计的重要性。虽然书中并非直接给出“如何解决内涝”的详细方案，但它提供了理解问题的基础理论，让我能够更好地理解一些工程措施背后的科学原理。比如，书中关于明渠流和有压流的区分，以及水力坡度、流速等概念的讲解，都为我理解地下排水管道的运行提供了理论框架。我甚至开始对海绵城市的概念产生了更浓厚的兴趣，因为书中提到的自然排水理念，似乎与海绵城市的设计思路不谋而合。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对流体世界的新视界。之前我对“流体力学”的认知，可能仅限于高中物理课本里关于压强和浮力的简单介绍。但《环境流体力学》却以一种非常引人入胜的方式，将流体在自然界中的各种运动展现出来。书中关于浅水波传播的章节，让我对海浪如何从遥远的海面一直传播到岸边，以及在这个过程中能量如何转化，有了清晰的认识。我还对书中关于河流河漫滩溢流的描述印象深刻，那些水流如何在洪水期间涌入河漫滩，并逐渐减速、沉积泥沙的过程，让我在脑海中勾勒出一幅幅生动的画面。书中还涉及了水体混合的问题，比如不同密度、温度的水体在搅拌或自然对流作用下的混合过程，这对于理解水库的富营养化过程以及水体自净能力有着重要的意义。作者还尝试用一些简单的物理模型来解释一些宏观现象，比如使用伯努利方程来初步解释飞机起飞的原理（虽然不是本书重点，但提到了流体速度与压强的关系），以及用雷诺数来区分层流和湍流，这些都极大地增强了我的理解。读完这本书，我感觉自己对周围的水体、空气，甚至是土壤中的水分运动，都产生了一种全新的观察视角，不再是漠然的旁观者，而是开始思考它们背后蕴含的动力学规律。