河流数学模型是研究河道、湖泊等地表水流系统中水流、物质输运、水质变化、河床演变等的常用手段。作者针对工程应用最广的雷诺时均控制方程河流数学模型及其技术瓶颈，开展系统性研究并在理论与方法上取得突破。全书先后介绍所取得的一维、二维、三维、多维耦合河流数学模型理论与方法，全面覆盖了水动力计算、物质输运模拟等内容。本书集全面性、创新性和实践性于一体，形成了一个跨越多个空间维度的大时空河流数值模拟理论与方法体系，在内容上由浅入深，先通过低维模型引出概念、方法与计算流程，再借用中高维度模型深入介绍计算理论，对模型研发初学者和资深研究者均具有参考价值。
本书是计算水力学与水环境模拟范畴的一部专业著作，适用于水力学、水环境、智慧水利、河流动力学、城市水系统规划等专业的学者和本科生、研究生，也是水利水电、航道水运、环境生态等相关行业工程技术人员的基础性参考书籍。

胡德超，男，湖北武汉人，1982年生，2009年毕业于清华大学水利系，获博士学位，曾任华中科技大学副教授、博士生导师，现在长江科学院工作，兼任湖北省水力发电工程学会水工及水电站建筑物专业委员会副主任。至今主持国家自然科学基金项目2项、参与重点基金项目2项，以第一或通讯作者发表SCI论文20余篇，完成工程计算任务60余项，获教育部科技进步一等奖等科技奖励。

序一
序二
前言
第1章 河流数值模拟基础
1.1 地表水流运动及流动系统
1.1.1 地表水流系统概念
1.1.2 地表水流系统的研究方法
1.2 流体力学概念的辨析
1.2.1 水流的基本概念与假定
1.2.2 描述流体运动的方法
1.2.3 迹线与流线辨析
1.3 河流数学模型的控制方程
1.3.1 流体受力与黏性流动的基本方程
1.3.2 描述紊流的雷诺时均NS方程
1.3.3 紊流方程闭合的涡黏模式
1.3.4 物质输运方程
1.3.5 河流数值模拟概述
1.4 控制方程的时空离散基础
1.4.1 计算网格要素与模型控制变量
1.4.2 平面非结构网格及其符号系统
1.4.3 河网/管网计算网格及其符号系统
1.5 河流数学模型的关键问题
1.5.1 流速-压力耦合的求解
1.5.2 水流的自由表面追踪
1.5.3 对流问题的求解
1.5.4 多维多物理过程分解
参考文献
第2章 河道/管道一维水动力模型
2.1 明渠与承压水流控制方程的统一
2.1.1 明渠与承压水流连续性方程的统一
2.1.2 明渠与承压水流运动方程的统一
2.1.3 其他形式的一维动量方程
2.2 水流控制方程的线性化
2.2.1 不规则断面引起的非线性
2.2.2 全局与局部线性化方法
2.2.3 线性化技术的适用性
2.3 明渠水动力模型的基本架构
2.3.1 动量方程的算子分裂离散
2.3.2 连续性方程的时空离散
2.3.3 流速-压力耦合的构造与求解
2.4 不规则断面的混合流模型
2.4.1 混合流模拟方法的研究进展
2.4.2 混合流的离散化描述方法
2.4.3 混合流水动力模型的特殊性
2.5 计算区域的干湿转换模拟
2.5.1 单元干湿转换的模拟
2.5.2 干湿转换的水量误差分析
2.6 混合流模型的数值实验
2.6.1 明渠-暗管交替混合流
2.6.2 圆管中混合流水跃
2.6.3 混合流周期波动
参考文献
第3章 河网一维水动力与物质输运模拟
3.1 河网一维水动力模型
3.1.1 河网关键问题的研究现状
3.1.2 河网的预测-校正分块解法
3.1.3 河网预测-校正分块解法的特性
3.2 点式欧拉-拉格朗日方法
3.2.1 欧拉-拉格朗日方法产生的背景
3.2.2 一维点式ELM的基本原理
3.2.3 点式ELM在河网中的执行
3.3 守恒型欧拉-拉格朗日方法
3.3.1 追踪拉格朗日单元的ELM
3.3.2 求解物质输运的通量式ELM
3.4 河网水动力与物质输运数值实验
3.4.1 环状与枝状河网水流的模拟
3.4.2 大型江湖河网系统的模拟
3.4.3 与商业软件的比较测试
3.5 大时空水环境实时模拟研究展望
3.5.1 大型浅水流动系统实时模拟
3.5.2 水环境与优化调度耦合计算
参考文献
第4章 平面二维水动力模型
4.1 半隐式二维水动力模型基本架构
4.1.1 控制方程与定解条件
4.1.2 动量方程的算子分裂离散
4.1.3 流速-压力耦合问题的求解
4.1.4 隐式二维模型干湿动边界处理
4.2 浅水流动分区局部解法误差的解析
4.2.1 隐式水动力模型并行解法的研究现状
4.2.2 分区局部解法误差变化的解析
4.2.3 浅水流动分区求解的误差变化规律
4.3 隐式水动力模型的预测-校正分块解法
4.3.1 基于区域分解的两步求解思路
4.3.2 预测-校正分块解法的求解流程
4.3.3 预测-校正分块解法的应用条件
4.3.4 预测-校正分块解法的辨析
4.4 模型参数敏感性的研究方法
4.4.1 参数敏感性研究测试算例设计
4.4.2 预测-校正分块解法的加速性能
4.4.3 预测-校正分块解法的计算精度
4.5 大型浅水流动系统建模与测试
4.5.1 分区变尺度滩槽优化的非结构网格
4.5.2 大型浅水流动系统参数率定
4.5.3 并行分区划分原则与并行测试方法
4.5.4 大型浅水流动系统数值试验
4.6 不同水动力模型的比较与讨论
4.6.1 与商业软件的比较研究
4.6.2 大型浅水流动数值模拟的发展
参考文献
第5章 平面二维物质输运的模拟
5.1 二维物质输运模型常规解法
5.1.1 二维物质输运模型的基础架构
5.1.2 对流物质输运的常规解法
5.1.3 守恒型ELM的发展
5.2 对流算法非物理振荡的控制机制
5.2.1 非物理振荡的本质与解决方法
5.2.2 基于逆向追踪带的FVELM
5.2.3 FVELM特性与嵌入式执行
5.3 简易的全二维通量式ELM
5.3.1 无实体依赖域的通量式ELM
5.3.2 界面通量校正的作用与测试
5.3.3 通量式对流物质输运解法的辨析
5.4 通量式ELM的参数敏感性
5.4.1 刚体云旋转物质输运
5.4.2 弯道水槽物质输运
5.5 大型浅水流动物质输运数值试验
5.5.1 真实长河道物质输运的模拟
5.5.2 真实枝状水库物质输运的模拟
5.5.3 与商业软件的比较研究
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