《挟沙水流数学模型的研究与实践》针对水流泥沙数学模型发展过程中遇到的关键性的技术难题，采用理论分析和实际编程计算相结合的方法对它们进行了研究。根据研究内容分为上篇、中篇、下篇。其中：上篇主要对多沙河流的一些重要参数、适用公式和处理方法等进行了研究，建立了多泥沙河流平面二维泥沙数学模型，并对在数学模型中如何体现多沙河流特殊的演变规律也进行了研究；中篇主要对计算过程收敛性、自由水面的确定、泥沙扩散系数的取值等进行了研究，建立了二维水流泥沙数学模型，并进行了初步验证；下篇搭建了黄河治理人工智能体系的理论框架，介绍了与之有关的人工神经网络模型、中常洪水的演进方法、河道冲淤平衡水沙关系的部分研究成果。
《挟沙水流数学模型的研究与实践》可供泥沙与河流动力学、水利、水文、地理、防洪减灾等专业的规划、设计、科研、管理人员以及高等院校师生阅读和参考。
《挟沙水流数学模型的研究与实践》针对水流泥沙数学模型发展过程中遇到的关键性的技术难题，采用理论分析和实际编程计算相结合的方法对它们进行了研究。《挟沙水流数学模型的研究与实践》可供泥沙与河流动力学、水利、水文、地理、防洪减灾等专业的规划、没计、科研、管理人员以及高等院校师生阅读和参考。
20世纪50年代以来，随着科学技术的进步和计算机技术的发展，计算流体力学逐渐成为一门独立的学科。水流泥沙数学模型作为河床变形定量预测的重要手段日益受到重视，目前长河段、长时间的一维和水深平均的平面二维泥沙数学模型已经得到广泛应用，三维泥沙数学模型发展也较快，在水利工程的规划、设计、运营中发挥着越来越大的作用。
由于很多大江大河的平面尺度远远超过垂向尺度，物理量沿水深方向的变化在许多情况下不是重点考查的对象，与三维数学模型相比计算又大大简化，因此水深平均的平面二维泥沙数学模型有着独特的优点，是目前应用最为广泛的数学模型。在泥沙数学模型应用过程中，发现已有的二维数学模型大多只适用于计算少沙河流，多沙河流数学模型落后于清水和少沙河流数学模型的发展，其主要原因是对多沙河流的一些重要参数、适用公式和处理方法等认识不够深入，同时在数学模型中如何体现多沙河流特殊的演变规律也存在较大争议。例如：高含沙洪水和低含沙洪水在汛期往往交替发生，在数值模拟中如何选用适宜的流变方程；高含沙洪水的挟沙能力具有“多来多排”和形成“浆河”等特点，使数学模型中应用的挟沙力公式易与实际不甚符合；多沙河流大都拥有散乱型流路，主流在宽广的大堤内摆动游荡，往往滩槽区分并不明显，还有可能形成“二级悬河”，使得断面概化困难；对很多系数和处理方法存在较大的争议，如流场与沙场是否应耦合计算、收敛判断条件、计算时段选取规则等，尚无定论，特别是对恢复饱和系数的取值争议很大。
前言
上篇 多泥沙河流平面二维泥沙数学模型
第一章 绪论
第一节 问题的提出
第二节 泥沙运动规律研究进展
第三节 泥沙数学模型研究进展
第四节 本书的研究思路及主要内容
第二章 多沙流体流变方程和挟沙力公式的选用
第一节 模式分类的依据和实施
第二节 对宾汉剪应力的BP网络训练结果与分析
第三节 二元均匀流挟沙力的BP网络训练结果与分析
第四节 天然多沙河流数学模型中挟沙力公式的选用
第五节 本章小结
第三章 多沙河流河床断面概化的研究
第一节 河床断面概化的意义和已有方程
第二节 多沙河流断面形态补充方程的建立和验证
第三节 断面概化方法的应用步骤
第四节 本章小结
第四章 多泥沙河流水深平均的二维泥沙数学模型
第一节 水流泥沙运动的控制方程
第二节 计算定解条件
第三节 计算步骤
第四节 平面二维水流数学模型的应用
第五节 泥沙模块计算时所用公式和参数的选取
第六节 模型的验证
第七节 本章小结
中篇 三维水流泥沙数学模型研究
第五章 三维水沙运动的控制方程与求解
第一节 水流控制方程和压力项分解
第二节 水流控制方程离散与求解
第三节 泥沙输运方程
第四节 定解条件
第五节 SIMPLE格式发散的原因及改进方案
第六节 不同步修正的实施和优点
第七节 不同步修正避免计算发散的实例
第八节 本章小结
第六章 自由水面的确定
第一节 考虑动水压力梯度的自由水面计算
第二节 垂线平均流速的确定
第三节 引入动水压力梯度与无动水压力梯度的计算对比
第四节 本章小结
第七章 三维水流泥沙数学模型计算实例
第一节 三维水流模型在计算明渠流中的应用
第二节 三维水流模型在计算复式断面中的应用
第三节 挖入式港池内流场的数值计算
第四节 三维泥沙数学模型计算实例
第五节 本章小结
下篇 黄河治理开发中的实用泥沙数学模型
第八章 黄河治理开发中的人工智能体系
第一节 人工智能理论
第二节 人工智能概述
第三节 人工智能体系在治黄中的应用
第九章 黄河与渭河下游河道人工神经网络模型
第一节 人工神经网络模型特点
第二节 人工神经网络模型在黄河下游的开发及应用
第三节 人工神经网络在渭河下游输沙水量研究中的应用
第十章 多泥沙游荡河道中常洪水的演进方法
第一节 研究方法的由来
第二节 洪水划分
第三节 洪水演进
第十一章 黄河下游河道冲淤平衡水沙关系初步研究
第一节 花园口断面平衡含沙量的影响因素分析
第二节 花园口断面平衡含沙量的函数关系
第十二章 主要结论及研究展望
第一节 主要结论
第二节 研究展望
参考文献
Li模拟宽阔水域有横向流时倾倒泥沙的淤积形态。将控制方程分解为三个部分：对流过程、扩散过程和压力传播过程。计算得出了两种不同的床面形态，并对其成因进行了分析。Wu等发展的三维泥沙数学模型，其自由水面是求解沿水深方向平均的明渠流二维Poisson方程得到的，该方程由沿水深平均的二维动量方程导出。用该模型计算180。弯道的泥沙输移情况，同时包含推移质和悬移质，结果与实测值比较一致。Fang等在正交曲线坐标系下，利用两相流张量分析法导出控制方程，在给定自由水面和河底边界条件下求解。计算得到的三峡工程建成后运行若干年后的河床形态，与清华大学物理模型试验结果十分相似。
陆永军根据紊流随机理论，建立三维紊流泥沙数学模型，应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题研究中，预测了三峡工程建成后坝区上游河段泥沙冲淤发展过程及其分布，河床淤积物级配及不同时期、不同高程的流场、含沙场等，计算结果与清华大学、长江科学院、南京水利科学研究院物理模型试验值比较接近。夏云峰建立三维非交错网格水流泥沙数学模型，采用拟合曲线坐标和垂向标变换，用动量插值方法计算交界面流速以避免波状压力场，由压力校正法求解压力一速度耦合问题，成功模拟了长江南京河段水流泥沙运动，结果可靠。马福喜用具有浮力特性的k-s紊流模型研究水中抛沙时床面淤积特性，用破开算子法将控制方程分为对流项、扩散项和源项三部分，用有限差分法对控制方程求解。
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