环境流体力学

课程编码：180090080104P2003H 英文名称：Environmental Fluid Mechanics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：周济福等

环境流体力学是研究同人类和生物在地球上生存环境及其变化趋势有关的流动问题的 一门学科，是流体力学的重要分支。本课程旨在用流体力学的基本原理，描述自然界中大气、水体、岩土体中的流体运动和物质输运过程，深化对自然界中各种环境问题发生和演化的内在规律的认识。通过若干应用实例，阐明环境力学建模、理论分析、数值计算的基本理论和方法，学习和掌握解决环境科学中实际问题的能力。可以作为环境科学和工程，大气、海洋、水利、力学专业研究生的专业基础课程。

普通物理学、高等数学、数学物理方程、流体力学

第一章 绪言 3学时 周济福
第1节 人类环境问题认识史
第2节 环境和环境问题
第3节 环境流体力学的科学问题
第4节 环境流体力学的研究方向
第二章 自然环境中的流动与输运 3学时 周济福
第1节 流体介质及连续介质假定
第2节 流体力学基本方程与基本现象
第3节 流体力学典型模型
第4节 典型自然环境流动
第三章 环境流体力学的研究方法 3学时 安翼
第1节 理论建模：建模基础、建模方法、常用模型
第2节 现场观测：野外观测的内容与手段
第3节 实验研究：实验观测手段和方法；物理模型试验、相似理论及相似参数
第4节 数值模拟：环境流动数学模型及其分类与适用性、数值离散方法、高效计算
第四章 大气动力环境与大气运动 3学时 周济福
第1节 大气分层结构：温度、压力垂直分布
第2节 大气动力学：基本方程、涡度方程、大尺度运动
第3节 大气边界层：基本特征、下垫面的影响
第五章 河流/湖泊水动力与水质环境 6学时 周济福
第1节 引言
第2节 湖泊水动力环境：湖泊水流特征与模型
第3节 河流水动力环境：河道水流特征与模型、洪水传播特性与模型
第4节 河流泥沙运动及其输运过程：泥沙的性质、起动与沉降、对流与扩散、推移质与悬移质运动、水沙耦合动力学
第5节 水质/生态环境：重金属迁移与转化、水质/生态动力学模型
第六章 地下水环境 3学时 周济福
第1节 地下水运动的基本概念：地下水和多孔介质的性质、地下水运动特征分类、多孔介质透水特征分类
第2节 地下水运动的数学模型：基本控制方程、边界条件、求解方法、达西定律
第3节 饱和渗流
第4节 非饱和渗流
第5节 地下水溶质输运：水动力弥散、含水层的弥散方程与参数、弥散方程的求解
第七章 河口海岸带/海洋水动力环境 9学时 周济福
第1节 水波理论：线性水波、非线性水波；波浪变形；海浪描述：海浪谱、有义波高
第2节 河口水流特征：河口径流、潮汐运动及其特征、潮汐动力学、河口边界层模拟
第3节 河口海岸带泥沙输运：波浪掀沙、水动力-泥沙耦合模型
第4节 内波理论：内波的生成与演化、内波流场特性
第八章 水环境灾害
第1节 风暴潮：风暴潮定义、分类、危害；热带气旋结构、成因、消亡 0.5学时 周济福
第2节 风暴潮动力学：数学模型、风暴潮输沙 2.5学时 周济福
第3节 海啸：海啸成因、传播特征与模型 0.5学时 安翼
第4节 咸潮入侵：河口混合机制、盐水入侵动力学 0.5学时 安翼
第5节 泥石流：分类、形成、模型 2学时 安翼
第九章 复习总结、习题讲解、答疑 3学时 周济福
第1节 复习总结、习题讲解、答疑
第十章 考试 3学时 周济福
第1节 考试

周济福，中国科学院力学研究所，研究员，博士生导师，主要从事流固耦合系统动力学研究工作。现任中国力学学会理事，流体力学专业委员会主任委员，中国水利学会泥沙专业委员会委员，中国科学院大学工程科学学院海洋工程系副主任，中科院力学所学术委员会委员。安翼，1984年生，中国科学院力学研究所副研究员，中国力学学会环境力学专委会特邀委员。主要从事环境流体力学、水土耦合动力学方面的研究工作，在水土强耦合原理和模拟技术、惯性球推移质测量技术、稠密颗粒液体混合物实验技术和本构模型开展了系统研究。先后主持先导A课题1项，国家自然科学基金项目3项，国家重点研发计划子课题1项，参加多个973、国家自然科学重点基金研究项目。在Géotechnique、Advances in Water Resources、Physics of Fluids等国内外刊物和国际重要会议上发表相关学术论文20余篇。获得第十届中国力学学会科学技术二等奖（2/3）。