《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。

    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。通过8组不同的水流泥沙条件计算，表明不同的水沙组合可在床面形成两种不同类型的淤积形态：椭圆型和分汊型，结果与实测结果吻合良好。
    迄今为止，三维水流数学模型已有不少研究，而三维泥沙数学模型相对较少，且发展比较缓慢，主要原因有：泥沙基本理论不成熟；三维泥沙数学模型结构复杂；缺乏验证资料等。尽管三维泥沙数学模型十分复杂，难度很大，但由于它能提供全流场完整的三维信息，应进行进一步的研究。
    五、水流泥沙数值模拟的关键技术难点和发展方向
    河道泥沙数值模拟关键技术难点有：悬移质挟沙力问题；悬移质、推移质和床沙相互交换问题，以及由此而引起的床沙粗、细化问题；推移质输沙问题；回流淤积问题；大坝下游河床下切和河道展宽问题；阻力问题；在数学模型中如何体现多沙河流特殊的运动特点等。为推动泥沙数学模型的研究和应用，应在以下几个方面开展工作：由于高含沙水流的数值模拟涉及的难点较多，包括理论认识的不深入和实际数学模型计算中如何体现其运动规律存在争议，需要对多沙数学模型作进一步研究；在应用压力一速度场耦合求解的方法进行三维水流数值模拟时，由于控制方程组的非线性特性，迭代求解过程容易发散，同时自由水面的确定一直是一个比较困难的问题；三维泥沙数学模型中泥沙扩散系数的取值也没有确定的结论。本书将对数学模型发展中遇到的这些问题进行研究。
    泥沙数学模型发展中还应当考虑的问题有：①针对工程中的各种问题进行泥沙数学模型的应用，以总结经验，完善模型，不断推广；②高效数值方法研究；③加强原型观测；④开展模型的后处理及软件的商品化研究。

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