于谦教您轻松学习《海洋沉积动力学》

什么是海洋沉积动力学？

首先，什么是海洋沉积动力学呢？可以先看一幅有趣的插图。河流从图中左上方的高山，流经平原，与海洋交汇形成冲淡水，泥沙也随之被挟带入海。陆上最接近海的地方是海岸，在此可以见到海滩或是潮滩。从海岸往海的方向去就到了大陆架，那里通常是水深小于200m的浅海。如果再往海的深处去，就到了大陆架坡折，再深处就是深海平原了。河流输送来的沉积物，以及海岸边和海底的沉积物，其在海洋中可被波浪、潮汐、洋流以及沉积物重力流等动力搬运。沉积物有时会悬浮在水中(悬移质)，有时会在海底滑动、滚动、跳跃(推移质)；它们经常暂时性地驻足海底，但是在一段时间之后又开始新的旅程。在不断运动中，有一部分沉积物失去了“活力”，沉积在底床上并保存下来，经过漫长的地质年代(长达数千年甚至数百万年)形成一定的序列，并且往往是一层一层的，称为地层，就像图上所画的那样。海洋沉积动力学就是研究沉积物在海洋环境中搬运、堆积及其环境效应的学科。

△ 地球上的沉积物源-汇体系

资料来源：Margins Office(2003)

成书背景

本书的缘起，和很多教科书都是相同的。简单说来，就是我想写一部帮助学生自学的教材，力求原理鲜明、逻辑清晰、通俗易懂，用尽量少和简单的数学知识推导出尽量多的实用结论。这份心意，与科马尔(P. D. Komar)在他的著名教科书 Beach Processes and Sedimentation(中译本《海滩过程与沉积作用》)前言中的论点不谋而合。

我在南京大学长期教授“海洋沉积动力学”研究生课程，本科生也可以选修。学生的背景多种多样，包括了海洋、地理、地质、土木、水利等不同的学科。出于教学的需要，我编写了讲义并分发给了学生，多次修改后就成了这本书。同时，我也在回忆自己的求学生涯。设想如果有一本以中文写成、篇幅不长、易于自学的教材，我的入门会快一点。最后还有一点私心，就是用这本书培训我的学生，把我要说的话写下来，就不用反复去说了。

我从本科以来就一直钻研沉积动力学，第一年上“海洋沉积动力学”这门课时，每周需要花费约16h去准备2课时的内容。从第二年开始，我就着手把授课内容写下来。此后经过多轮修改，其中有的章节经过了9次较大的修改，最终于2022年12月将书稿提交给科学出版社，之后又经过了多轮的调整和校对，才终于付梓面世。

读者可能会很快发现，本书有点虎头蛇尾：第1章鼓吹“从过程到产物的海洋沉积动力学”，但全书只讲了过程(沉积物输运过程)部分；到 9章建立了从过程到产物的数学框架后，本书就戛然而止了。产物(海岸与海底地貌地层)部分还在写作，因此本书暂名为《海洋沉积动力学原理》。本书不同于西方一些同类教科书，强调了以下四点。第一，观测与理论的结合。对每个物理量，我都力图从观测入手，因为观测是海洋沉积动力学的根本，是研究的开始(引发问题)与结束(验证结论)。第二，根据沉积物的动力学性质，从一开始就区分黏性和非黏性两个体系，分别进行讨论，这样就不容易引起理论应用上的混淆。第三，注重基础的物理图景和术语，篇幅简短。第四，用口语讲述理论、故事与历史，文本通俗易懂。

教学与学习建议

我国大学本科和研究生的课程教学，通常以16课时(1学分)作为一个单元，一门课的体量是一个单元的整数倍。通常的32课时(2学分)课程，第1～9章可以依次安排2、4、2、4+2、4、2、2+2、4+2、2课时，其中第4、7、8章各包含2课时的研讨课，用于讲评经典与前沿论文。例如，2023年和2024年，我在南京大学讲授本书第7章时，就用2课时讲评了Deal等于2023年在Nature上发表的“Grain shape effects in bed load sediment transport”一文。对于短期教学，如暑期学校，压缩到16课时(1学分)也可以讲完全书，第1～9章可以依次安排1、2、1、3、2、1、2、3、1课时。

可能更多的读者是自学本书的(上课的同学，我也建议先自学预习)。我的建议是，先通读全书，不要在乎细节的疑问，一直读到实在无法前进为止，这时再返回，从头再读。据说这是费曼建议的读书方法。阅读的目标是了解基础的物理图景和术语，建立基本的知识框架。之后，在实际的项目和研究中以本书为指南，知道可以用上哪些知识，并了解它们在书中的位置，就离成功近了一步。

从入门到前沿

本书每一章的开始，都会以一些电影、诗歌、绘画或者逸闻片段来引出其与海洋沉积动力学相关的主题，给出其中一些问题的科学解释，以增加本书的可读性，使这门看似枯燥的学问生动起来。

我希望以一种浅显易懂的方式来叙述海洋沉积动力学的方方面面，使这本书能成为适合初学者的入门读物，因为我的理解就是建立在这种简单的方式之上的。本书并不具备全面性。在当今信息社会中，相关的中外文教科书、专著、论文都很多，希望本书可以引领读者入门，帮助读者选择和阅读相关著作。

海洋沉积动力学的体系远不如物理学或者化学完善，研究的进步也在不断改变着我们的认识。本书也试图包含最新的研究成果，这样读者可以知道现在(21世纪初)海洋沉积动力学的前沿和发展方向， 笔者更希望借此激发读者的研究兴趣和灵感。书中结合了较多笔者的研究成果，这些内容较为熟悉、容易驾驭。

本文摘编自《海洋沉积动力学》一书，有删减改动，图片来源于该书，标题为编者所加。

《海洋沉积动力学》

ISBN 978-7-03-077765-2

于 谦 著

责任编辑：黄 梅 沈 旭 李佳琴

笔者多年来在南京大学讲授“海洋沉积动力学”课程，在授课讲义的基础上写成本书。本书以注重可读性、偏口语化的风格来叙述海洋沉积动力学的基本原理，以期为具有一定数理基础的读者提供轻松入门的途径。同时，融入前沿和发展方向，希望借此激发读者的研究兴趣和灵感。内容包括沉积物的特征与运动形式，沉积物的沉降速度，流体流动、湍流与边界层，底床形态与底部摩擦阻力、沉积物的输运与起动、推移质输运、悬移质输运，最终落实到地貌地层演化的计算。

本书适合海洋、地理、地质、水利等相关专业的高年级本科生和海洋地质、沉积地质、物理海洋学、自然地理学、港口海岸及近海工程等相关专业的研究生学习。本书对从事海洋和海岸沉积物(泥沙)与地貌地层研究及工程的相关科技人员亦有参考价值。

（本文编辑：洪弘）

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