本书针对水环境模型原理及应用展开，以环境流体动力学模型(environmental fluid dynamic code，EFDC)为例阐述水环境模型的基本理论、建模程序和案例实训。全书重点描述了可视化工具EFDC_Explorer(EE)的基本功能和建模操作方法，并附以4个模型案例作为实训材料，涵盖河流、浅水湖泊、深水水库和河口区域。
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前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.2地表水环境数学模型简述2
1.2.1水动力学模型2
1.2.2水质模型2
1.2.3水生态模型4
1.3地表水环境数学模型研究热点和发展趋势5
1.3.1模型参数敏感性和不确定性6
1.3.2模型模拟精度的影响因素7
1.3.3模型应用范围的扩展8
1.3.4模型综合化、平台化和法规化9
1.3.5模型与新兴技术的结合9
1.4常用地表水环境数学模型功能对比10
参考文献11
第2章环境流体动力学模型基本理论16
2.1水动力模块16
2.1.1水平和垂向坐标系统16
2.1.2水动力基本方程16
2.1.3垂向紊流闭合18
2.1.4EFDC模型垂向分层选项20
2.2物质输运模块21
2.2.1对流-扩散传输的基本方程21
2.2.2染料/水龄22
2.3温度和传热模块22
2.3.1热传递的基本方程22
2.3.2水体表面热交换23
2.3.3沉积床温度模块25
2.3.4冰封模块26
2.4泥沙输运模块27
2.4.1悬浮泥沙输运的基本方程27
2.4.2原有的EFDC模型泥沙输运模块28
2.4.3新的泥沙输运解决方案(SEDZLJ模型)33
2.5水质与富营养化模块41
2.5.1概述41
2.5.2水柱富营养化控制方程43
2.5.3水生植物和附生植物54
2.5.4大型藻类/底栖藻类60
2.5.5沉积成岩与内源释放61
2.6有毒物质污染与运移模块65
2.6.1基本方程65
2.6.2有毒物质损失项66
2.7拉格朗日粒子追踪模块67
2.7.1基本方程和随机游动67
2.7.2溢油模型68
参考文献68
第3章地表水环境模型构建程序71
3.1问题分析和对象识别71
3.1.1按地表水体特征及其环境特征分类71
3.1.2按模拟对象和物质组分分类72
3.2模型的选择74
3.2.1模型选择的依据74
3.2.2不同水体模型选择推荐74
3.3研究区域的确定和网格划分75
3.3.1模型模拟范围的确定75
3.3.2网格划分类型76
3.4边界条件与初始条件的确定77
3.4.1边界条件的确定77
3.4.2初始条件的确定79
3.5模型参数不确定性和敏感性分析79
3.5.1不确定性来源79
3.5.2常用不确定性分析方法80
3.6模型的率定和验证81
3.6.1模型率定81
3.6.2模型验证及精度要求82
3.7模拟结果展现与分析83
3.7.1模型模拟结果展现83
3.7.2模拟结果分析83
参考文献86
第4章河流水动力模拟案例实训87
4.1项目概况87
4.2CVLGrid曲线正交网格绘制87
4.2.1网格构建88
4.2.2网格文件导入EE8.3及时间步长确定98
4.3边界条件设置102
4.3.1设置水位边界102
4.3.2设置排污口流量边界104
4.3.3设置染料浓度边界条件104
4.3.4赋值边界数据105
4.4初始条件设置109
4.4.1水深数据导入109
4.4.2Dye模块激活110
4.5模型率定验证111
4.5.1模型率定验证步骤111
4.5.2率定验证结果114
4.5.3模拟结果分析114
4.6模型使用小结116
参考文献116
第5章浅水湖泊水动力和富营养化模拟实训案例117
5.1水动力模拟案例117
5.1.1项目概况117
5.1.2网格划分及时间步长确定118
5.1.3边界条件设置120
5.1.4初始条件设置122
5.1.5模型参数不确定性和敏感性分析122
5.1.6模型的率定和验证130
5.1.7情景模拟方案133
5.1.8模拟结果与讨论134
5.1.9水动力模型使用小结137
5.2水质富营养化模拟案例137
5.2.1项目概况137
5.2.2边界条件设置138
5.2.3初始条件和参数设置141
5.2.4模型参数不确定性和敏感性分析144
5.2.5模型率定和验证(简)155
5.2.6情景模拟方案158
5.2.7模拟结果与讨论159
5.2.8水质富营养化模型使用小结162
5.3沉积物成岩模拟案例163
5.3.1项目概况163
5.3.2网格划分165
5.3.3边界条件设置165
5.3.4初始条件设置166
5.3.5不确定性和敏感性分析(简)167
5.3.6模型率定验证(简)170
5.3.7沉积物成岩模型关键参数设置172
5.3.8模拟结果与讨论175
5.3.9沉积物成岩模型使用小结180
参考文献180
第6章深水水库水动力及水温数值模拟案例实训182
6.1项目概况182
6.1.1项目背景与研究目标182
6.1.2项目区域概况182
6.2网格划分和时间步长设置184
6.2.1网格划分184
6.2.2时间步长设置185
6.3边界条件设置185
6.3.1流量数据185
6.3.2水温数据185
6.3.3风场数据186
6.3.4大气数据186
6.4初始条件设置186
6.5模型率定验证(简)186
6.5.1模型的校验186
6.5.2模型关键参数设置188
6.6情景模拟方案189
6.6.1研究水位下降对水动力过程的影响189
6.6.2σ坐标水平压力梯度误差降低方法190
6.6.3Sigma-z混合坐标(SGZ)下水平压力梯度误差降低方法191
6.7模拟结果与讨论192
6.7.1探究水位下降对水动力过程的影响192
6.7.2σ坐标下水平压力梯度误差降低方法195
6.7.3Sigma-z混合坐标下水平压力梯度误差降低方法196
6.8模型使用小结200
参考文献201
第7章河口泥沙输移及盐水入侵模拟案例实训202
7.1项目概况202
7.2网格划分及相关设置203
7.2.1网格划分类型203
7.2.2网格划分204
7.2.3地形高程设置206
7.2.4时间步长设置207
7.3边界条件设置207
7.3.1流量数据208
7.3.2示踪剂数据209
7.3.3盐度数据209
7.3.4潮汐调和数据210
7.3.5泥沙数据211
7.3.6边界条件设置212
7.4初始条件设置214
7.5模型关键参数设置214
7.5.1模块确定214
7.5.2水动力参数215
7.5.3泥沙参数215
7.6模型率定验证(简)218
7.7模拟结果与讨论220
7.7.1流场分布220
7.7.2盐水入侵模拟分析222
7.7.3泥沙输移模拟分析224
7.8模型使用小结227
参考文献227
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