水环境中污染物的迁移转化过程模拟和预测是水生态环境健康诊断、预测、预警及控制管理的重要基础.本书系统地介绍了污染物在水环境中的迁移转化规律、模拟及预测等方面的内容,并且介绍了水流流场的模拟,注重水环境模型与工程实际应用的结合.其中不仅包含了作者多年从事水环境模拟与预测的研究成果,而且反映了国内外的主要最新成果.
本书可作为水利水电、环境工程等相关专业研究生的教材与教师的参考书,亦可供科研、设计及管理人员阅读.
样章试读
目录
- 序
前言
第1章 绪论
1.1 水环境模拟的目的、任务和内容
1.1.1 水环境模拟的目的
1.1.2 水环境模拟的任务
1.1.3 水环境模拟的主要内容
1.2 数学模型的建立步骤
1.3 水环境数学模型的分类
1.4 水环境数学模型的研究进展
1.4.1 地表水环境模型的发展过程
1.4.2 地下水流和溶质运移模拟软件的发展现状与趋势
1.4.3 水环境数学模型的应用
1.4.4 水环境数学模型的发展趋势
第2章 流体运动的基本原理与基本方程
2.1 流体运动的基本原理
2.1.1 观察流体运动的两种方法
2.1.2 流体微团速度分解定理(Cauchy-Helmholtz定理)
2.1.3 流体中一点应力状态，应力张量
2.2 流体运动基本方程
2.2.1 体积分的随体导数
2.2.2 连续性方程
2.2.3 流体运动的微分方程——Navier-Stokes方程
2.2.4 能量方程
2.2.5 流体输运的对流扩散传输方程
第3章 流体中物质输运的基本理论
3.1 流体中物质输运的主要方式
3.2 分子扩散的Fick定律
3.3 紊动扩散
3.4 剪切流动的离散
3.5 河流中的混合
3.6 矩形河道均匀流污染带的计算
3.6.1 污染带的宽度(带宽)
3.6.2 污染带的长度(带长)
3.6.3 时间连续横向线源的污染带
3.7 用累计流量坐标计算天然河流中二维扩散
3.7.1 用累计流量坐标表达的二维扩散方程
3.7.2 关于横向扩散因素K及无量纲累积流量坐标p的计算
3.8 算例
第4章 污染物迁移模型的解析解
4.1 一维扩散方程的基本解
4.2 一维扩散方程的空间瞬时线源解
4.3 一维扩散方程的时间连续源解
4.3.1 时间连续点源
4.3.2 时间连续线源
4.4 边界有界的一维扩散方程解
4.4.1 一侧完全反射的瞬时点源情况
4.4.2 两侧反射的瞬时点源情况
4.5 移流扩散
4.5.1 瞬时点源的对流扩散
4.5.2 时间连续点源的对流扩散
4.6 算例
第5章 河流水质模型的有限差分法及其应用
5.1 有限差分法
5.1.1 差分方法的基本概念
5.1.2 差分方程的基本问题
5.2 一维河流的有限差分水质模型
5.2.1 显式有限差分格式解
5.2.2 隐式差分格式解
5.2.3 混合式差分格式解
5.2.4 混合式(或隐式)差分方程的"追赶法"求解的过程与程序
5.3 河渠非恒定流的数值格式
5.4 二维对流扩散方程在高Reynolds数的自动迎风与斜迎风数值解
5.4.1 对流扩散方程的典型形式
5.4.2 对流项的自动迎风与斜迎风格式
5.4.3 扩散项的高精度格式
5.4.4 二维对流扩散方程完全9点格式
5.4.5 计算原则
5.4.6 与FA方法的比较
5.4.7 算例
5.4.8 结论
5.5 三维对流扩散方程在高Reynolds数的自动迎风与斜迎风数值解
5.5.1 试解函数
5.5.2 方程的无量纲化与网格Reynolds数
5.5.3 扩散项系数的处理
5.5.4 权系数考虑与计算
5.5.5 空间几何变换关系
5.5.6 各点系数归一化
5.5.7 算例
5.5.8 与有限分析法对比
5.5.9 结语
5.6 实例
第6章 有限元法
6.1 变分原理与加权余量法
6.1.1 泛函极值与变分原理
6.1.2 加权余量法
6.2 有限元法及其插值函数
6.2.1 有限元解题步骤
6.2.2 有限元插值函数
6.3 算例
6.3.1 算例1
6.3.2 算例2
6.3.3 算例3
6.3.4 算例4
6.3.5 算例5
第7章 水体温度模型
7.1 水体热交换过程
7.1.1 水体热平衡与热交换
7.1.2 水体与大气之间的热交换
7.1.3 其他热交换
7.2 河道水温沿程分布的数学模型
7.2.1 单位表面积净热交换通量S的确定
7.2.2 纵向离散系数DL的确定
7.2.3 模型求解
7.3 湖泊、水库的水温迁移模型
7.3.1 水库水温研究概况
7.3.2 水库的分类
7.3.3 水库水温的研究方法
7.4 水库垂向一维温度模型
7.4.1 水库一维温度方程
7.4.2 边界条件
7.4.3 水库内部的流动模式和流场
7.5 水库垂向二维水温模型
7.5.1 控制方程
7.5.2 边界条件和初始条件
7.5.3 控制方程的坐标变换
7.5.4 控制方程的离散化及求解
7.6 水库水温及其下游影响长度计算方法的比较
7.6.1 水库垂向水温预测
7.6.2 水库下游河道水温及其影响长度
7.6.3 结语
7.7 带有取排水口的二维流场温度场计算
7.7.1 方程形式
7.7.2 数值计算格式
7.7.3 程序的实现
7.7.4 计算结果的处理
7.7.5 计算程序
7.7.6 计算结果
第8章 河流水质模型
8.1 水质模型发展概况与分类
8.1.1 水质模型的定义
8.1.2 水质要素的主要内容
8.1.3 水质模型发展概况
8.1.4 水质模型的分类
8.1.5 建立水质模型的基本步骤
8.2 常见的河流水质模型
8.3 河流水质模型基本方程
8.3.1 零维模型
8.3.2 一维河流的单组分水质模型
8.4 Streeter-Phelps BOD-DO模型
8.5 其他模型简介
8.5.1 Thomas BOD-DO模型
8.5.2 Dobbins-Camp BOD-DO模型
8.5.3 O'Connon BOD-DO模型
8.6 多河段水质的稳态模拟
8.6.1 基本关系式
8.6.2 BOD5的模拟关系式
8.6.3 DO的模拟关系式
8.7 河流综合水质模型QUAL2E及其应用
8.7.1 QUAL2E模型
8.7.2 QUAL2E模型的应用步骤
8.7.3 结语
8.8 WASP水质模型
8.8.1 WASP系统概述
8.8.2 水动力模型程序DYNHYD
8.8.3 水质模型程序WASP
8.8.4 WASP的应用
8.8.5 对WASP系统的评述
8.9 算例
第9章 水库(湖泊)二维水流水质模型
9.1 平面二维水流水质模型
9.1.1 水流控制方程
9.1.2 水流控制方程的坐标变换
9.1.3 水流控制方程求解方法
9.1.4 水质控制方程
9.1.5 水质控制方程求解方法
9.2 垂向二维水流水温模型
9.2.1 水流数学模型
9.2.2 水流定解条件
9.2.3 坐标变换
9.2.4 水流方程计算方法
9.2.5 参数确定方法
9.2.6 水温控制方程
9.2.7 水温方程求解方法
9.2.8 水温边界条件
第10章 水质模型的参数估值
10.1 扩散系数D的估值
10.2 纵向离散系数Ex的估算
10.2.1 纵向离散系数Ex的方程推导
10.2.2 实测法估算Ex
10.2.3 经验公式估算Ex
10.3 BOD衰减系数k1;kN的估值
10.3.1 由BOD的试验室测定值来估算k1
10.3.2 由河水实测数据计算k1
10.3.3 用NBOD一级反应式来估算k2
10.4 复氧系数k2的估值
10.4.1 实测法
10.4.2 经验公式法
10.5 多维参数同时估值法
10.5.1 最速下降法
10.5.2 正则化方法
10.5.3 正交化方法
10.5.4 遗传算法
10.5.5 混沌遗传算法
10.5.6 变尺度混沌遗传算法(MSCGA)
10.5.7 遗传单纯形混合算法
10.5.8 遗传模拟退火算法
10.6 算例
10.7 河流水质多参数识别反问题的演化算法
10.7.1 问题的提出
10.7.2 参数反演的优化方法
10.7.3 演化算法
10.7.4 数值模拟试验
10.7.5 小结
第11章 水环境数值模拟的随机方法
11.1 随机游动与扩散理论
11.2 一般二维对流扩散方程随机游动解.
11.3 对流扩散方程的Monte-Carlo解法及其证明
11.4 对流扩散问题的随机游动解的程序
11.5 几个算例
11.5.1 河流排污计算
11.5.2 空腔流
11.5.3 5点加权格式排污计算
11.5.4 9点加权自动迎风格式排污计算
11.5.5 27点加权自动迎风格式流函数——涡量随机游动计算
第12章 姚孟电厂白龟山水库冷却池温排水数值模拟
12.1 概况
12.2 热量平衡方程
12.3 对流传热方程的有限元离散
12.4 浅水流动流场计算的控制方程
12.5 温度流的计算方法与计算结果
12.6 结论
第13章 茨哈峡、班多及羊曲梯级水电站水温、水质影响研究
13.1 工程概况
13.2 水文泥沙概况
13.2.1 流域概况
13.2.2 气象特性
13.2.3 径流特性
13.2.4 冰情
13.3 梯级水电站垂向二维流速场计算
13.3.1 水流数学模型
13.3.2 模型验证
13.3.3 计算基础资料
13.4 梯级水电站水温计算
13.4.1 库区二维水温数学模型
13.4.2 水温预测及结果分析
13.5 梯级水电站水质计算
13.5.1 BOD和氨氮现状分析
13.5.2 水质模型的判断
13.5.3 BOD、氨氮一维动态水质模型的建立
13.5.4 模型的求解
13.5.5 BOD和氨氮浓度预测及结果分析
主要参考文献
京公网安备 11010102004214号