水環境數學模型原理及套用

《水環境數學模型原理及套用》是2021年5月科學出版社出版的圖書，作者是李一平，唐春燕，龔然。本書詳解EFDC模型的功能，涵蓋河流、淺水湖泊、深水湖泊（水庫）、河口4個案例從格線構建到結果分析詳細步驟。

基本介紹

• 書名：水環境數學模型原理及套用
• 作者：李一平、唐春燕、龔然
• 出版社： 科學出版社
• ISBN：9787030688088

內容簡介

《水環境數學模型原理及套用》針對水環境模型原理及套用展開，以環境流體動力學模型(environmental fluid dynamic code，EFDC)為例闡述水環境模型的基本理論、建模程式和案例實訓。《水環境數學模型原理及套用》重點描述了可視化工具EFDC_Explorer(EE)的基本功能和建模操作方法，並附以4個模型案例作為實訓材料，涵蓋河流、淺水湖泊、深水水庫和河口區域。

圖書目錄

目錄

前言

第1章緒論1

1.1引言1

1.2地表水環境數學模型簡述2

1.2.1水動力學模型2

1.2.2水質模型2

1.2.3水生態模型4

1.3地表水環境數學模型研究熱點和發展趨勢5

1.3.1模型參數敏感性和不確定性6

1.3.2模型模擬精度的影響因素7

1.3.3模型套用範圍的擴展8

1.3.4模型綜合化、平台化和法規化9

1.3.5模型與新興技術的結合9

1.4常用地表水環境數學模型功能對比10

參考文獻11

第2章環境流體動力學模型基本理論16

2.1水動力模組16

2.1.1水平和垂向坐標系統16

2.1.2水動力基本方程16

2.1.3垂向紊流閉合18

2.1.4EFDC模型垂向分層選項20

2.2物質輸運模組21

2.2.1對流-擴散傳輸的基本方程21

2.2.2染料/水齡22

2.3溫度和傳熱模組22

2.3.1熱傳遞的基本方程22

2.3.2水體表面熱交換23

2.3.3沉積床溫度模組25

2.3.4冰封模組26

2.4泥沙輸運模組27

2.4.1懸浮泥沙輸運的基本方程27

2.4.2原有的EFDC模型泥沙輸運模組28

2.4.3新的泥沙輸運解決方案(SEDZLJ模型)33

2.5水質與富營養化模組41

2.5.1概述41

2.5.2水柱富營養化控制方程43

2.5.3水生植物和附生植物54

2.5.4大型藻類/底棲藻類60

2.5.5沉積成岩與內源釋放61

2.6有毒物質污染與運移模組65

2.6.1基本方程65

2.6.2有毒物質損失項66

2.7拉格朗日粒子追蹤模組67

2.7.1基本方程和隨機遊動67

2.7.2溢油模型68

參考文獻68

第3章地表水環境模型構建程式71

3.1問題分析和對象識別71

3.1.1按地表水體特徵及其環境特徵分類71

3.1.2按模擬對象和物質組分分類72

3.2模型的選擇74

3.2.1模型選擇的依據74

3.2.2不同水體模型選擇推薦74

3.3研究區域的確定和格線劃分75

3.3.1模型模擬範圍的確定75

3.3.2格線劃分類型76

3.4邊界條件與初始條件的確定77

3.4.1邊界條件的確定77

3.4.2初始條件的確定79

3.5模型參數不確定性和敏感性分析79

3.5.1不確定性來源79

3.5.2常用不確定性分析方法80

3.6模型的率定和驗證81

3.6.1模型率定81

3.6.2模型驗證及精度要求82

3.7模擬結果展現與分析83

3.7.1模型模擬結果展現83

3.7.2模擬結果分析83

參考文獻86

第4章河流水動力模擬案例實訓87

4.1項目概況87

4.2CVLGrid曲線正交格線繪製87

4.2.1格線構建88

4.2.2格線檔案導入EE8.3及時間步長確定98

4.3邊界條件設定102

4.3.1設定水位邊界102

4.3.2設定排污口流量邊界104

4.3.3設定染料濃度邊界條件104

4.3.4賦值邊界數據105

4.4初始條件設定109

4.4.1水深數據導入109

4.4.2Dye模組激活110

4.5模型率定驗證111

4.5.1模型率定驗證步驟111

4.5.2率定驗證結果114

4.5.3模擬結果分析114

4.6模型使用小結116

參考文獻116

第5章淺水湖泊水動力和富營養化模擬實訓案例117

5.1水動力模擬案例117

5.1.1項目概況117

5.1.2格線劃分及時間步長確定118

5.1.3邊界條件設定120

5.1.4初始條件設定122

5.1.5模型參數不確定性和敏感性分析122

5.1.6模型的率定和驗證130

5.1.7情景模擬方案133

5.1.8模擬結果與討論134

5.1.9水動力模型使用小結137

5.2水質富營養化模擬案例137

5.2.1項目概況137

5.2.2邊界條件設定138

5.2.3初始條件和參數設定141

5.2.4模型參數不確定性和敏感性分析144

5.2.5模型率定和驗證(簡)155

5.2.6情景模擬方案158

5.2.7模擬結果與討論159

5.2.8水質富營養化模型使用小結162

5.3沉積物成岩模擬案例163

5.3.1項目概況163

5.3.2格線劃分165

5.3.3邊界條件設定165

5.3.4初始條件設定166

5.3.5不確定性和敏感性分析(簡)167

5.3.6模型率定驗證(簡)170

5.3.7沉積物成岩模型關鍵參數設定172

5.3.8模擬結果與討論175

5.3.9沉積物成岩模型使用小結180

參考文獻180

第6章深水水庫水動力及水溫數值模擬案例實訓182

6.1項目概況182

6.1.1項目背景與研究目標182

6.1.2項目區域概況182

6.2格線劃分和時間步長設定184

6.2.1格線劃分184

6.2.2時間步長設定185

6.3邊界條件設定185

6.3.1流量數據185

6.3.2水溫數據185

6.3.3風場數據186

6.3.4大氣數據186

6.4初始條件設定186

6.5模型率定驗證(簡)186

6.5.1模型的校驗186

6.5.2模型關鍵參數設定188

6.6情景模擬方案189

6.6.1研究水位下降對水動力過程的影響189

6.6.2σ坐標水平壓力梯度誤差降低方法190

6.6.3Sigma-z混合坐標(SGZ)下水平壓力梯度誤差降低方法191

6.7模擬結果與討論192

6.7.1探究水位下降對水動力過程的影響192

6.7.2σ坐標下水平壓力梯度誤差降低方法195

6.7.3Sigma-z混合坐標下水平壓力梯度誤差降低方法196

6.8模型使用小結200

參考文獻201

第7章河口泥沙輸移及鹽水入侵模擬案例實訓202

7.1項目概況202

7.2格線劃分及相關設定203

7.2.1格線劃分類型203

7.2.2格線劃分204

7.2.3地形高程設定206

7.2.4時間步長設定207

7.3邊界條件設定207

7.3.1流量數據208

7.3.2示蹤劑數據209

7.3.3鹽度數據209

7.3.4潮汐調和數據210

7.3.5泥沙數據211

7.3.6邊界條件設定212

7.4初始條件設定214

7.5模型關鍵參數設定214

7.5.1模組確定214

7.5.2水動力參數215

7.5.3泥沙參數215

7.6模型率定驗證(簡)218

7.7模擬結果與討論220

7.7.1流場分布220

7.7.2鹽水入侵模擬分析222

7.7.3泥沙輸移模擬分析224

7.8模型使用小結227

參考文獻227