環境污染數值模擬

《環境污染數值模擬》是2015年科學出版社出版的圖書，作者是仵彥卿。

基本介紹

• 書名：環境污染數值模擬
• 作者：仵彥卿
• ISBN：978-7-03-044897-2
• 類別：化學
• 頁數：288
• 定價：88.00 
• 出版社：科學出版社 
• 出版時間：2015年6月
• 裝幀：平裝

內容簡介

環境系統是一個複雜的多介質系統，污染物在多介質環境系統內遷移轉化的定量描述，是控制和治理環境污染的基礎。本書重點介紹污染物在湖泊、河流、海洋、土壤、地下水以及大氣中遷移轉化的數學模型及數值模擬方法，附有部分FORTRAN源程式。該書可作為環境科學與工程、土壤學、地下水科學與工程、水文學及水資源等學科研究生教材和研究人員的參考書。

目錄

第1章緒論1

1.1為什麼要學習“環境污染數值模擬”這門課程1

1.1.1學科發展的需要——定量化、精確化的需求1

1.1.2學術研究的需要——要揭示自然規律，重要的研究方法2

1.1.3工程實踐的需要2

1.2如何學習這門課程2

1.3本課程的教學內容3

1.4環境系統的基本概念4

1.4.1環境系統4

1.4.2環境系統內的多界面性4

1.4.3環境系統的非線性4

1.4.4環境系統的多組分5

1.4.5環境系統的多過程5

1.4.6環境系統的多相流5

1.4.7環境系統的多尺度轉化性5

1.4.8環境系統的多場耦合性6

1.5模型與模擬7

1.5.1模型7

1.5.2數學模型的分類8

1.5.3模擬或仿真8

1.6環境系統數值模擬研究進展與趨勢9

1.6.1空氣品質數學模型研究進展9

1.6.2河流水質數學模型的研究和發展10

1.6.3非點源污染模型研究進展13

1.6.4土壤?地下水污染數學模型研究與發展15

1.6.5環境系統耦合模型研究16

1.6.6環境系統數學模型研究展望20

第2章環境系統污染物遷移基本數學模型22

2.1環境系統污染物多過程遷移分析22

2.1.1污染物在環境介質中的對流作用22

2.1.2污染物在環境介質中的擴散和彌散作用23

2.1.3污染物在環境介質中的衰減與轉化作用25

2.2環境系統污染物遷移的基本方程26

2.2.1環境系統污染物遷移的集總參數型方程26

2.2.2環境系統污染物遷移的分布參數型方程31

2.2.3環境系統污染物遷移轉化的定解條件36

2.3環境介質污染物遷移數學模型的解析解37

2.3.1環境介質污染物遷移集總參數型模型的解析解37

2.3.2環境介質中一維均勻場數學模型的解析解37

2.3.3環境介質中二維均勻場數學模型的解析解42

2.3.4環境介質中均勻流場三維數學模型的解析解50

第3章地表水污染物遷移數學模型52

3.1地表水污染物遷移的多過程分析52

3.1.1地表水中污染物的主要類型52

3.1.2地表水質監測要素52

3.1.3地表水中污染物遷移的物理過程52

3.1.4地表水中污染物遷移轉化的生物化學過程52

3.1.5地表水體的好氧與復氧過程55

3.2河流污染物遷移數學模型及其套用62

3.2.1Streeter?Phelps模型的解62

3.2.2河流綜合水質數學模型65

3.2.3河流水質數學模型在陝西涇河水質模擬中的套用69

3.3湖泊（水庫）污染物遷移數學模型74

3.3.1Vollenweider 模型75

3.3.2Baca 和Arnett湖泊模型75

3.4近海海域水體污染物遷移數學模型及其套用80

3.4.1海洋水動力數學模型80

3.4.2ECOMSED模型的基本原理80

3.4.3邊界條件84

3.4.4初始條件86

3.4.5數值計算方法86

3.4.6ECOMSED模型在上海海域套用87

3.4.7海洋污染物遷移數學模型97

3.4.8上海海域及長江口地區三維水質數值模擬102

第4章空氣品質數學模型113

4.1概述113

4.2空氣品質數學模型的類型113

4.2.1按照數學方法分類113

4.2.2按照模擬目的分類116

4.2.3按照模擬的空間尺度分類118

4.2.4按污染排放源的類型分類122

4.3大氣污染物遷移的物理和化學過程124

4.4大氣污染物遷移的基本數學模型125

4.4.1無風瞬時點源排放的污染物遷移模型的解析解127

4.4.2有風條件下瞬時點源排放的污染物遷移模型的解析解128

4.4.2有風條件下瞬時點源排放的污染物遷移模型的解析解128

4.4.3有風條件下連續點源排放的污染物遷移模型的解析解128

4.5高架連續點源排放污染物遷移模型129

4.5.1高架連續點源排放地面污染物濃度分布131

4.5.2高架連續點源排放地面軸線污染物濃度分布131

4.5.3高架連續點源排放最大落地污染物濃度分布131

4.5.4地面連續點源排放污染物濃度分布132

4.5.5逆溫條件下空間污染物濃度分布132

4.5.6沉降顆粒物的空間濃度分布133

4.6線源、面源和體積源排放污染物遷移模型的解析解134

4.6.1無限長線源排放污染物遷移模型的解析解134

4.6.2有限長線源排放污染物遷移模型的解析解135

4.6.3面源排放污染物遷移模型的解析解135

4.6.4體積源排放污染物遷移模型的解析解136

4.7三維大氣污染物遷移歐拉模型137

第5章土壤污染物遷移數學模型139

5.1概述139

5.2土壤水分運動的基本定律139

5.3土壤水動力方程142

5.3.1土壤水分運動的連續性方程142

5.3.2土壤水分運動基本方程142

5.3.3以含水量表示的土壤水分運動方程143

5.3.4以毛細管壓力水頭表示的土壤水分運動方程144

5.3.5以水相壓力表示的土壤水分運動方程145

5.4土壤多組分滲流方程146

5.5土壤水分運動數學模型的定解條件147

5.5.1初始條件147

5.5.2邊界條件147

5.6土壤污染物遷移基本定理149

5.6.1土壤污染物遷移的對流作用149

5.6.2土壤污染物遷移的擴散作用149

5.6.3土壤污染物遷移的機械彌散作用150

5.6.4土壤水動力彌散作用150

5.7土壤污染物遷移的對流?彌散方程151

5.8土壤污染物遷移的對流?彌散?吸附方程153

5.9土壤污染物遷移的對流?彌散?吸附?化學反應方程155

5.9.1氧化/還原反應155

5.9.2酸/鹼過程155

5.9.3沉澱/溶解作用156

5.9.4絡合作用157

5.9.5水解/置換作用157

5.9.6生物降解或轉化158

5.9.7土壤氮轉化動力學方程158

5.10土壤污染物遷移的雙域模型161

5.11土壤雙重介質優勢流污染物遷移方程163

5.12變飽和土壤滲流與污染物遷移方程163

5.12.1變飽和土壤滲流方程163

5.12.2變飽和土壤污染物遷移方程164

5.13非飽和土壤污染物垂向一維遷移方程165

5.14土壤污染物遷移的定解條件168

5.14.1初始條件168

5.14.2邊界條件168

第6章地下水污染物遷移數學模型172

6.1概述172

6.2地下水基本定律173

6.2.1地下水流運動的達西定律173

6.2.2地下水污染物遷移的對流作用175

6.2.3地下水污染物擴散的菲克定律176

6.2.4地下水污染物彌散的菲克定律178

6.2.5地下水熱遷移的傅立葉定律181

6.3地下水流方程183

6.3.1地下水流連續性方程183

6.3.2地下水流基本方程184

6.3.3潛水含水層水流方程187

6.3.4承壓含水層水流方程189

6.3.5地下水多組分流動方程191

6.3.6初始條件192

6.3.7邊界條件192

6.4地下水污染物遷移的對流?彌散方程197

6.5含水層的吸附與解吸附作用201

6.5.1等溫線性吸附202

6.5.2等溫非線性Langmuir吸附202

6.5.3等溫非線性Freundlich吸附203

6.5.4動力學吸附（慢的、非平衡吸附）203

6.6地下水污染物的衰減與轉化作用203

6.6.1發生在固體相中的源匯項204

6.6.2發生在液體相中的源匯項204

6.6.3生物降解或轉化207

6.7地下水污染物遷移的雙域模型

6.8地下水多相多組分污染物遷移方210

6.9地下水密度變化時的污染物遷移方程211

6.10多孔介質污染物遷移的定解條件213

6.10.1初始條件213

6.10.2邊界條件213

6.10.3潛水面邊界條件216

第7章環境系統污染物遷移耦合數學模型219

7.1環境系統數學模擬框架219

7.2大氣水-表水-下水污染物遷移耦合模型220

7.2.1耦合地表水-下水水流-染物遷移模型220

7.2.2大氣-表水-下水耦合模型222

7.3地下環境中水-熱-力-化學（HTMC）多場耦合模型223

第8章環境系統數值模擬方法227

8.1概述227

8.2環境系統中普通微分方程的數值求解方法227

8.2.1普通微分方程一般形式 228

8.2.2歐拉積分方法228

8.2.3改進歐拉方法229

8.2.4龍格-塔方法230

8.2.5隱式解法231

8.2.6普通偏微分方程組的求解233

8.3環境系統中偏微分方程的有限差分法234

8.3.1概述234

8.3.2有限差分法的基本概念235

8.3.3一維非穩態地下水有限差分方法238

8.3.4二維穩態地下水有限差分方法240

8.3.5二維非穩態地下水有限差分方法241

8.3.6三維地下水流有限差分數值求解245

8.3.7三維地下水污染物遷移的有限差分數值求解249

8.4環境系統中偏微分方程求解的有限元法256

8.4.1概述256

8.4.2二維地下水流有限元數值求解法257

8.4.3三維地下水流有限元數值求解法264

8.4.4三維地下水污染物遷移有限元數值求解法266

參考文獻270