Applied Contaminant Transport Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Chunmiao Zheng

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2002-02-05

价格:USD 130.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471384779

丛书系列:

图书标签:

• 水文地质
• Transport
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渗流与传质：自然环境中的物质迁移奥秘 本书深入探讨了在自然环境中，各种污染物或有用物质如何通过流体（主要是水）的运动而被携带、扩散和转化的复杂过程。我们关注的是物质在多孔介质（如土壤、岩石、沉积物）和裂隙介质中的传输行为，以及驱动这些过程的物理和化学机制。 核心主题： 流体运移基础： 本书首先建立坚实的流体运移理论基础，涵盖达西定律（Darcy's Law）及其在饱和与非饱和多孔介质中的适用性。我们将详细解析渗透系数（hydraulic conductivity）、孔隙度（porosity）、渗透势（hydraulic potential）等关键参数的意义及其测量方法。此外，对于非饱和流（unsaturated flow），我们将重点阐述基质势（matrix potential）、水分特征曲线（soil water characteristic curves）以及范·甘内希特（van Genuchten）和布鲁克-科尔（Brooks-Corey）等经典模型，理解水分在土壤中的吸附和传输。在裂隙介质中，我们将探讨双重介质模型（dual-porosity and dual-permeability models）以及裂隙流的特性，如通道效应和速度-扩散耦合。 污染物传质过程： 流体运移是污染物迁移的载体，但物质本身的特性以及与介质的相互作用同样至关重要。本书将全面解析传质（mass transport）的两种主要机制：平流（advection） 和 扩散（dispersion）。平流是指污染物随流体一同前进的运动，其速度与流速直接相关。扩散则更为复杂，它包含了分子扩散（molecular diffusion）——由于浓度梯度引起的分子随机运动，以及机械扩散（mechanical dispersion）——由于流体在多孔介质复杂通道中的不均匀流速和停留时间差异而造成的污染物“展布”现象。我们将深入研究影响扩散强度的因素，如流速、介质结构（如平均孔径、孔径分布、连通性）以及弥散度张量（dispersion tensor）的概念及其在三维空间中的表征。 污染物滞留与转化： 污染物在介质中的行为并非简单地随水移动。许多污染物会与介质发生物理化学反应，从而影响其迁移速率甚至去除。本书将详细介绍 吸附（adsorption） 和 解吸（desorption） 过程。吸附是指污染物分子附着在介质表面，其强度受污染物与介质表面官能团之间的相互作用、介质的表面积和电荷等因素影响。我们将探讨朗缪尔（Langmuir）、弗洛因德利希（Freundlich）以及线性吸附等多种吸附等温线模型（adsorption isotherm models），量化吸附能力。此外， 离子交换（ion exchange） 也是一种重要的滞留机制，尤其对于带电荷的污染物。 除了物理吸附，化学转化（chemical transformation）同样不可忽视。本书将探讨 沉淀（precipitation） 和 溶解（dissolution） 过程，即污染物以固相形式析出或从固相溶解到流体中的过程，这通常与溶液的化学性质（如pH、氧化还原电位）以及矿物相的溶解度密切相关。氧化还原反应（redox reactions） 是影响许多污染物（如金属、有机物）形态和迁移能力的关键因素。本书将介绍不同氧化还原电位下，关键元素的转化路径和速率。 对于有机污染物，生物降解（biodegradation） 是一个极其重要的转化途径。我们将讨论好氧（aerobic）和厌氧（anaerobic）条件下，微生物如何利用或转化污染物，并介绍影响降解速率的关键参数，如底物浓度、营养物可用性、温度和pH。水解（hydrolysis） 也是一些有机物和无机物转化的一种化学过程。 数学模型与数值模拟： 为了预测和量化污染物在真实世界中的迁移行为，数学模型是必不可少的工具。本书将介绍描述渗流和传质过程的基本方程，包括守恒方程（conservation equations）。我们将从一维、二维到三维，系统介绍基于偏微分方程（partial differential equations）的渗流模型（如Richards方程）和传质模型（如守恒对流-弥散方程）。 针对实际复杂的场地地质条件和污染物混合物，解析解（analytical solutions）往往难以获得。因此，本书将重点介绍 数值模拟方法（numerical simulation methods）。我们将深入探讨有限差分法（finite difference method）、有限元法（finite element method）和有限体积法（finite volume method）等核心数值离散技术，理解它们如何逼近连续方程。读者将了解到如何构建模型网格（grid generation）、选择合适的数值格式（numerical schemes）、处理边界条件（boundary conditions）和初始条件（initial conditions）。 本书还将介绍几种常用的污染物迁移模拟软件的应用理念，例如如何定义场地参数、设定污染物源项（source terms）、模拟反应过程，以及如何解释和可视化模拟结果。我们将强调模型校准（model calibration）和验证（model validation）的重要性，以确保模型能够准确地反映真实地质环境中的污染物迁移行为。 应用领域： 本书的理论知识和方法论广泛应用于环境保护、资源开发、地下水管理等多个领域： 污染场地修复（Contaminated Site Remediation）： 评估污染物的分布范围、预测其迁移趋势，指导修复策略的选择，如抽出-处理（pump-and-treat）、原地处理（in-situ treatment）和封堵（containment）。 地下水资源保护（Groundwater Resource Protection）： 预测地表污染物（如农业径流、工业废水）向下渗透对地下水造成污染的风险，为水源地划定保护区。 地下工程设计（Underground Engineering Design）： 评估建设工程（如隧道、地下仓储）对周边地下水环境的影响，以及地下结构物可能遭受的侵蚀。 矿产资源勘探与开发（Mineral Exploration and Development）： 理解矿物溶解、迁移和沉淀的过程，评估铀矿、石油等地下资源的分布和赋存。 地质储层模拟（Geological Reservoir Simulation）： 预测注入流体（如CO2、天然气）在地下多孔介质中的运移和储存行为，评估储层封存能力。 放射性废物处置（Radioactive Waste Disposal）： 评估放射性核素在地下深处的迁移行为，确保废物安全长期储存。 通过学习本书，读者将能够深入理解自然环境中物质传输的基本原理，掌握评估和预测污染物行为的工具和方法，为解决实际环境问题提供坚实的科学基础。

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这本书的真正价值，我认为体现在它对数值模拟方法的深入剖析上。在阅读了前几章的理论推导后，我迫不及待地进入了数值模拟的部分，这部分内容完全没有令我失望。它并没有简单地介绍某个特定商业软件的操作流程，而是着重于底层算法的实现原理。无论是有限元法（FEM）还是有限差分法（FDM），作者都用清晰的图示和逐步推导的方式，解释了它们是如何将连续的偏微分方程离散化并求解的。对于那些希望理解软件“黑箱”内部运作机制的研究者来说，这无疑是一座金矿。我记得有一章节专门讨论了时间步长选择对模拟稳定性和精度的影响，作者通过对比不同时间步长下的污染物羽流形态，直观地展示了“步子迈大了容易扯着蛋”的工程后果。这种对数值稳定性的深入探讨，远超出了许多入门级教材的范畴，它迫使读者不仅要知道“如何做”，更要明白“为什么这么做”。

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作为一名常年与地下水污染打交道的环境顾问，我最看重的是书籍的“可操作性”和“前沿性”。这本书在这两方面找到了一个很好的平衡点。虽然理论基石扎实，但它并没有沉溺于经典的斯托克斯流体，而是花了相当大的篇幅去探讨非均质、各向异性介质中的传输问题。作者引入了诸如随机场理论来描述地下环境的复杂性，这对于处理真实场地中那些变化莫测的粘土透镜体和砂层夹层至关重要。我发现书中引用的参考文献非常新颖，很多是近五到七年内发表在顶级期刊上的成果，这保证了书中内容紧跟科研前沿。更令人惊喜的是，作者在讨论修复技术时，并不是简单地罗列技术清单，而是将污染物传输模型作为评估工具，量化了“原位化学氧化（ISCO）”中氧化剂的有效传输距离和反应效率。这种模型驱动的工程决策思路，是当前行业发展的必然趋势。

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这本书的排版和图表质量达到了教科书的最高标准。清晰的坐标轴、标注明确的向量图，以及高质量的截面图，极大地减轻了阅读复杂概念时的认知负担。在处理多相流污染物迁移这一棘手问题时，作者运用了多张对比鲜明的相态图（水相、油相、气相的饱和度分布），使我能瞬间把握不同条件下污染物相态的相互制约关系。此外，该书的索引和术语表制作得极为详尽，当我需要快速回顾某个特定参数的定义或特定模型的应用范围时，能迅速定位。总的来说，这本书的深度足以满足研究生阶段的课程要求，其广度则能为从业人员提供一个坚实且现代化的理论参考框架。它不是一本轻松的读物，但它所提供的知识深度和思维训练，绝对物超所值，是污染物迁移领域不可或缺的工具书和参考手册。

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我阅读此书的体验，更像是一场与一位经验丰富、但又极具批判精神的导师的对话。作者的叙事风格极其严谨，但偶尔也会流露出对当前工程实践中某些简化假设的“不屑”。例如，在讨论气相污染物迁移时，作者不仅详细讲解了亨利定律的应用，还特别指出了在低渗透覆盖层下，土壤蒸汽抽取的效率瓶颈，并建议采用更复杂的双孔隙模型进行预测。这种批判性的视角，极大地提升了我的自我反思能力。这本书的结构安排也十分巧妙，它没有采用线性叙事，而是将不同尺度的传输问题（从微观颗粒尺度到宏观区域尺度）穿插讲解，使得读者能够随时在大局观和细节之间切换。唯一美中不足的是，某些复杂的数学推导部分，如果能配上更多的交互式示例或者软件模块辅助理解，可能会对初学者更加友好一些，但对于有一定基础的读者而言，这反而是它保持深度的标志。

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这本书的封面设计简洁有力，配色沉稳，带着一种专业人士的严谨感。初次翻阅时，我被其详尽的理论基础深深吸引。它不仅仅是罗列公式和概念，而是将复杂的流体力学、化学反应、乃至微生物学过程，以一种极为清晰的逻辑串联起来。作者似乎非常注重基础理论的打磨，花费了大量篇幅来解释诸如达西定律在非饱和多孔介质中的修正，以及扩散和对流在污染物迁移中的相对重要性。对于我这种需要将理论应用于实际污染场地修复设计的人来说，这种由浅入深的讲解至关重要。它让我得以回顾和巩固那些在日常工作中可能被忽略的细微差别。特别是关于溶质在不同土壤类型中滞留机制的讨论，提供了丰富的案例分析，使得抽象的数学模型变得触手可及。我尤其欣赏作者在描述“不确定性分析”时的谨慎态度，没有过度承诺模型的预测能力，而是客观地指出了模型假设在现实世界中的局限性，这对于一个负责任的工程师来说，是无比宝贵的经验之谈。

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