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出版者:Springer Verlag

作者:Tohji, Kazuyuki (EDT)/ Tsuchiya, Noriyoshi (EDT)/ Jeyadevan, Balachandran (EDT)

出品人:

页数:235

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 154.81

装帧:HRD

isbn号码:9780735403277

丛书系列:

图书标签:

• 水动力学
• 流体力学
• 水文
• 水资源
• 环境工程
• 水利工程
• 计算流体力学
• 水文模型
• 河流动力学
• 海洋动力学

《地球之脉：水文地质学的深层奥秘》 内容简介 《地球之脉：水文地质学的深层奥秘》是一部全面、深入探讨地球水循环、地下水系统及其与地质环境相互作用的权威性著作。本书超越了传统水文学的范畴，专注于揭示隐藏在地表之下的、驱动地球生命系统的复杂机制。从水如何在岩石圈中迁移、储存和演化，到人类活动如何重塑这一关键资源库的未来，本书为地质学家、环境科学家、工程师以及政策制定者提供了一幅精细入微的蓝图。 第一部分：水圈的基石——水文地质学基础与地球化学 本书伊始，我们首先确立了水文地质学的基本理论框架。我们详细阐述了水在不同岩性介质中的物理行为，包括多孔介质、裂隙岩体和喀斯特地貌中的流动规律。这部分内容不仅回顾了达西定律（Darcy's Law）的经典应用，更深入探讨了高梯度和非饱和带（Vadose Zone）的复杂流态，如毛细现象、吸附作用以及土壤水与地下水的连续性问题。 随后，本书的重点转向水地球化学。我们认为，水文过程与地质化学过程密不可分。通过分析同位素示踪（如 $delta^{18} ext{O}$、$delta ext{D}$、氚），读者将掌握如何解读地下水的年龄、补给来源和混合历史。我们详尽考察了水-岩反应动力学，包括矿物的溶解、沉淀、离子交换和络合作用如何塑造地下水的化学特征。特别地，本书用大量篇幅讨论了微量元素和痕量有机物的迁移机制，它们是评估水质和环境污染风险的关键指标。对放射性元素（如铀、镭）在地壳深部的地球化学行为分析，为核废料地质处置提供了重要的科学依据。 第二部分：地下水系统的空间结构与动力学 在掌握基础理论后，我们开始构建三维的地下水系统模型。本部分的核心在于理解含水层的异质性和各向异性。我们细致地分析了不同地质构造——沉积盆地、火山岩区、变质岩带——如何决定地下水的赋存形式、渗透率分布和水力梯度场。 裂隙流与喀斯特系统： 针对基岩和硬岩区域，本书提出了更为精细的裂隙网络模型（Discrete Fracture Network, DFN），并结合流体动力学模拟，解释了在低渗透率基岩中，快速的地下水径流和局部的污染物快速迁移现象。喀斯特地区的水文地质研究是本部分的亮点，我们不仅描述了溶解管道的形成机制，还结合地球物理勘探技术，展示了如何识别和映射这些瞬时响应的地下通道。 热液循环与地热能： 深入探讨了地下深部水的热力学行为。从深部岩浆活动到地壳热流驱动的区域性热液循环，我们分析了高温高压环境下水的物理化学性质变化，以及这些系统如何成为可再生的地热能源库。对地热流体与围岩的长期相互作用，也揭示了对地热系统可持续性的潜在影响。 古水与水文地质年代学： 本部分还回顾了利用惰性气体、氯化物和硫化物等指标，重建地质历史时期（如冰期、间冰期）地下水补给和交换过程的方法。古水研究不仅是学术上的探索，更是理解现代水资源承载力的关键。 第三部分：人类活动与水文地质系统的耦合 当代水文地质研究的焦点，无疑是人类活动对地下水系统的深远影响。本书的后半部分聚焦于这种复杂的耦合关系。 地下水开采与地层沉降： 我们详细分析了大规模、长期抽取地下水所引发的物理响应，特别是对松散沉积物（如冲积层、湖相沉积）的固结和孔隙水压力的降低，从而导致的地表沉降（Land Subsidence）。书中包含多个案例研究，量化了抽取速率、地层岩性与沉降速率之间的非线性关系，并探讨了恢复性注水（Aquifer Storage and Recovery, ASR）技术的有效性与风险。 污染物的迁移与修复： 针对点源和面源污染，本书构建了详细的污染物迁移模型。这包括对非活性、活性污染物（如氯代烃、硝酸盐、新兴污染物PFCs）在多相介质中的吸附、降解和生物转化过程的深入解析。修复技术部分，我们对比了“泵与处理”（Pump-and-Treat）、原位化学氧化/还原（ISCO/ISCR）以及生物修复策略的适用性、经济性和长期效能。 气候变化与水资源管理： 气候变化对补给量、蒸散发和极端水文事件的影响，是本部分的宏观视角。本书整合了区域气候模型（RCMs）的预测结果，评估了未来水文地质平衡的可能偏移，并为水资源可持续管理提供了基于风险评估的决策框架。 结论与展望 《地球之脉》的最终目标，是强调水文地质学作为一门跨学科科学的重要性。我们总结了当前研究的前沿，包括利用分布式光纤传感技术监测深部水流、应用机器学习辅助建立复杂水文模型，以及发展高精度地下水储量评估方法。本书旨在启发下一代科学家，以更全面的视角理解和保护我们赖以生存的地下水这一“地球之脉”。 本书的深度和广度，确保了它不仅是高等院校水文地质学、环境工程学专业师生的标准参考书，也是政府部门、水利机构和环境咨询公司专业人士不可或缺的工具书。通过严谨的理论推导、丰富的案例分析和前沿的技术介绍，读者将能够掌握解析和管理地下水资源所必需的核心知识体系。

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