A Practical Guide to Groundwater and Solute Transport Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Karlheinz Spitz

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:1996-03

价格:USD 170.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471136873

丛书系列:

图书标签:

• Groundwater Modeling
• Solute Transport
• Hydrogeology
• Environmental Science
• Water Resources
• Numerical Methods
• Contaminant Transport
• Geosciences
• Hydrology
• Modeling

综合水文地质学导论：地下水系统与环境过程的深入探究 本书面向对水文地质学、地下水资源管理以及环境地下水污染等领域有志于深入研究的专业人士、高年级本科生及研究生，旨在提供一个全面且深入的理论框架与实践指导。它侧重于构建对复杂地下水系统的宏观理解，并详细阐述控制地下水运动和溶质迁移的地球物理、水文地质及化学机制。 --- 第一部分：水文地质学基础与岩石圈水文 本部分奠定了理解地下水系统的理论基石，详细考察了水在多孔介质、裂隙介质和双重孔隙介质中的行为，并强调了地质构造在控制地下水流场中的关键作用。 第一章：水文地质学原理与研究方法 本章首先界定了水文地质学的研究范畴、历史演变及其在水资源可持续开发和环境工程中的核心地位。重点讨论了水循环的地下水部分，包括渗透、补给与排泄机制的量化分析。随后，介绍了现场水文地质调查的系统方法论，涵盖了从区域尺度勘察到钻孔尺度的详细测量技术。特别关注了地球物理勘探技术（如电法、地震法）在地下含水层结构识别中的应用，以及水化学分析在水文地质过程推断中的作用。 第二章：地下水流动的基础方程 本章深入探讨了描述地下水运动的数学模型。从达西定律（Darcy’s Law）的微观基础和宏观适用性入手，详细推导了牛顿和傅立叶定律在地下水流动中的类比形式——斯通顿方程（Stanton Equation）或更通用的流量方程。详细分析了均匀各向同性、非均质、各向异性含水层中的稳定流和非稳定流问题的解析解和数值解的构建逻辑。此外，本章还涵盖了特殊流场分析，如埃布特流（Dupuit-Forchheimer）假设在浅层地下水建模中的应用及其局限性。 第三章：含水层系统特征与水文地质单元划分 本章侧重于地质控制因素。系统介绍了不同类型的含水层（如承压含水层、潜水含水层）和隔水层（如黏土层、基岩裂隙带）的形成机制和水力特性参数（如渗透系数、储水系数、水力传导系数）的测定方法。深入讨论了裂隙岩溶系统、松散沉积物系统以及沉积盆地系统的水文地质响应差异。通过地质信息系统（GIS）的应用，阐述了如何根据地质图件、钻孔数据和地球物理剖面，科学地划分区域水文地质单元（Hydrogeological Units）及其相互作用。 第四章：地下水与地表水体相互作用（SWI） 本章专门处理地下水与河流、湖泊、湿地及海洋的交互过程。详细分析了河岸带（Riparian Zone）的水文动态，包括河道渗漏计算、水力梯度对河流水量平衡的影响。讨论了地下水与海洋的交汇区（Groundwater-Sea Water Interface）的流动机理，包括淡水楔的形成与演变，以及人为活动对海岸带咸水入侵的驱动作用。本章为海岸带水资源管理提供了关键的理论工具。 --- 第二部分：地下水环境化学与溶质迁移过程 本部分从化学角度审视地下水系统，重点分析影响地下水中污染物（溶质）迁移和转化的关键地球化学过程，为环境风险评估提供理论支撑。 第五章：地下水化学基础与水岩作用 本章构建了理解地下水化学的基础。系统阐述了溶解、沉淀、离子交换、表面络合等基本水化学反应原理。详细分析了水岩相互作用（Water-Rock Interaction）在塑造地下水水化学特征中的作用，包括硅酸盐风化、碳酸盐溶解与沉淀的动力学与热力学控制。本章还探讨了水文地球化学示踪技术，如稳定同位素（氧、氢）和放射性同位素（氡、氚）在确定水流路径和补给来源中的应用。 第六章：溶质在地下水中的输运机制 本章是溶质迁移理论的核心。区别并量化了溶质在地下水中的三种主要输运模式：对流（Convection）、弥散（Dispersion） 和反应（Reaction）。深入分析了对流-弥散方程（ADE）在不同尺度上的适用性，强调了弥散度（Dispersivity）的各向异性特征。本章着重区分了分子扩散和机械弥散的贡献，并讨论了由介质非均质性引起的尺度效应（Scale Effect），这是传统一维模型常忽略的关键因素。 第七章：化学反应与环境地球化学过程 本章聚焦于影响溶质长期行为的化学转化过程。详细分析了以下关键过程： 1. 吸附/解吸（Sorption/Desorption）：考察了有机碳、粘土矿物表面与污染物（如重金属、有机污染物）之间的分配系数和反应速率。 2. 生物地球化学转化（Biogeochemical Transformation）：阐述了微生物在厌氧和好氧条件下对有机物和某些无机污染物（如硝酸盐、硫酸盐）的降解或转化作用，包括电子供体和受体的平衡。 3. 氧化还原（Redox）反应：解释了电子转移在控制许多污染物（如铁、锰、砷）在地下水环境中的溶解度和迁移性中的主导作用。 第八章：多相流与非理想情况下的溶质迁移 针对实际环境问题，本章扩展了溶质迁移模型至更复杂的场景。讨论了油品泄漏等导致的多相流（Multiphase Flow）——水、油、气三相在土壤和地下水中的共存与运动规律。对于污染物，重点分析了当污染物在水相、气相和非水相液体（NAPLs）之间存在分配时，溶质的有效迁移速度和长期归趋。此外，还探讨了胶体传输（Colloid-Facilitated Transport）和生物膜控制的迁移现象。 --- 第三部分：地下水资源管理与环境修复导论 本部分将理论与工程实践相结合，探讨如何利用前述的理论工具来管理地下水资源和设计环境修复方案。 第九章：地下水资源评估与可持续开发 本章提供了一个宏观管理视角。介绍地下水资源量化评估的方法，包括基于水量平衡和水力梯度分析的静态和动态储量估算。重点讲解了地下水数值模拟在资源管理中的作用，如模拟区域抽水对水位下降、河道补给的影响。详细阐述了在气候变化背景下，如何通过建立超额补给潜力模型来制定可持续的开采配额，平衡生态需水和人类需求。 第十章：地下水污染场地调查与风险评估 本章规范了污染场地调查的流程。从初步环境筛查（Phase I/II）到详细的源区识别和羽流（Plume）追踪。系统阐述了污染羽流的预测方法，强调了在不确定性条件下，如何通过敏感性分析和概率风险评估来确定污染扩散的可能范围和到达敏感受体的时序。讨论了用于确定环境基线（Background Conditions）的统计学方法。 第十一章：地下水修复工程技术概览 本章对现有的地下水污染修复技术进行了分类和深入评估，重点关注其适用性、效率和成本效益： 1. 原地（In-Situ）技术：如反应性渗透墙（Reactive Barriers）的渗透性反应材料设计（GAC、零价铁等）及其对特定污染物的削减机制；原位化学氧化/还原（ISCO/ISCR）的反应动力学与现场实施挑战。 2. 抽出-处理（Pump-and-Treat）：优化抽水井网布局、确定最优抽水量和地面处理工艺选择（如活性炭吸附、汽提）。 3. 生物修复技术（Bioremediation）：如生物刺激（Biostimulation）和生物强化（Bioaugmentation）在降解石油烃和氯代溶剂中的应用策略。 --- 本书的特点在于其严谨的理论推导与对复杂性、尺度效应的深刻认识。它要求读者不仅掌握基础的水力学概念，更要理解地球化学过程在长期溶质行为中的决定性作用，为读者提供一套在日益复杂的环境挑战中进行科学决策的综合性工具箱。

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阅读这本书的过程，就像是请了一位经验极其丰富的地质工程师坐在你身边，耐心地为你拆解那些晦涩难懂的地下水动力学和溶质迁移过程。它最让我印象深刻的一点，是它对“实践”二字的深刻诠释。很多理论书籍只是罗列公式，但这本书似乎更关注的是：当你在野外遇到一个真实的污染羽扩散问题时，你手上需要的工具箱里应该放些什么？它没有回避模型选择中的灰色地带，反而坦诚地讨论了不同数值方法的适用边界和潜在的局限性。这种批判性的思维引导，远比死记硬背输入参数要宝贵得多。我感觉作者在写作时，始终带着一种“用户视角”，不断地思考读者在实际操作软件或解释模拟结果时可能会遇到的‘坑’，并在相应的章节提前进行了预警和指导。这种预见性，使得这本书的实用价值大大超越了一般的学术专著。

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这本书的语言风格，初读之下可能会觉得略显‘硬朗’，但这恰恰是其专业性的体现。它没有过多使用花哨的修饰词汇，而是用精准、凝练的科学术语来描述复杂的物理化学过程。对于已经具备一定水文地质背景的专业人士来说，这种直击要害的表达方式无疑是高效的。它避免了因为过度口语化而牺牲科学严谨性的风险。尽管如此，书中对关键概念的定义和解释依然做得非常到位，即便是首次接触某一特定模型（比如有限元或有限差分在地下水流模拟中的具体应用差异）的读者，也能通过清晰的定义迅速抓住核心要点。这种平衡，在技术文献中是很难得的——既保持了学术上的高度，又不至于让读者望而却步。它更像是一本精心校对过的操作手册，每一句话都承载着明确的信息量。

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坦白说，这类题材的书籍，往往容易陷入陈旧的窠臼，或者对最新计算方法的介绍过于滞后。但这本书在内容的选择上，展现出了令人惊喜的‘时代感’。它不仅仅停留在经典的达西定律和菲克定律的应用层面，似乎还对一些新兴的、与实际工程问题紧密相关的数值计算优化策略有所着墨。我期待在后续章节中能看到更多关于不确定性分析和敏感性评估的深入探讨，因为这正是现代水资源管理和环境修复工程中不可或缺的一环。如果它能提供关于如何有效管理和可视化大型模拟结果的实践性建议，那就更完美了。总体而言，这是一本展现出深厚学术功底和强烈实践导向的著作，它为深入研究地下水溶质传输建模提供了一个非常坚实和可靠的基石。

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这本书的封面设计和排版，说实话，第一眼看上去就有种非常专业、严谨的感觉，这对于一本技术指南来说绝对是好事。纸张的质量也挺不错，拿在手里有分量，感觉是那种可以长期在案头参考的工具书。我尤其欣赏它在章节划分上的逻辑性，每一部分内容衔接得非常自然流畅，不像有些教材那样为了凑字数而生硬地堆砌知识点。虽然我还没有深入阅读每一个复杂的数学推导，但从目录结构就能看出作者对这门学科的理解是相当深刻和系统的。它似乎不仅仅满足于介绍基础概念，更试图构建一个完整的知识框架，引导读者从宏观的理论基础逐步深入到实际应用层面。那种层层递进的编排方式，让人在学习过程中能始终保持清晰的思路，不容易迷失在繁杂的公式和参数设置之中。对于初学者来说，这种引导至关重要，它提供了一个坚实的学习路径图，避免了拿起一本资料却不知从何下手的窘境。

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这本书的排版布局和插图质量，简直是教科书级别的典范。我特别留意了那些流程图和概念图，它们并非简单的信息堆砌，而是经过深思熟虑的设计，旨在视觉化地阐释抽象的传输机制。例如，在描述非饱和带水流的图例中，不同土壤颗粒间的毛细作用力被描绘得层次分明，这比单纯阅读文字描述要直观得多。此外，书中引用的一些案例研究的截取和分析，也显得十分恰当。它们不是那种不切实际的‘完美’模拟案例，而是带有真实世界噪声和不确定性的数据样本，这让读者在学习如何‘拟合’模型时，能接触到更贴近现实的挑战。优质的视觉辅助，极大地提升了阅读体验，也巩固了理论知识的理解深度，避免了纯粹依赖脑海中构建的模糊图像来理解复杂的地下介质行为。

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