Solutions Manual - Applied Flow and Solute Transport Modeling in Aquifers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:CRC Press

作者:Vedat Batu

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-07

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780849396991

丛书系列:

图书标签:

• 水文地质学
• 地下水
• 数值模拟
• 溶质运移
• 水流模型
• 地下水建模
• 环境水文学
• 水资源
• 模型验证
• Solutions Manual

《地下水流与溶质运移模拟应用指南》 引言 地下水是地球上宝贵的水资源，其流动规律和溶质（如污染物、矿物质等）的运移过程是水文学、环境科学、地质学以及相关工程领域的核心研究课题。深入理解地下水系统的行为，并能够对其进行准确模拟，对于地下水资源的合理开发利用、地下水污染的防治、地下工程的设计与安全评估，以及地质灾害的预测与管理都至关重要。 本书旨在为读者提供一个全面且实用的地下水流与溶质运移模拟的应用指南。我们不局限于理论公式的推导，而是侧重于如何将这些理论知识转化为实际问题的解决方案。通过介绍当前主流的模拟方法、工具和技术，并结合丰富的实际案例，本书将帮助读者掌握独立解决复杂地下水问题的能力。本书的目标读者包括但不限于：环境工程师、水资源工程师、地质工程师、水文学家、环保科研人员，以及对地下水模拟感兴趣的学生和从业人员。 第一部分：地下水流模拟基础与应用 地下水流模拟是理解地下水系统行为的基石。本部分将系统介绍地下水流模拟的基本概念、理论基础、数值方法以及常见的应用场景。 第一章：地下水流理论回顾与模型选择 达西定律的深入解析： 详细阐述达西定律的物理意义、适用条件以及在不同介质（均质、非均质、各向同性、各向异性）中的表现形式。我们将探讨渗流系数（渗透性）的含义、影响因素及测定方法。 地下水流方程的推导与理解： 从质量守恒原理出发，推导二维和三维非稳定流动的控制方程。我们将重点解释方程中各项的物理含义，如贮水系数、充水系数、源汇项等，为后续模型构建奠定基础。 地下水流模型的类型与特点： 介绍不同尺度的地下水流模型，包括区域地下水流模型、盆地尺度模型、含水层组模型、局部模型等，并分析其各自的优势和局限性。 模型选择的原则与策略： 基于具体工程问题和研究目标，指导读者如何选择最适合的地下水流模型。我们将考虑的因素包括：研究区域的范围、数据的可用性、问题的复杂性、模拟精度要求以及计算资源等。 第二章：数值模拟方法与软件介绍 有限差分法（FDM）在地下水流模拟中的应用： 介绍有限差分法的基本思想，如何将连续方程离散化，以及在求解地下水流方程中的应用。我们将展示如何构建有限差分网格，并分析不同差分格式（如显式、隐式、全隐式）的特点。 有限元法（FEM）在地下水流模拟中的应用： 解释有限元法的基本原理，如何将区域划分为单元，构建形函数，并推导有限元方程。我们将讨论不同类型单元（如三角形、四边形）的选择及其对精度的影响。 数值模型软件概览： 重点介绍当前广泛应用的地下水流模拟软件，如MODFLOW、FEFLOW、GMS（Groundwater Modeling System）等。我们将简要介绍这些软件的功能、界面特点、数据输入输出方式以及典型的应用领域。 模型参数化与校准： 详细讲解如何对模型参数（如渗透系数、贮水系数、充水系数、导压系数等）进行设定和调整。我们将介绍参数的敏感性分析方法，以及通过历史数据进行模型校准（Calibration）和验证（Verification）的关键步骤。 第三章：地下水流模拟的典型应用场景 地下水资源评价与管理： 地下水可开采量评估： 如何利用模拟模型预测不同抽水情景下的地下水位变化，评估长期可持续的地下水开采量，避免地下水位过度下降。 地下水回灌与补给模拟： 模拟人工回灌、自然补给等过程对地下水位的动态影响，为地下水资源补充策略提供科学依据。 地下水与地表水相互作用： 模拟地下水与河流、湖泊、湿地之间的相互补给与排泄关系，评估人类活动（如抽水、筑坝）对地表水体的影响。 地下工程设计与影响评估： 基坑工程渗流分析： 模拟基坑开挖过程中地下水的流动，预测涌水量，指导降水方案的设计，评估对周边建筑物的影响（如沉降）。 隧道与地铁工程渗流控制： 模拟地下水对隧道结构的渗透压力，设计有效的防水和排水措施，确保工程安全。 大坝与堤坝渗流稳定分析： 模拟渗流作用对大坝和堤坝的稳定性影响，评估溃坝风险。 地下水环境监测与预警： 地下水位动态监测与分析： 结合历史监测数据，利用模型解释地下水位变化的驱动因素，识别异常波动。 水文地质异常区识别： 利用模型分析地下水流场的空间异质性，识别可能存在地下水流失、涌入等异常区域。 第二部分：溶质运移模拟基础与应用 溶质运移是地下水中污染物迁移转化的核心过程，理解和模拟这一过程对于地下水污染的防治和修复至关重要。本部分将深入探讨溶质运移的机理、数值方法以及在环境领域的广泛应用。 第四章：溶质运移的基本理论与过程 对流（Advection）与弥散（Dispersion）： 详细解释溶质在地下水流携带下的对流过程，以及在不均匀流场和介质孔隙结构影响下的纵向和横向弥散现象。我们将探讨弥散系数、弥散度与流速、孔隙度等参数的关系。 吸附（Adsorption）与解吸（Desorption）： 介绍溶质与地下介质固相表面之间发生的物理吸附和化学吸附过程，以及这些过程对溶质迁移速度的影响。我们将讨论常用的吸附等温线模型（如Langmuir、Freundlich模型）。 衰减（Decay）与转化（Transformation）： 讲解地下水中某些溶质可能发生的物理（如稀释）、化学（如沉淀、氧化还原）或生物（如降解）转化过程，以及这些过程如何影响溶质在地下水中的浓度和分布。 质量守恒方程与反应耦合： 从质量守恒原理出发，推导包含对流、弥散、吸附、衰减等过程的溶质运移偏微分方程。我们将探讨如何将化学反应或生物降解过程耦合到溶质运移方程中。 第五章：溶质运移数值模拟方法与软件 数值求解溶质运移方程： 介绍求解含有对流-弥散-反应方程的数值方法，包括有限差分法、有限元法、粒子追踪法（Particle Tracking）等，并分析其在处理不同物理过程时的特点。 常用的溶质运移模拟软件： 重点介绍集成了溶质运移模拟功能的地下水模型软件，如MT3DMS (MODFLOW-MT3DMS Link)、RT3D (Reactive Transport in 3D)、PHT3D (PHREEQC-MT3DMS Link)、FEFLOW等。我们将介绍这些软件在处理复杂反应过程方面的能力。 模型参数的获取与不确定性分析： 讲解如何获取溶质运移模型所需的参数，如传质系数、吸附系数、降解系数等。我们将强调参数获取的挑战，并介绍如何进行参数的不确定性分析，例如蒙特卡洛模拟。 第六章：溶质运移模拟的典型应用场景 地下水污染场地调查与风险评估： 污染源识别与运移模拟： 利用监测数据和模型，追溯污染物的原始来源，预测污染物羽翼（Plume）的未来迁移范围和浓度分布。 地下水污染风险评估： 模拟不同浓度、不同暴露途径下的潜在健康风险，为风险管理和决策提供支持。 地下水污染修复策略设计与评估： 抽出-处理（Pump-and-Treat）模拟： 模拟不同抽水井布置、抽水流量、处理工艺对污染物羽翼的控制效果。 原地修复（In-Situ Remediation）模拟： 模拟生物修复、化学氧化还原修复、阻隔技术等修复方法的有效性。 修复方案的经济性与可行性分析： 结合模拟结果，评估不同修复方案的成本效益和实施难度。 地质废弃物库选址与风险评估： 核废料、危险废物库的渗漏模拟： 模拟废物库可能发生的渗漏，预测污染物向地下水环境的迁移路径和影响范围。 长期风险评估： 评估地质废弃物库在长时间尺度下对地下水资源和生态环境的潜在风险。 地下水化学过程模拟： 水-岩相互作用模拟： 模拟地下水与围岩之间的化学反应，预测矿化度变化、溶解物种的生成与迁移。 地下水质量演化模拟： 预测自然过程或人为活动（如农业施肥、工业废水排放）引起的地下水化学成分变化。 第三部分：高级应用与展望 本部分将拓展到更复杂的地下水模拟问题，并对未来的发展趋势进行展望。 第七章：耦合模型与复杂过程模拟 地表水-地下水耦合模拟： 详细介绍如何构建包含地表水和地下水交互作用的耦合模型，以更准确地模拟区域水循环和水资源动态。 多物理场耦合模拟： 介绍温度、压力、应力等物理场与地下水流、溶质运移之间的耦合作用，例如在石油天然气开采、地热能开发、CO2地质封存等领域。 随机模拟与不确定性量化： 讲解如何考虑地下水参数的空间变异性（如渗透系数的随机场），以及如何通过随机模拟对模拟结果的不确定性进行量化，给出概率性的预测。 多尺度建模与集成： 探讨如何将不同尺度的模型进行连接或集成，以解决跨越多个尺度的复杂地下水问题。 第八章：模型验证、不确定性与模型应用的最佳实践 模型验证的原则与方法： 强调模型验证在保证模拟结果可靠性中的重要性，介绍独立数据验证、模型诊断检查等方法。 不确定性来源与量化： 识别模型不确定性的主要来源，包括数据的不确定性、模型结构的不确定性、参数的不确定性等，并介绍量化不确定性的常用技术。 模型的可视化与结果解读： 介绍如何有效地进行模型结果的可视化，以及如何科学、严谨地解读模拟结果，避免过度解读或误读。 模型应用的伦理与责任： 讨论在进行地下水模拟应用时，需要遵守的科学伦理和职业道德，确保模拟结果的公正性、客观性，并为决策提供可靠依据。 第九章：未来发展趋势与展望 大数据与人工智能在地下水模拟中的应用： 探讨如何利用机器学习、深度学习等技术，辅助参数推断、模型校准、数据同化，以及开发新的预测模型。 实时地下水监测与模拟反馈系统： 展望构建集成实时监测数据和模拟模型，实现地下水系统行为的实时预警和动态管理。 数值模型在气候变化适应中的作用： 讨论如何利用地下水模拟模型，评估气候变化对地下水资源的影响，并为适应性策略提供科学指导。 多学科交叉与集成： 强调地下水模拟与其他学科（如生态学、社会经济学）的交叉与集成，以解决更广泛的区域可持续发展问题。 结语 地下水流与溶质运移模拟是一个充满挑战但又极具价值的领域。本书通过对基础理论的深入剖析、数值方法的详细介绍、丰富案例的实践指导，力求为读者提供一个全面、实用、易于理解的学习平台。我们希望本书能够激发读者对地下水科学的兴趣，帮助他们掌握解决实际问题的工具和方法，为地下水资源的保护、利用以及环境的可持续发展贡献力量。通过不断学习和实践，读者将能够驾驭复杂的地下水系统，应对日益严峻的地下水环境挑战。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆