目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的概念 1
1.2 水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的建�；�本步驟 2
1.3 模型分類(lèi) 3
1.4 發(fā)展歷程 6
第2章 水流運(yùn)動(dòng)與污染物輸運(yùn)方程 8
2.1 水流運(yùn)動(dòng)基本方程 8
2.2 污染物輸運(yùn)擴(kuò)散基本方程 11
2.2.1 基本方程 11
2.2.2 紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù) 13
2.3 污染物主要種類(lèi) 14
2.3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧與藻類(lèi) 14
2.3.2 毒性物質(zhì) 17
2.4 污染物的主要反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程 20
2.4.1 生物降解 20
2.4.2 礦化與分解 21
2.4.3 吸附與解吸 21
2.4.4 水解 22
2.4.5 光解 23
2.4.6 揮發(fā) 23
2.5 常用水質(zhì)模型動(dòng)力反應(yīng)方程 23
2.5.1 氮素循環(huán)及反應(yīng)方程 24
2.5.2 磷素循環(huán)及反應(yīng)方程 25
2.5.3 其他物質(zhì)反應(yīng)方程 26
2.6 毒性物質(zhì)動(dòng)力反應(yīng)方程 28
2.6.1 毒性物質(zhì)模型簡(jiǎn)介 28
2.6.2 動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程 29
第3章 污染負(fù)荷模型 34
3.1 山丘區(qū)污染負(fù)荷模型 35
3.1.1 SWAT模型發(fā)展歷程 35
3.1.2 SWAT概述 36
3.1.3 坡面匯流階段 36
3.1.4 河道匯流階段 44
3.2 平原河網(wǎng)區(qū)污染負(fù)荷模型 45
3.2.1 污染負(fù)荷產(chǎn)生量 45
3.2.2 污染負(fù)荷入河量 52
3.2.3 污染負(fù)荷時(shí)空分配 53
3.2.4 模型參數(shù)估值方法 58
3.3 算例——上海市非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算 61
3.3.1 研究背景 61
3.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 61
3.3.3 模型參數(shù) 62
3.3.4 非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算成果 69
第4章 河網(wǎng)一維水環(huán)境數(shù)學(xué)模型 73
4.1 河網(wǎng)一維水量模型 73
4.1.1 基本方程 73
4.1.2 單一河道水流計(jì)算 74
4.1.3 河網(wǎng)水流計(jì)算 79
4.2 河網(wǎng)一維水質(zhì)模型 91
4.2.1 基本方程 91
4.2.2 求解方法 92
第5章 河網(wǎng)一維水環(huán)境數(shù)學(xué)模型應(yīng)用案例 98
5.1 太湖流域平原河網(wǎng)水量水質(zhì)模擬 98
5.1.1 流域概況 99
5.1.2 河網(wǎng)模型構(gòu)建 100
5.1.3 模型率定及驗(yàn)證 104
5.2 南寧市邕江河網(wǎng)水量水質(zhì)模擬 122
5.2.1 南寧市邕江流域概況 122
5.2.2 河網(wǎng)模型構(gòu)建 123
5.2.3 模型參數(shù)取值 130
5.2.4 模型率定及驗(yàn)證 131
第6章 基于有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的沿深平面二維水環(huán)境數(shù)學(xué)模型 148
6.1 沿深平面二維非恒定流及物質(zhì)輸運(yùn)模型 148
6.1.1 基本控制方程 148
6.1.2 定解條件 149
6.1.3 數(shù)值計(jì)算方法 150
6.2 算例——三峽太平溪至黃陵廟水文站河段水流水質(zhì)模擬 159
6.2.1 計(jì)算河道概況 159
6.2.2 數(shù)值模擬情況 159
6.2.3 流場(chǎng)驗(yàn)證 160
6.2.4 濃度場(chǎng)驗(yàn)證 162
6.3 算例——南寧邕江水流水質(zhì)計(jì)算實(shí)例 164
6.3.1 模型構(gòu)建 164
6.3.2 率定年型及計(jì)算條件 165
6.3.3 水動(dòng)力模型率定 166
6.3.4 水質(zhì)模型率定 173
第7章 基于無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的二維水環(huán)境數(shù)學(xué)模型 177
7.1 基于無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的二維水環(huán)境數(shù)學(xué)模型構(gòu)建 177
7.1.1 控制方程 177
7.1.2 方程數(shù)值離散 178
7.1.3 法向通量計(jì)算 180
7.1.4 二階無(wú)振蕩格式 187
7.1.5 邊界條件 188
7.2 算例——南化某碼頭化學(xué)品泄漏風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 189
7.2.1 計(jì)算研究區(qū)域與網(wǎng)格布置 189
7.2.2 模型計(jì)算條件 190
7.2.3 模擬結(jié)果分析 191
7.3 算例——基于混合網(wǎng)格的長(zhǎng)江口北支預(yù)測(cè)計(jì)算 197
7.3.1 計(jì)算研究區(qū)域與網(wǎng)格布置 197
7.3.2 模型計(jì)算條件 198
7.3.3 模型驗(yàn)證 199
7.3.4 流場(chǎng)模擬分析 199
第8章 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化模型 202
8.1 富營(yíng)養(yǎng)化模型分類(lèi) 202
8.1.1 營(yíng)養(yǎng)物模型 202
8.1.2 水動(dòng)力－富營(yíng)養(yǎng)化模型 203
8.1.3 多介質(zhì)耦合模型 204
8.2 EFDC富營(yíng)養(yǎng)化模型構(gòu)建 204
8.2.1 藻類(lèi)動(dòng)力學(xué)方程 205
8.2.2 氮?jiǎng)恿�學(xué)方程 206
8.2.3 磷動(dòng)力學(xué)方程 207
8.2.4 碳動(dòng)力學(xué)方程 207
8.2.5 溶解氧與化學(xué)需氧量動(dòng)力學(xué)方程 208
8.3 算例——巢湖富營(yíng)養(yǎng)化數(shù)值模擬 209
第9章 河流三維水量水質(zhì)數(shù)值模擬 214
9.1 垂向坐標(biāo)變換 214
9.2 垂向坐標(biāo)變換下笛卡兒坐標(biāo)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型 216
9.2.1 σ坐標(biāo)系下模型方程的推導(dǎo) 217
9.2.2 定解條件 221
9.2.3 模型求解 222
9.3 算例——基于直角網(wǎng)格的長(zhǎng)江某江段污水處理廠(chǎng)尾水排江三維水量水質(zhì)數(shù)值模擬 238
9.3.1 計(jì)算區(qū)域與網(wǎng)格剖分 238
9.3.2 邊界條件與計(jì)算參數(shù) 239
9.3.3 模型計(jì)算結(jié)果 240
9.4 垂向坐標(biāo)變換下曲線(xiàn)貼體坐標(biāo)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型 250
9.4.1 σ坐標(biāo)變換下模型控制方程 250
9.4.2 方程的離散與求解 251
9.5 算例——基于曲線(xiàn)貼體網(wǎng)格的長(zhǎng)江某江段污水處理廠(chǎng)尾水排江三維水量水質(zhì)數(shù)值模擬 253
9.5.1 計(jì)算區(qū)域與網(wǎng)格剖分 254
9.5.2 邊界條件與計(jì)算參數(shù) 254
9.5.3 模型計(jì)算結(jié)果 255
第10章 溢油污染預(yù)測(cè)模型 260
10.1 溢油遷移行為和歸宿 260
10.1.1 擴(kuò)展過(guò)程 261
10.1.2 漂移過(guò)程 261
10.1.3 擴(kuò)散過(guò)程 262
10.1.4 風(fēng)化過(guò)程 262
10.2 溢油模型及其發(fā)展歷程 265
10.2.1 溢油模型發(fā)展歷程 265
10.2.2 溢油擴(kuò)展模型 266
10.2.3 溢油輸移模型 268
10.2.4 溢油歸宿模型 270
10.3 算例——蘇州港常熟港區(qū)突發(fā)溢油模擬 272
10.3.1 研究區(qū)域概況 272
10.3.2 研究區(qū)域網(wǎng)格布置 272
10.3.3 溢油風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 272
第11章 濕地生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型 278
11.1 濕地污染物動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建 279
11.1.1 人工濕地模擬數(shù)學(xué)方程 279
11.1.2 模型構(gòu)建方法 283
11.2 算例——濕地生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用 284
11.2.1 研究區(qū)域概況 284
11.2.2 模型輸入數(shù)據(jù)及參數(shù) 287
11.2.3 模型率定與驗(yàn)證 289
11.3 濕地水環(huán)境承載力計(jì)算 292
11.3.1 概念內(nèi)涵 292
11.3.2 計(jì)算方法 293
11.3.3 計(jì)算方案 293
11.3.4 不同季節(jié)污水處理負(fù)荷 294
第12章 水生態(tài)毒理模型 298
12.1 水生態(tài)毒理模型的分類(lèi) 298
12.1.1 分布模型 298
12.1.2 效應(yīng)模型 300
12.2 AQUATOX生態(tài)毒理模型 300
12.2.1 離子化 301
12.2.2 水解反應(yīng) 301
12.2.3 降解反應(yīng) 302
12.2.4 微生物降解 302
12.2.5 揮發(fā)效應(yīng) 302
12.2.6 分配系數(shù)與生物富集因子 303
12.3 算例——基于A(yíng)QUATOX的Hartwell湖多氯聯(lián)苯模型 304
12.3.1 模型的建立 304
12.3.2 模型結(jié)果與分析 306
主要參考文獻(xiàn) 309
編后語(yǔ) 312