目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水環(huán)境數(shù)學模型的概念 1
1.2 水環(huán)境數(shù)學模型的建�；�本步驟 2
1.3 模型分類 3
1.4 發(fā)展歷程 6
第2章 水流運動與污染物輸運方程 8
2.1 水流運動基本方程 8
2.2 污染物輸運擴散基本方程 11
2.2.1 基本方程 11
2.2.2 紊動擴散系數(shù) 13
2.3 污染物主要種類 14
2.3.1 營養(yǎng)鹽、溶解氧與藻類 14
2.3.2 毒性物質(zhì) 17
2.4 污染物的主要反應(yīng)動力學過程 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)動力反應(yīng)方程 28
2.6.1 毒性物質(zhì)模型簡介 28
2.6.2 動力學反應(yīng)方程 29
第3章 污染負荷模型 34
3.1 山丘區(qū)污染負荷模型 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)污染負荷模型 45
3.2.1 污染負荷產(chǎn)生量 45
3.2.2 污染負荷入河量 52
3.2.3 污染負荷時空分配 53
3.2.4 模型參數(shù)估值方法 58
3.3 算例——上海市非點源污染負荷計算 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 非點源污染負荷計算成果 69
第4章 河網(wǎng)一維水環(huán)境數(shù)學模型 73
4.1 河網(wǎng)一維水量模型 73
4.1.1 基本方程 73
4.1.2 單一河道水流計算 74
4.1.3 河網(wǎng)水流計算 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)學模型 148
6.1 沿深平面二維非恒定流及物質(zhì)輸運模型 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 計算河道概況 159
6.2.2 數(shù)值模擬情況 159
6.2.3 流場驗證 160
6.2.4 濃度場驗證 162
6.3 算例——南寧邕江水流水質(zhì)計算實例 164
6.3.1 模型構(gòu)建 164
6.3.2 率定年型及計算條件 165
6.3.3 水動力模型率定 166
6.3.4 水質(zhì)模型率定 173
第7章 基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的二維水環(huán)境數(shù)學模型 177
7.1 基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的二維水環(huán)境數(shù)學模型構(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 法向通量計算 180
7.1.4 二階無振蕩格式 187
7.1.5 邊界條件 188
7.2 算例——南化某碼頭化學品泄漏風險預(yù)測 189
7.2.1 計算研究區(qū)域與網(wǎng)格布置 189
7.2.2 模型計算條件 190
7.2.3 模擬結(jié)果分析 191
7.3 算例——基于混合網(wǎng)格的長江口北支預(yù)測計算 197
7.3.1 計算研究區(qū)域與網(wǎng)格布置 197
7.3.2 模型計算條件 198
7.3.3 模型驗證 199
7.3.4 流場模擬分析 199
第8章 湖泊富營養(yǎng)化模型 202
8.1 富營養(yǎng)化模型分類 202
8.1.1 營養(yǎng)物模型 202
8.1.2 水動力－富營養(yǎng)化模型 203
8.1.3 多介質(zhì)耦合模型 204
8.2 EFDC富營養(yǎng)化模型構(gòu)建 204
8.2.1 藻類動力學方程 205
8.2.2 氮動力學方程 206
8.2.3 磷動力學方程 207
8.2.4 碳動力學方程 207
8.2.5 溶解氧與化學需氧量動力學方程 208
8.3 算例——巢湖富營養(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 垂向坐標變換 214
9.2 垂向坐標變換下笛卡兒坐標水環(huán)境數(shù)學模型 216
9.2.1 σ坐標系下模型方程的推導 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)格的長江某江段污水處理廠尾水排江三維水量水質(zhì)數(shù)值模擬 238
9.3.1 計算區(qū)域與網(wǎng)格剖分 238
9.3.2 邊界條件與計算參數(shù) 239
9.3.3 模型計算結(jié)果 240
9.4 垂向坐標變換下曲線貼體坐標水環(huán)境數(shù)學模型 250
9.4.1 σ坐標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——基于曲線貼體網(wǎng)格的長江某江段污水處理廠尾水排江三維水量水質(zhì)數(shù)值模擬 253
9.5.1 計算區(qū)域與網(wǎng)格剖分 254
9.5.2 邊界條件與計算參數(shù) 254
9.5.3 模型計算結(jié)果 255
第10章 溢油污染預(yù)測模型 260
10.1 溢油遷移行為和歸宿 260
10.1.1 擴展過程 261
10.1.2 漂移過程 261
10.1.3 擴散過程 262
10.1.4 風化過程 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 溢油風險預(yù)測 272
第11章 濕地生態(tài)動力學模型 278
11.1 濕地污染物動力學模型構(gòu)建 279
11.1.1 人工濕地模擬數(shù)學方程 279
11.1.2 模型構(gòu)建方法 283
11.2 算例——濕地生態(tài)動力學模型應(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 模型率定與驗證 289
11.3 濕地水環(huán)境承載力計算 292
11.3.1 概念內(nèi)涵 292
11.3.2 計算方法 293
11.3.3 計算方案 293
11.3.4 不同季節(jié)污水處理負荷 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 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AQUATOX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 309
編后語 312