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第1章　绪论1

1.1　溶质迁移及模拟的作用1

1.2 历程回顾3

1.2.1 1960年以前3

1.2.2 1960年以后4

1.3 本书简介6

1.4　关于计算软件7

第一篇 概念与技术11

第2章　达西定律与对流迁移11

2.1 粒子平均速度与运移时间11

2.2　广义达西定律与地下水流方程13

2.3 对流迁移15

2.3.1 质量守恒定律与求解对流迁移的欧拉法15

2.3.2　求解对流迁移的粒子追踪法21

深入阅读与思考题22

第3章　弥散迁移与质量传输24

3.1 引言24

3.2　微观弥散过程24

3.2.1 水动力弥散机制24

3.2.2　弥散迁移与分子扩散的类比28

3.2.3　二维弥散通量与弥散系数30

3.2.4 三维弥散通量与弥散系数35

3.2.5　溶质迁移计算中的孔隙度36

3.3 宏观弥散37

3.4　建立对流-弥散方程42

3.5　对流-扩散系统46

深入阅读与思考题48

第4章　化学反应与迁移50

4.1 引言50

4.2　平衡吸附51

4.2.1 吸附等温线及迁移方程中的吸附项52

4.2.2　有机化合物的吸附56

4.2.3　离子交换56

4.3　吸附动力学58

4.4　一级不可逆反应59

4.5　莫诺动力学反应61

4.6 多组分动力学反应62

4.6.1　快速反应63

4.6.2　多元莫诺动力学反应65

4.6.3　一级母-子连锁反应65

4.7　双域系统中的化学反应66

深入阅读与思考题68

第5章　数学模型及其解析解70

5.1　溶质迁移的数学模型70

5.1.1　控制方程70

5.1.2　初始条件72

5.1.3　边界条件72

5.1.4　数学模型的解74

5.2　解析解74

深入阅读与思考题77

第6章　对流迁移模拟80

6.1 引言80

6.2　粒子追踪法81

6.2.1　速度插值81

6.2.2　追踪方案89

6.2.3　空间离散的影响95

6.3　捕获带刻画99

6.3.1　二维稳定流99

6.3.2　三维稳定流101

6.3.3　非稳定流102

6.4　运移时间的估算102

6.4.1 污染物到达／穿透分布103

6.4.2　清理时间104

6.4.3 居留时间及地球化学演变105

6.5　常用粒子追踪法计算程序105

深入阅读与思考题106

第7章　对流-弥散迁移模拟109

7.1 引言109

7.2 欧拉法110

7.2.1　有限差分法110

7.2.2　有限元法125

7.2.3　有限元法与有限差分法的比较129

7.3　拉格朗日法129

7.4　混合欧拉-拉格朗日法134

7.4.1　特征法（MOC）135

7.4.2　修正特征法（MMOC）140

7.4.3　混合特征法141

7.4.4　常用欧拉-拉格朗日法程序141

7.5 总变差减小（TVD）法142

深入阅读与思考题148

第8章　非平衡过程和化学迁移的模拟150

8.1 引言150

8.2　非平衡吸附150

8.3　双域质量传输152

8.4　多组分动力学反应153

8.4.1　联立求解法153

8.4.2　算子分离法154

8.5　迁移与地球化学耦合模拟155

8.6　常用化学迁移计算程序157

8.7　实例：自然稀化的模拟158

8.7.1　场地描述158

8.7.2　模拟方法160

8.7.3　数值模型162

8.7.4　结果讨论163

深入阅读与思考题164

第二篇 野外应用169

第9章　模型应用的框架169

9.1　模型应用的过程169

9.2　确定目标170

9.3　资料收集及概念模型的建立170

9.4　计算程序的选择171

9.5　建立污染物迁移模型173

9.6　模型校准和敏感性分析173

9.7　预测和不确定性173

9.8　成功应用模型的关键174

深入阅读与思考题174

第10章　建立污染物迁移模型176

10.1 起步工作176

10.1.1 目前对水流系统的认识176

10.1.2　模型的维度176

10.1.3　模拟的范围177

10.2　空间离散177

10.2.1　水平节点间距177

10.2.2　垂向离散178

10.3　时间离散181

10.4 初始条件183

10.5 边界条件184

10.5.1　指定浓度条件的使用184

10.5.2　指定质量通量条件的使用184

10.5.3　水流模型边界条件对溶质迁移的影响184

10.5.4 水流与迁移边界条件的比较185

10.5.5　水流与迁移模型的尺度效应186

10.6 源和汇186

10.6.1　源和汇的类型186

10.6.2　源和汇的浓度187

10.7　数据管理188

10.7.1 预处理和后处理188

10.7.2　地理信息系统（GIS）190

深入阅读与思考题190

第11章　模型的输入参数191

11.1　迁移模拟需要的数据191

11.2　水流参数191

11.2.1　渗透系数191

11.2.2　储水系数与给水度194

11.3　溶质迁移参数195

11.3.1　孔隙度195

11.3.2　弥散度196

11.4　化学参数198

11.4.1 吸附常数198

11.4.2　动力学反应速率204

第12章　模型校准与敏感分析207

12.1　模型校准的基本概念207

12.1.1　校准过程207

12.1.2　校准、验证和证实207

12.1.3　非唯一性问题208

12.2　模型校准的评估208

12.2.1　拟合优度统计方法208

12.2.2　评价模型校准应考虑的其他因素210

12.2.3　校准结果的表达210

12.3　试错法校准213

12.3.1　规程及局限213

12.3.2　案例研究214

12.4 “自动”校准216

12.4.1 校准能实现自动化吗？216

12.4.2 自动参数识别技术217

12.4.3　案例研究221

12.5　敏感分析224

12.5.1　敏感系数224

12.5.2　敏感分析的规程226

深入阅读与思考题228

第13章　不确定性的处理229

13.1 引言229

13.2　不确定性的类型及来源230

13.3　评价不确定性的方法231

13.3.1 敏感分析231

13.3.2 Monte Carlo法232

13.3.3　一阶误差分析236

13.4　不确定性的管理237

13.4.1 不确定性的缩减237

13.4.2　在不确定条件下的决策238

深入阅读与思考题239

第14章　污染迁移模拟：实例240

14.1 加拿大Borden地区某填埋场的污染迁移240

14.1.1　场地描述240

14.1.2　历史回顾242

14.1.3　二维模拟243

14.1.4 三维模拟252

14.2　新泽西州某超级基金场地的治理方案评价257

14.2.1　场地描述257

14.2.2　治理目标259

14.2.3　模拟办法261

14.2.4　各种替代方案的评价266

14.3　威斯康星州某农业场地含水层的污染承受性评估270

14.3.1　场地描述270

14.3.2　地下水流模型272

14.3.3　粒子追踪与含水层承受性评估273

14.3.4　迁移模拟及长期影响评估273

14.4 双域质量传输法在密西西比州MADE场地的应用280

14.4.1　场地描述280

14.4.2 MADE—2示踪实验282

14.4.3 空间离散与边界条件283

14.4.4　水力与迁移参数的确定283

14.4.5 克里格水力渗透系数场的模拟结果285

14.4.6 分形水力渗透系数场的模拟结果287

14.4.7　两种方法的比较与讨论289

14.4.8　双域质量传输模型中参数的敏感性290

第三篇 深进课题295

第15章 变密度条件下的水流与迁移模拟295

15.1 引言295

15.2　变密度条件下的水流方程296

15.3　溶质浓度与水密度的关系300

15.4　溶质迁移方程300

15.5　序列求解过程301

15.6　突变锋面法303

15.7　常用变密度计算程序304

15.8　研究实例：海水入侵模拟305

15.8.1　背景资料306

15.8.2　剖面模拟306

15.8.3 三维模拟309

深入阅读与思考题312

第16章　包气带水流与迁移模拟313

16.1 引言313

16.2　包气带水文学基础313

16.3 不完全饱和状态下的水流方程316

16.4　不完全饱和状态下的溶质迁移318

16.4.1 基本迁移方程318

16.4.2　不完全饱和条件对弥散迁移的影响319

16.4.3　双域系统319

16.5　扩展至气相320

16.5.1　气-水分离320

16.5.2　气相迁移321

16.6　常用变饱和计算程序323

16.7 示例324

深入阅读与思考题326

第17章　地下水质量优化管理328

17.1 引言328

17.2　模拟-优化方法328

17.3 优化技术330

17.3.1　线性规划法332

17.3.2　遗传算法334

17.3.3　模拟退火法337

17.3.4　禁忌搜索法339

17.4　优化管理示例341

17.4.1　一个假设的例子341

17.4.2　野外实例345

深入阅读与思考题351

附录A　达西定律与变密度水流方程352

A.1　达西定律352

A.2 变密度水流方程355

附录B　地下水流流函数的应用360

B.1 引言360

B.2 流函数的基本概念360

B.3 解析解362

B.4　数值解365

B.4.1　控制方程366

B.4.2　边界条件366

B.4.3　汇或源367

B.4.4　例子367

B.5　三维水流的流函数368

B.6 总结369

致谢369

附录C　地下水模拟软件信息370

C.1 如何获取并使用本书原著的配套软件370

C.2　地下水模拟网站链接370

参考文献372

索引412