地下水与土壤水运动数学模型和数值方法 9787030482914 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨金忠 等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030482914

商品编码：12437888770

包装：平脊精装

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名：地下水与土壤水运动数学模型和数值方法

定价：149.00元

作者：杨金忠 等

出版社：科学出版社

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787030482914

字数：

页码：

版次：31

装帧：平脊精装

开本：16

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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好的，以下是一本关于《高等渗流力学与地下水污染迁移》的详细图书简介，该书内容与您提到的《地下水与土壤水运动数学模型和数值方法》无重叠，力求专业、深入且信息丰富： --- 图书名称：《高等渗流力学与地下水污染迁移：理论、模型与工程应用》 导言：水文地球科学的基石与挑战 水是地球上最活跃的物质，其在地下介质中的运动（渗流）是连接水文、地质、环境科学和土木工程的关键桥梁。随着工业化和城市化的加速，地下水资源的合理利用与污染风险的有效控制已成为全球性的重大挑战。传统的地下水动力学主要关注于水量的平衡与流动规律，但现代环境工程对污染物在多相介质中的传输行为提出了更为精细和复杂的分析要求。 本书《高等渗流力学与地下水污染迁移》正是在这一背景下应运而生，它聚焦于渗流理论的深度拓展、多孔介质中溶质和非水相流体的迁移机制，以及如何将这些物理过程转化为可用于实际工程预测的数学框架和数值工具。本书旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及水利、环境、地质等领域的工程技术人员提供一套系统、前沿且具有高度实践指导意义的专业参考资料。 --- 第一部分：渗流理论的深化与扩展（理论基础） 本部分系统回顾并深化了经典达西定律的适用条件与局限性，进而构建了适用于更广泛工程地质条件的渗流本构方程组。 第一章：多孔介质流体运动的微观与宏观描述 详细探讨了介质孔隙结构对流体运动的影响。内容涵盖： 1. 介质的孔隙结构表征： 描述孔隙度、渗透率（渗透系数的各向异性）、比表面积和比表面积的统计学方法，引入孔隙网络模型（Pore Network Models, PNM）的基本概念。 2. 达西定律的修正与适用性分析： 讨论低雷诺数条件下的速度-梯度关系，以及当流体粘滞力、惯性力或表面张力显著时（如高渗透性或微小尺度效应）需要采用的修正模型（如Forchheimer方程在湍流或高梯度流动中的应用）。 3. 非饱和带水流动力学： 深入阐述Richard方程的推导及其在描述土壤水运动中的核心作用。重点分析土壤水特征曲线（SWCC）和非饱和导水系数的实验测定与模型化，这是解决地表水入渗和土壤干燥问题的关键。 第二章：地下水流动的多物理场耦合 现代地下水问题往往不是单一的流动问题，而是与热力学、化学过程紧密耦合。本章着重于这些耦合效应： 1. 热力耦合（热对流-热传导）： 探讨地下水温度梯度对流体密度和粘度（进而影响渗透率）的影响，以及污染物迁移中的热迁移效应。引入用于描述地下水和岩石骨架间能量交换的耦合方程。 2. 力学耦合（流固耦合）： 针对深部地下工程或地质构造活动，分析孔隙水压力变化对岩土体应力场和变形的影响。讨论有效应力原理在瞬态和蠕变条件下的推广应用。 --- 第二部分：多相流与污染物迁移机制（核心内容） 本部分是本书的精髓，专注于介质中多种流体（如水、油、气）共存时的流动规律，以及溶质和非溶质污染物在其中的传输过程。 第三章：多相流体运动理论 深入分析在油气田开发、污染场地修复（如LNAPL/DNAPL入渗）中常见的两相或三相流动问题： 1. 相对渗透率模型： 详述布雷克（Brooks-Corey）、范冈内希滕（Van Genuchten）等经典相对渗透率模型的物理意义，及其对多相流渗流场分布的决定性影响。 2. 毛管压力与界面动力学： 阐述毛管压力在描述液-液、液-气界面张力及驱动力的作用，并介绍界面迁移和相界面演化的数学描述。 3. 非水相流体（NAPLs）的入渗、迁移与分布： 重点分析重质（DNAPLs）和轻质（LNAPLs）污染物的特征渗流行为，包括其在非饱和带的滞留、垂向迁移的临界条件以及在含水层中的横向扩散。 第四章：地下水溶质迁移过程的动力学分析 本章系统梳理了从微观吸附到宏观对流-弥散的污染物迁移机制： 1. 对流-弥散方程（ADE）的构建与应用： 详细推导并分析纵向、横向弥散系数的物理内涵，讨论弥散系数与流速、介质异质性的关系。 2. 反应动力学与多重控制过程： 引入反应项，建立考虑生物降解、水解、氧化还原等化学反应的迁移模型。特别关注反应速率的量化及其对污染羽形态的影响。 3. 吸附/解吸动力学： 探讨线性吸附、非线性吸附（如Langmuir、Freundlich模型）的数学描述，及其如何通过分配系数（Kd）影响污染物的传输速率和最终归宿。 --- 第三部分：数值模拟与工程实践（方法与应用） 本书的最后部分将理论与数值方法相结合，指导读者如何将复杂的物理化学模型转化为可靠的工程预测工具。 第五章：渗流与迁移问题的数值求解策略 聚焦于求解高度非线性、强耦合的渗流-迁移方程组的数值技术，重点讨论特定方法的适用性： 1. 有限差分法（FDM）在渗流中的应用： 强调其在处理简单几何和边界条件下的优势，以及如何处理瞬态问题的隐式和显式时间步进方案。 2. 有限元法（FEM）在复杂介质中的优势： 阐述FEM在处理复杂边界、不规则几何形状以及高空间梯度问题（如污染物尖端）中的优势，包括网格剖分策略和形函数选择。 3. 流固/多相流耦合的迭代求解： 介绍解耦（Sequential Splitting）与全耦合（Fully Coupled）方法在处理流固耦合和多相流问题时的计算效率与稳定性权衡。 第六章：污染场地模拟与修复方案评估 将前述理论与数值方法应用于实际案例分析，强调预测性建模在环境工程中的作用： 1. 场地特征化与参数识别： 如何利用场地的水文地球化学数据，通过反演方法优化模型输入参数（如渗透率、反应速率常数、弥散度）。 2. 典型修复技术模拟： 详细演示如何模拟三种关键的污染场地修复技术： 源区削减模拟： 如多相抽吸（Pump-and-Treat with SVE/AS）对NAPL迁移与去除的影响。 化学氧化/还原（ISCO/ISCR）： 模拟反应物在地下水中的传输与污染物原位反应过程。 生物强化/生物刺激（Enhanced Bioremediation）： 评估微生物活性区与营养物质传输的耦合效应。 3. 不确定性分析与风险评估： 讨论模型预测结果的可靠性，引入蒙特卡洛模拟等方法评估关键参数波动对修复时程和效果的敏感性。 --- 总结 《高等渗流力学与地下水污染迁移》不仅是对传统地下水动力学的一次全面升级，更是将流体力学、化学动力学和计算科学深度融合的专著。它为读者提供了一套从理论推导、模型构建到数值求解和工程实践的完整知识体系，是推动水资源可持续管理和环境污染控制技术进步的重要学术支撑。本书的深度和广度，确保了其在相关领域研究和应用中的不可替代性。

评分☆☆☆☆☆

我是在一次偶然的机会了解到这本书的，当时正在寻找关于土壤水运动规律的深入研究资料，这本书的内容恰好满足了我的需求。书中对于土壤水运动的数学描述，从水势的概念出发，逐步推导到理查兹方程，这一过程的严谨性让我印象深刻。作者并没有回避土壤水运动的复杂性，例如土壤的非均质性、非线性等问题，而是通过引入更精细的模型和更复杂的数学工具来应对。我特别欣赏书中对各种边界条件的详细分析，包括定水头边界、定流量边界、自由面边界等，这些在实际的水文地质勘察和工程设计中都至关重要。书中还探讨了溶质运移与水运动的耦合问题，这对于评估地下水污染风险以及制定修复方案具有重要的理论和实践意义。例如，在介绍溶质运移模型时，书中结合了对流-弥散方程，并讨论了各种影响因素，比如土壤的吸附作用、降解作用等，这些都极大地丰富了我对地下水污染过程的认识。虽然书中涉及到的某些偏微分方程的求解需要一定的数学功底，但作者在提供推导过程的同时，也辅以了图示和解释，使得整体的阅读体验仍然是积极的。这本书的价值在于其前沿性和系统性，它为我提供了一个全新的视角来理解和研究土壤和地下水系统。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我觉得“有料”的书，从内容结构来看，它非常系统化，从基础的物理原理铺陈开来，然后层层递进到复杂的数学模型和数值方法。书中对水力学基本概念的梳理非常到位，比如渗透系数、水力梯度、水力传导度等，作者都给出了清晰的定义和物理意义的阐释，并辅以相应的公式推导。我特别喜欢书中关于不同类型孔隙介质中水运动特性的比较分析，这让我能够更清晰地认识到土壤和岩石在水力学性质上的差异，以及这些差异对地下水运动规律的影响。书中也对饱和与非饱和水运动进行了区分和详细阐述，并分别介绍了相应的数学模型。例如，在讲解非饱和土壤水运动时，书中深入探讨了基质势、气压势等概念，以及这些势在驱动土壤水运动中的作用。这对于理解农田灌溉、干旱地区地下水补给等问题具有重要的现实意义。书中还涉及了一些关于非均质介质和各向异性介质中水流模拟的内容，这在实际的地质勘探和地下工程中是经常遇到的情况，书中提供的模型和方法对于解决这些问题具有很高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为我们这些在科研一线摸爬滚打的工程师们提供了一个宝贵的工具和理论指导。我尤其关注的是其在数值方法上的论述。从有限差分法到有限元法，再到更先进的数值模拟技术，书中都进行了详尽的介绍，并且结合了具体的算例，展示了如何将这些理论方法应用于解决复杂的地下水和土壤水运动问题。我印象深刻的是书中对于离散化过程的讲解，无论是网格的划分、方程的截断，还是边界条件的设置，作者都给出了清晰的步骤和注意事项，这对于实际的数值模拟操作至关重要。例如，在介绍有限元法时，书中通过一个二维渗流问题的例子，一步步展示了如何构建单元、插值函数，以及组建和求解线性方程组，整个过程条理清晰，让我能够对数值模拟的“黑箱”有一个更深入的理解。此外，书中对不同数值方法的优缺点进行了比较分析，并给出了在不同应用场景下的选择建议，这对于我们选择最适合的数值工具非常有帮助。即使是书中提及的一些高级数值算法，作者也尽可能地用通俗易懂的语言进行阐释，并通过对比和类比，降低了理解的门槛。这本书的实用性极强，它不仅仅停留在理论层面，更着重于如何将理论转化为实际的工程应用，对于提升我们解决实际问题的能力有着显著的帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术价值和实用价值都相当高，它不仅是一本理论著作，更是一本指导实践的工具书。我尤其欣赏书中对于模型验证和不确定性分析的论述。作者强调了模型建立之后，必须经过充分的验证才能应用于实际问题，并介绍了常用的模型验证方法，比如与实测数据的对比、敏感性分析等。这让我认识到，数学模型并非一成不变的真理，而是对现实世界的简化和逼近，其可靠性需要不断地检验和优化。书中还讨论了模型参数的不确定性问题，以及如何通过蒙特卡洛模拟等方法来评估模型结果的不确定性范围。这对于科学决策和风险评估至关重要。例如，在进行地下水开采的规划时，了解模型预测的水位下降范围的不确定性，可以帮助我们做出更稳妥的决策。此外，书中还提到了数值模拟软件的应用，并给出了一些实例，虽然没有详细讲解具体的软件操作，但其对应用方向的指引，以及对数值方法与软件结合的思考，让我受益匪浅。这本书的作者显然对该领域有着深入的研究和丰富的实践经验，其见解独到，论述深入浅出，是一本值得反复阅读和深入学习的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我眼前一亮的书，虽然我不是地质专业的，但作者的讲解方式却让我这个门外汉也能窥见其精妙之处。书中首先引入了地下水和土壤水运动的基本概念，并通过一些直观的例子，比如一个简单的渗流池，解释了多孔介质中流体运动的本质。接着，作者深入浅出地阐述了各种数学模型的建立过程，从最基础的达西定律，到更复杂的非饱和土壤水运动方程，每一步推导都逻辑严谨，过渡自然。我特别喜欢书中对物理概念和数学公式之间关系的细致描绘，让我能深刻理解每一个方程背后所代表的物理意义，而不是死记硬背。例如，在讲解饱和多孔介质中的渗流时，书中通过类比电学中的欧姆定律，生动地解释了水力梯度和渗透系数的作用，这让我在理解这些抽象概念时有了更直观的感受。此外，书中还引用了大量的实际案例，比如地下水回灌、土壤改良等，这些案例的引入不仅增强了理论的实践意义，也让我看到了这些模型在解决现实问题中的强大能力。虽然某些数学推导部分对我而言略有挑战，但书中提供了详细的步骤和解释，加上适时的图示，使得即便需要花费一些时间去琢磨，也最终能有所领悟。这本书的深度和广度都令人称赞，相信对于地质、水文、环境工程等相关领域的专业人士来说，更是一本不可多得的宝藏。