环境系统数学模型PDF电子书下载

1 环境系统与数学模型 1

1.1 系统与环境系统概述 1

1.1.1 系统的概述 1

1.1.2 系统模型 3

1.1.3 环境系统概述 5

1.2 数学模型概述 8

1.2.1 数学模型的定义和特征 8

1.2.2 数学模型的分类 9

1.2.3 对数学模型的要求 11

1.2.4 环境系统中的数学模型 11

1.3 环境系统数学模型的建立 11

1.3.1 准备阶段 11

1.3.2 系统认识阶段 12

1.3.3 系统建模阶段 12

1.3.4 模型求解阶段 28

1.3.5 模型检验阶段 29

2 环境质量基本模型 37

2.1 污染物在环境介质中的运动特征 37

2.1.1 随着介质的迁移运动——推流迁移 37

2.1.2 环境介质对污染物的分散作用 37

2.1.3 污染物的衰减与转化 39

2.2 环境质量基本模型的推导 40

2.2.1 零维模型 40

2.2.2 一维基本方程 41

2.2.3 二维模型 42

2.2.4 三维模型 42

2.3 环境质量基本模型的解析解及其应用 42

2.3.1 零维模型 43

2.3.2 一维模型 43

2.3.3 二维模型 46

2.3.4 三维模型 49

3 地表水水质模型 51

3.1 地表水水质参数的选择及水质过程分析 51

3.1.1 地表水水质参数的选择 51

3.1.2 地表水水质过程分析 51

3.2 河流水质模型 56

3.2.1 单一河段水质模型 56

3.2.2 一维多河段水质模型 59

3.2.3 二维多河段河流水质模型 62

3.2.4 河流中重金属迁移转化的一维确定性数学模型 66

3.3 河口水质模型 70

3.3.1 河口的水文特征 71

3.3.2 河口的冲洗时间 72

3.3.3 河口水质模型基本方程 72

3.4 近海水域水质模型 75

3.4.1 二维流体动力学模型 76

3.4.2 潮流混合模型 77

3.5 湖泊与水库水质模型 78

3.5.1 湖库的水文、水质特征分析 78

3.5.2 湖泊与水库的箱式水质模型 80

3.5.3 非完全混合水质模型 82

3.5.4 狭长湖库移流衰减模型 84

3.5.5 湖库环流二维稳态混合衰减模型 84

3.6 地表水水质管理模型 84

3.6.1 地表水污染控制系统规划概述 84

3.6.2 排放口处理最优规划模型 88

3.6.3 均匀处理最优规划模型 89

3.6.4 区域处理最优规划模型 91

3.6.5 水资源-水质系统规划模型 94

3.7 地表水水质模型通用软件简介 95

3.7.1 河流系统的恒定态水质模型 95

3.7.2 河流系统的动态模型 96

3.7.3 水库与湖泊的一维模型 98

3.7.4 水库与湖泊的多维模型 98

3.7.5 模型软件的选择 99

4 地下水水质模型 100

4.1 污染物在含水层中迁移的物理化学及生物作用 100

4.1.1 物理、化学作用 100

4.1.2 生物作用 105

4.2 地下水质模拟的基本原理 106

4.2.1 地下水污染系统的组成 106

4.2.2 地下水污染系统的物理模拟 107

4.2.3 地下水质量的数学模拟 108

4.3 地下水运动及地下水污染的基本方程 113

4.3.1 地下水运动的基本特征 113

4.3.2 污染物在地下水中迁移的数学模型 115

4.3.3 弥散方程的解析解 120

4.4 地下水质模拟和预测 131

4.4.1 预测计算的方法原理 131

4.4.2 开采含水层中发现污染基地时的预测计算 136

4.5 地下水质管理模型概述 141

4.5.1 地下水污染系统环境质量评价程序 142

4.5.2 污染源调查、预测及评价 143

4.5.3 地下水环境质量现状评价 149

4.5.4 地下水污染系统的环境质量影响评价 154

5 大气环境质量模型 156

5.1 大气污染的特征分析 156

5.1.1 大气的垂直分层及边界层大气的运动特征 156

5.1.2 大气中污染物质的扩散过程 157

5.2 大气污染预测模型概述 160

5.2.1 大气污染物预测模型的分类 160

5.2.2 大气预测模型的选择 160

5.3 大气环境质量基本模型 161

5.3.1 瞬时点源的解 161

5.3.2 有风条件下连续点源的解 163

5.4 高架连续点源扩散模型 164

5.4.1 高架连续点源的地面浓度模型 166

5.4.2 高架连续点源的地面轴线浓度模型 166

5.4.3 高架连续点源最大落地浓度模型 166

5.4.4 地面连续排放点源模型 168

5.4.5 高架连续点源在危险风速下的地面绝对最大浓度模型 169

5.4.6 逆温条件下的高架连续点源模型 170

5.4.7 可沉降颗粒物的扩散模型 171

5.4.8 高架多点源连续排放模型 171

5.5 线源和面源排放扩散模型 172

5.5.1 线源扩散模型 172

5.5.2 面源扩散模型 173

5.6 长期平均浓度的估算 179

5.6.1 孤立排放源的长期平均浓度 179

5.6.2 多排放源的长期平均浓度 180

5.7 大气环境质量规划模型 181

5.7.1 大气污染控制系统规划模型概述 181

5.7.2 比例下降规划模型 181

5.7.3 地面浓度控制规划模型 182

5.8 大气环境质量模型通用软件简介 183

5.8.1 简单模型 183

5.8.2 复杂模型 185

6 多介质环境生态数学模型 189

6.1 多介质环境生态数学模型概述 189

6.1.1 多介质环境生态数学模型的定义及建立意义 189

6.1.2 多介质环境生态数学模型研究的现状及发展 189

6.2 污染物在多介质环境中的过程分析 190

6.2.1 水/气界面的物质传输过程 190

6.2.2 土壤/大气界面的物质传输 193

6.2.3 水/沉积物界面的物质传输 200

6.2.4 污染物在水生食物链的迁移与归趋 204

6.2.5 污染物在多介质环境中的生物、化学转化过程 208

6.3 多介质环境数学模型的建立 210

6.3.1 多介质环境的箱式模型 210

6.3.2 逸度算法的多介质环境模型 211

6.3.3 多介质环境的稳态非平衡流动模型 212

7 环境生态学数学模型 219

7.1 单个种群的确定性模型 219

7.1.1 马尔萨斯(Malthus)模型 220

7.1.2 逻辑斯谛(Logistic)模型 221

7.1.3 Mckendric模型 222

7.1.4 离散模型 225

7.2 单个种群的随机模型 230

7.2.1 纯生过程 231

7.2.2 纯死过程 232

7.2.3 简单生死过程 233

7.3 种群间相互作用的模型 235

7.3.1 竞争模型——Lotka-Volterra模型 235

7.3.2 Volterra捕食模型 237

7.4 可再生资源管理的数学模型 240

7.4.1 可再生资源增长的数学模型 241

7.4.2 可再生资源开发的数学模型 242

7.4.3 可再生资源开发的经济行为分析 244

附录 247

附录1 247

附录2 250

参考文献 260