水环境数值模拟与可视化技术PDF电子书下载

目录 1

1 水环境保护基础 1

1.1 水环境质量及其表征 1

1.1.1 水资源与水环境的基本概念 1

1.1.2 水污染 3

1.1.3 水体的自净作用 4

1.1.4 水环境质量及其表征参数 4

1.2 水环境质量标准 11

1.2.1 中国水环境质量标准 12

1.2.2 中国水污染物排放标准 14

1.3 水流运动基本规律 15

1.3.1 水流运动基本概念 15

1.3.2 水流运动的基本方程 16

1.3.3 紊流基础 16

1.3.4 水流运动数值模拟 18

1.4 水环境模拟方法 20

思考练习题 21

2 污染物在水流中的迁移转化 22

2.1 污染物在水流中的扩散 22

2.1.1 扩散现象 22

2.1.2 扩散规律 22

2.1.3 静水扩散方程的求解 26

2.1.4 对流扩散方程的求解 31

2.1.5 紊动扩散方程的求解 33

2.2.1 一维纵向分散方程 39

2.2 污染物在水流中的分散 39

2.2.2 圆管水流中的分散 42

2.2.3 剖面二维明渠流中的分散 46

2.3 污染物在水流中的衰减 48

2.3.1 有机物在河流中的衰减变化 48

2.3.2　水体中硫化物的反应 52

2.4 水体的耗氧与复氧过程 52

2.4.1 流水中有机物的耗氧 53

2.4.2 水生植物呼吸耗氧 53

2.4.4 水体复氧 54

2.4.3　水体底泥耗氧 54

思考练习题 60

3 河流水质模型 62

3.1 水质模型发展概况与分类 62

3.1.1 水质模型的发展概况 62

3.1.2 水质模型的分类特性 63

3.2 河流水质模型的基本方程 65

3.2.1 零维水质模型的基本方程 65

3.2.2 一维河流水质模型的基本方程 66

3.2.3 二维河流水质模型的基本方程 67

3.2.4 三维河流水质模型的基本方程 68

3.3 河流一维水质模型及其求解 69

3.3.1 一维单一河段单参数水质模型 69

3.3.2 一维单一河段多参数水质模型——QUAL-Ⅱ模型 74

3.3.3 一维多河段水质模型 78

3.3.4 河流一维水质模型识别与参数估值 82

3.4.1 平面二维水质模型的解析解 86

3.4 河流平面二维水质模型及其求解 86

3.4.2 二维多河段河流水质模型 90

3.5 河口及感潮河流水质模型 102

3.5.1 河口的水流特征 103

3.5.2 河口与感潮河段水质模型基本方程及其求解 105

3.6 河流水质模型的应用实例 114

3.6.1 明确问题 114

3.6.2 建立模型 115

3.6.4 利用模型进行预测计算 118

3.6.3 模型验证 118

思考练习题 119

4 湖泊（水库）水质模型 121

4.1 湖泊、水库的水环境特征 121

4.2 零维及一维湖库水质模型 122

4.2.1 完全混合模型 122

4.2.2 大湖稀释扩散模型 123

4.2.3 狭长湖库推流衰减模型 125

4.2.4 深水湖库分层箱式模型 125

4.2.5 湖泊群水质模型 125

4.3 二维湖库水质模型 129

思考练习题 130

5 海湾水质模型 132

5.1 海湾水流运动特点及动力学模型 132

5.2 潮流混合模型 133

思考练习题 134

6 水处理工艺水质变化数值模拟 135

6.1 描述三种连续流反应器的基本方程 135

6.1.1 连续搅拌反应器 135

6.1.2 推流反应器 136

6.1.3 具有分散过程的反应器 136

6.2 沉淀和过滤过程的数值模拟 137

6.2.1 沉淀 137

6.2.2 过滤 137

6.3 活性污泥过程的数值模拟 137

6.4 生物膜过程数值模拟 138

思考练习题 139

7.1 污染物在地下水中的迁移转化 140

7 地下水水质模型 140

7.1.1 土壤介质的机械过滤和地下水稀释 141

7.1.2 土壤的物理吸附 141

7.1.3 土壤的离子代换 142

7.1.4 化学吸附 143

7.1.5 沉淀和溶解 143

7.1.6 氧化-还原反应 144

7.1.7 酸碱反应 144

7.1.9 生物作用 145

7.1.8 化学降解 145

7.1.10 生物积累和植物摄取 146

7.1.11 污染物在地下水中迁移转化的基本 146

理论——弥散理论 146

7.2 渗流运动与地下水污染的基本方程 147

7.2.1 渗流运动的基本特征 147

7.2.2 污染物在地下水中迁移的数学模型 148

7.3 地下水水质模型的求解 152

7.3.1 模型的解析解和半解析解 152

7.3.2 弥散方程的解析解 153

思考练习题 158

8 水质数值模拟结果可视化 159

8.1 系统可视化研究概况 159

8.1.1 科学计算可视化 159

8.1.2 科学计算可视化的研究现状 160

8.1.3 泥沙数模成果可视化研究概述 161

8.2 耦合模型成果的可视化开发 163

8.2.1 窗视概述 164

8.2.3 地形数据的坐标映射 165

8.2.2 窗视变换 165

8.2.4 地形图像的生成和显示 166

8.2.5 拉格朗日流场的生成 166

8.2.6 流场图的生成 167

8.2.7 流场动画制作中几个关键问题的处理 168

8.3 系统开发环境 170

8.3.1 硬件环境 170

8.3.4 绘图软件 171

8.3.3 编程语言 171

8.3.2 操作平台 171

8.4 动态多媒体演示系统的研制 172

8.4.1 演示系统的结构 172

8.4.2 制作子系统 172

8.4.3 编辑子系统 174

8.4.4 动态演示的实现 175

8.5 系统评价 176

思考练习题 179

9.1.1 FORTRAN 语言简介 180

9 水质模型数值求解的实现 180

9.1 水质模型数值求解的FORTRAN实现 180

9.1.2 水环境数值模拟计算的FORTRAN实用程序 196

9.2 水质模型数值求解的MATLAB实现 207

9.2.1 MATLAB语言简介 207

9.2.2 应用MATLAB求解线性代数方程组 224

思考练习题 228

参考文献 229