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