水环境数学模型原理及应用
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《水环境数学模型原理及应用》针对水环境模型原理及应用展开,以环境流体动力学模型(environmental fluid dynamic code,EFDC)为例阐述水环境模型的基本理论、建模程序和案例实训。《水环境数学模型原理及应用》重点描述了可视化工具EFDC_Explorer(EE)的基本功能和建模操作方法,并附以4个模型案例作为实训材料,涵盖河流、浅水湖泊、深水水库和河口区域。
目录前言第1章绪论11.1引言11.2地表水环境数学模型简述21.2.1水动力学模型21.2.2水质模型21.2.3水生态模型41.3地表水环境数学模型研究热点和发展趋势51.3.1模型参数敏感性和不确定性61.3.2模型模拟精度的影响因素71.3.3模型应用范围的扩展81.3.4模型综合化、平台化和法规化91.3.5模型与新兴技术的结合91.4常用地表水环境数学模型功能对比10参考文献11第2章环境流体动力学模型基本理论16 2.1水动力模块162.1.1水平和垂向坐标系统162.1.2水动力基本方程162.1.3垂向紊流闭合182.1.4EFDC模型垂向分层选项202.2物质输运模块212.2.1对流-扩散传输的基本方程212.2.2染料/水龄222.3温度和传热模块222.3.1热传递的基本方程222.3.2水体表面热交换232.3.3沉积床温度模块252.3.4冰封模块262.4泥沙输运模块272.4.1悬浮泥沙输运的基本方程272.4.2原有的EFDC模型泥沙输运模块282.4.3新的泥沙输运解决方案(SEDZLJ模型)332.5水质与富营养化模块412.5.1概述412.5.2水柱富营养化控制方程432.5.3水生植物和附生植物542.5.4大型藻类/底栖藻类602.5.5沉积成岩与内源释放612.6有毒物质污染与运移模块652.6.1基本方程652.6.2有毒物质损失项662.7拉格朗日粒子追踪模块672.7.1基本方程和随机游动672.7.2溢油模型68参考文献68第3章地表水环境模型构建程序713.1问题分析和对象识别713.1.1按地表水体特征及其环境特征分类713.1.2按模拟对象和物质组分分类723.2模型的选择743.2.1模型选择的依据743.2.2不同水体模型选择推荐743.3研究区域的确定和网格划分753.3.1模型模拟范围的确定753.3.2网格划分类型763.4边界条件与初始条件的确定773.4.1边界条件的确定773.4.2初始条件的确定793.5模型参数不确定性和敏感性分析793.5.1不确定性来源793.5.2常用不确定性分析方法803.6模型的率定和验证813.6.1模型率定813.6.2模型验证及精度要求823.7模拟结果展现与分析833.7.1模型模拟结果展现833.7.2模拟结果分析83参考文献86第4章河流水动力模拟案例实训874.1项目概况874.2CVLGrid曲线正交网格绘制874.2.1网格构建884.2.2网格文件导入EE8.3及时间步长确定984.3边界条件设置1024.3.1设置水位边界1024.3.2设置排污口流量边界1044.3.3设置染料浓度边界条件1044.3.4赋值边界数据1054.4初始条件设置1094.4.1水深数据导入1094.4.2Dye模块激活1104.5模型率定验证1114.5.1模型率定验证步骤1114.5.2率定验证结果1144.5.3模拟结果分析1144.6模型使用小结116参考文献116第5章浅水湖泊水动力和富营养化模拟实训案例1175.1水动力模拟案例1175.1.1项目概况1175.1.2网格划分及时间步长确定1185.1.3边界条件设置1205.1.4初始条件设置1225.1.5模型参数不确定性和敏感性分析1225.1.6模型的率定和验证1305.1.7情景模拟方案1335.1.8模拟结果与讨论1345.1.9水动力模型使用小结1375.2水质富营养化模拟案例1375.2.1项目概况1375.2.2边界条件设置1385.2.3初始条件和参数设置1415.2.4模型参数不确定性和敏感性分析1445.2.5模型率定和验证(简)1555.2.6情景模拟方案1585.2.7模拟结果与讨论1595.2.8水质富营养化模型使用小结1625.3沉积物成岩模拟案例1635.3.1项目概况1635.3.2网格划分1655.3.3边界条件设置1655.3.4初始条件设置1665.3.5不确定性和敏感性分析(简)1675.3.6模型率定验证(简)1705.3.7沉积物成岩模型关键参数设置1725.3.8模拟结果与讨论1755.3.9沉积物成岩模型使用小结180参考文献180第6章深水水库水动力及水温数值模拟案例实训1826.1项目概况1826.1.1项目背景与研究目标1826.1.2项目区域概况1826.2网格划分和时间步长设置1846.2.1网格划分1846.2.2时间步长设置1856.3边界条件设置1856.3.1流量数据1856.3.2水温数据1856.3.3风场数据1866.3.4大气数据1866.4初始条件设置1866.5模型率定验证(简)1866.5.1模型的校验1866.5.2模型关键参数设置1886.6情景模拟方案1896.6.1研究水位下降对水动力过程的影响1896.6.2坐标水平压力梯度误差降低方法1906.6.3Sigma-z混合坐标(SGZ)下水平压力梯度误差降低方法1916.7模拟结果与讨论1926.7.1探究水位下降对水动力过程的影响1926.7.2坐标下水平压力梯度误差降低方法1956.7.3Sigma-z混合坐标下水平压力梯度误差降低方法1966.8模型使用小结200参考文献201第7章河口泥沙输移及盐水入侵模拟案例实训2027.1项目概况2027.2网格划分及相关设置2037.2.1网格划分类型2037.2.2网格划分2047.2.3地形高程设置2067.2.4时间步长设置2077.3边界条件设置2077.3.1流量数据2087.3.2示踪剂数据2097.3.3盐度数据2097.3.4潮汐调和数据2107.3.5泥沙数据2117.3.6边界条件设置2127.4初始条件设置2147.5模型关键参数设置2147.5.1模块确定2147.5.2水动力参数2157.5.3泥沙参数2157.6模型率定验证(简)2187.7模拟结果与讨论2207.7.1流场分布2207.7.2盐水入侵模拟分析2227.7.3泥沙输移模拟分析2247.8模型使用小结227参考文献227