環(huán)境泥沙的表面特性與模型

前言

一直希望找到一句成語或者諺語表達(dá)一個意思——泥沙顆粒雖然細(xì)小，但作為自然界的一部分同樣蘊藏著十分豐富和完美的自然法則。我接觸泥沙研究的工作始于1984年，隨后經(jīng)歷了不同階段學(xué)位的學(xué)習(xí)，工作后又一直從事泥沙及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究，自然而然地喜歡上泥沙顆粒的復(fù)雜與奇妙。對它的接觸越多，未知的東西也越多，就越是有興趣琢磨它，這也許正是科學(xué)的魅力吧。泥沙運動力學(xué)已形成了一套較為完整的理論體系。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水體受到了污染，水體中被污染的泥沙日益受到人們的重視，本書所研究的泥沙是受到污染物質(zhì)作用后的泥沙，為與干凈的泥沙相區(qū)別，特將其稱為環(huán)境泥沙。泥沙與各種污染物質(zhì)相互作用的界面是泥沙顆粒的表面，正確認(rèn)識泥沙顆粒表面的形貌和結(jié)構(gòu)是研究泥沙與污染物質(zhì)相互作用關(guān)系的基礎(chǔ)。通過觀測泥沙顆粒表面的形貌與結(jié)構(gòu)，從而建立干凈泥沙與環(huán)境泥沙的表面形貌與結(jié)構(gòu)的模型是本書的基本研究思路和研究目標(biāo)。

內(nèi)容概要

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的水環(huán)境污染問題日益突出。天然水體中存在的泥沙顆粒在污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過程中擔(dān)任著非常重要的角色。本書以泥沙顆粒為主要研究對象，從微觀角度出發(fā)，對泥沙吸附磷和重金屬的遷移規(guī)律及其形貌變化進(jìn)行了研究和闡述。    研究中采用r先進(jìn)的掃描電鏡對干凈泥沙及完成了磷和重金屬吸附實驗的泥沙進(jìn)行觀測，測量了泥沙顆粒表面形貌起伏和空隙的變化規(guī)律。    在電鏡實驗觀測的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)方法描述了泥沙顆粒的形狀和表面結(jié)構(gòu)，并用概率統(tǒng)計的方法構(gòu)建了數(shù)學(xué)泥沙的研究平臺。該平臺可以表征泥沙顆粒的三維微觀形貌，同時也能反映泥沙顆粒表面上每個微區(qū)的污染物吸附過程。用該平臺結(jié)合吸附動力學(xué)方程開發(fā)和完善了一維水沙和水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，完善后的模型已經(jīng)應(yīng)用到實際工程計算之中，并取得了滿意的計算效果。    本書可供水利、環(huán)境、地理、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水土保持等有關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員和研究生參考。

作者簡介

方紅衛(wèi)，1988年、l990年、l993年分別獲武漢水利電力大學(xué)工學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，現(xiàn)為清華大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才，優(yōu)秀青年教師，國家杰出青年基金獲得者。曾到美國Florida State University、日本Kyoto
University作訪問學(xué)者、到德國University

書籍目錄

前言第1章 緒論  1.1 問題的提出  1.2 顆粒物的形貌及表面性質(zhì)  1.3 泥沙對污染物的吸附  1.4 污染物遷移轉(zhuǎn)化模型第2章 基本實驗儀器及原理  2.1 電子顯微鏡  2.2 物理化學(xué)吸附分析儀  2.3 離子濃度測定第3章 泥沙顆粒形貌定性描述  3.1 樣品采集與制備  3.2 天然沙和清洗沙表面形貌  3.3 泥沙表面孔隙第4章 泥沙顆粒形貌定量描述  4.1 圖像數(shù)字化  4.2 顆粒投影形狀  4.3 顆粒表面結(jié)構(gòu)  4.4 泥沙顆粒圖像灰度值統(tǒng)計第5章 泥沙吸附磷和重金屬實驗  5.1 實驗準(zhǔn)備  5.2 泥沙吸附磷的實驗  5.3 泥沙吸附重金屬的實驗第6章 環(huán)境泥沙表面的物理特性  6.1 氣體吸附法測量顆粒表面物理性質(zhì)  6.2 泥沙樣品吸附等溫線  6.3 泥沙顆粒表面的主要物理特性  6.4 泥沙顆粒表面分形維數(shù)第7章 環(huán)境泥沙表面的化學(xué)特性  7.1 顆粒表面元素區(qū)域分析  ……第8章 數(shù)學(xué)泥沙研究平臺及其應(yīng)用第9章 一維數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用第10章 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

我國河流、湖泊和水庫的污染和泥沙輸移相互交叉研究的新問題預(yù)示著人們必須進(jìn)一步關(guān)注泥沙的環(huán)境效應(yīng)。一方面，河流中泥沙的運動、沉積、再起動等直接影響著污染物的輸移；另一方面，受污染水體的泥沙的運動規(guī)律已經(jīng)發(fā)生了變化，泥沙運動和污染物輸運之間存在著較強的耦合關(guān)系。顯然，在研究泥沙運動對污染物輸運規(guī)律影響的同時，更應(yīng)該關(guān)注攜帶污染物泥沙的運動規(guī)律及泥沙與污染物之間的耦合作用。研究受污染水體條件下泥沙運動規(guī)律需要有水利工程科學(xué)與環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)，研究這一規(guī)律涉及的主要內(nèi)容包括泥沙顆粒的形貌及其表面特性、水體中污染物離子（如含磷的離子）與泥沙顆粒的物理和化學(xué)作用、受污染泥沙顆粒及污染物質(zhì)的輸移等。顯然，上述研究內(nèi)容不僅涉及泥沙運動的物理過程，往往還涉及泥沙運動的化學(xué)過程。

編輯推薦

《環(huán)境泥沙的表面特性與模型》是作者與兩位博士研究生陳明洪、陳志和近五年工作的積累與總結(jié)?！董h(huán)境泥沙的表面特性與模型》受國家自然科學(xué)基金委員會杰出青年科學(xué)基金(50325929)和創(chuàng)新群體基金(50221903)資助， 部分出版費用受水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室資助。

圖書封面

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