地下水運動數(shù)學模型

前言

地下水是全球水資源的重要組成部分，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。由于人類對地下水過度開發(fā)引起的一系列生態(tài)和環(huán)境問題，提示冬們必須對地下水進行合理開發(fā)和有效保護才能達到可持續(xù)利用；促使人們進一步加強對地下水科學的研究，從而在地下水運動理論和方法研究方面不斷取得新的進展和突破，為解決實際生產(chǎn)問題提供理論基礎和技術保障。要實現(xiàn)對地下水的合理開發(fā)和持續(xù)利用，需要定量分析地下水量和地下水質(zhì)的時空分布特征和轉(zhuǎn)化運移規(guī)律，地下水運動數(shù)學模型是開展這方面工作的理論基礎和實用工具。本書在闡述地下水科學領域的基本理論和數(shù)學模型的基礎上，也將該領域的一些最新研究成果及時傳遞給讀者。 Darcy定律的提出奠定了地下水運動的理論基礎，建立了地下水流通量和水分能量之間的定量關系。根據(jù)滲流的基本概念和Darcy定律，應用流體力學和水力學的基本理論，可以建立多孔介質(zhì)中水流運動的基本方程。非飽和土壤中的水分運動是土壤物理學家研究的主要問題之一，根據(jù)Bickingham和Richards的研究，Darcy定律對非飽和土壤水分運動同樣適用，這樣，非飽和土壤水分的運動和飽和地下水運動可以利用近乎相同的數(shù)學物理方程進行描述，兩者之間的主要差別是關于水力傳導率和水分能量的描述。多孔介質(zhì)中溶質(zhì)運移的基本理論為水動力彌散理論，該理論建立了溶解于多孔介質(zhì)水分中的溶質(zhì)通量與水分溶質(zhì)濃度之間的定量關系，應用流體力學中的質(zhì)量守恒原理，可以得到多孔介質(zhì)中溶質(zhì)運移的水動力彌散方程。作者較簡潔地敘述了地下水、土壤水和溶質(zhì)運移的基本理論，給出了基本方程和定解問題，為地下水運動模型的建立奠定了基礎。描述地下水流運動或溶質(zhì)運移的數(shù)學形式都是一組偏微分方程（或偏微分方程組）。定量研究地下水、土壤水和溶質(zhì)運移的問題，實際上是求解偏微分方程的數(shù)學問題。早期的求解方法主要為復變函數(shù)方法和積分變換方法，對于相對簡單的邊值問題，利用這些方法得到相應問題的解析解，解析解結(jié)果對深入認識和理解地下水流運動的特征和解決實際生產(chǎn)問題起到了重要作用。該書作者未對解析解的具體求解方法進行詳細討論，但利用少量筆墨簡單介紹了典型的解析解和實用公式，主要分析了這些結(jié)果的物理意義和應用條件。

內(nèi)容概要

　　本書重點介紹了地下水運動、土壤水運動和溶質(zhì)運移的基本理論；河渠影響下地下水運動模型及解析解；井流條件下地下水運動模型及井流試驗求參方法；地下水數(shù)值模擬常用數(shù)值方法和數(shù)值模型；非飽和帶水分運動模型；地下水溶質(zhì)運移模型和數(shù)值方法；地下水分運動的隨機數(shù)值模型和時間序列分析模型。書中還簡單介紹了分析地下水運動、土壤水運動和溶質(zhì)運移的常用軟件和數(shù)值方法。    本書可作為水文學與水資源、農(nóng)田水利、農(nóng)業(yè)水土工程、水文地質(zhì)、土壤物理等專業(yè)的選修課教材，也可作為相關專業(yè)科研、教學和工程技術人員的參考書。

作者簡介

楊金忠，武漢大學教授，博士生導師。1953年生，1975年畢業(yè)于河北地質(zhì)學院，留校任教4年，主要從事地下水動力學和地下水資源的教學和科研工作；1979年考入武漢水利電力學院攻讀研究生，主要開展飽和－非飽和土壤中水分和溶質(zhì)運移的理論和實驗研究，1982年和1986年分別獲碩士學位和工學博士學位，后留校任教至今，1991年晉升為教授，同年被國家教委授予有突出貢獻的博士學位獲得者，并獲得國務院政府特殊津貼。在美國、澳大利亞進行多年合作研究。長期從事滲流理論。溶質(zhì)運移理論、地下水資源評價、地下水污染防治、灌溉排水理論、農(nóng)田水利、水利工程規(guī)劃設計等領域的教學和科研工作。在飽和－非飽和介質(zhì)中的水分運動、溶質(zhì)運移、數(shù)值模擬方法和隨機理論的研究頗具特色。主持和參加了三十多項國家科技攻關課題、國家自然科學基金課題、國家教委基金等課題，已發(fā)表論文150余篇，主編和合作編寫專著五部，獲得省部級自然科學獎和科技進步二等獎三項。

書籍目錄

叢書序序 前言 緒論 第一章  地下水運動的基礎理論 　第一節(jié)  地下水運動的基本概念 　第二節(jié)  達西定律與連續(xù)性方程 　第三節(jié)  含水層的儲水特性 　第四節(jié)  地下水運動的微分方程和定解條件 第二章  河渠(溝)影響下的地下水運動 　第一節(jié)  河渠滲漏過程 　第二節(jié)  河渠發(fā)生自由滲漏時附近地下水的運動 　第三節(jié)  河渠頂托滲流條件下地下水的運動 　第四節(jié)  水平排水條件下的地下水運動 第三章  井流條件下的地下水運動 　第一節(jié)  地下水井流模型的發(fā)展與應用 　第二節(jié)  穩(wěn)定井流模型 　第三節(jié)  無越流承壓含水層非穩(wěn)定井流 　第四節(jié)  潛水含水層非穩(wěn)定井流 　第五節(jié)  多含水層系統(tǒng)的非穩(wěn)定井流 　第六節(jié)  復雜條件井流分析 　第七節(jié)  井流試驗及其解譯 第四章  地下水運動的數(shù)值模型 　第一節(jié)  地下水流數(shù)值方法概述 　第二節(jié)  地下水流有限差分模型 　第三節(jié)  地下水流有限元模型　第四節(jié)  地下水流邊界元模型 　第五節(jié)  地下水流數(shù)值模型的反演 　第六節(jié)  MODFLOW模型簡介 第五章  非飽和滲流模型 　第一節(jié)  非飽和土壤水的基本性質(zhì) 　第二節(jié)  非飽和水分運動基本方程 　第三節(jié)  入滲條件下的非飽和土壤水分運動 　第四節(jié)  蒸發(fā)條件下的土壤水分運動 第六章  地下水溶質(zhì)運移模型 　第一節(jié)  多孔介質(zhì)中的水動力彌散 　第二節(jié)  水動力彌散系數(shù) 　第三節(jié)  溶質(zhì)運移的對流—彌散方程 　第四節(jié)  水動力彌散方程的解析解 　第五節(jié)  溶質(zhì)運移問題的數(shù)值方法 　第六節(jié)  常用飽和-非飽和水流與溶質(zhì)運移模型簡介 第七章  地下水運動的隨機模型 　第一節(jié)  多孔介質(zhì)的空間變異性及隨機描述 　第二節(jié)  隨機模擬的數(shù)學方法 　第三節(jié)  地下水運動隨機問題的蒙特卡羅方法 　第四節(jié)  地下水運動隨機問題的Karhunen—Loeve展開模型 　第五節(jié)  時間序列分析模型 參考文獻 附錄  主要符號－覽表

章節(jié)摘錄

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《地下水運動數(shù)學模型》：水科學數(shù)學模型叢書。

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