多孔介質污染物遷移動力學

前言

多孔介質污染物遷移動力學是研究流體和污染物在多孔介質中運動與轉化規(guī)律的科學。研究的對象是流體和隨流體運動的污染物，物質運動的載體是具有相互連通空隙的多孔介質。流體運動研究的理論基礎是Darcy定律，污染物遷移研究的理論基礎是Fick定律。研究的方法包括數(shù)學分析方法、電模擬方法、試驗分析方法等，本書側重采用數(shù)學分析方法。撰寫本書的初衷，是為“多孔介質污染物遷移動力學”課程提供一本教材。多年來，作者在清華大學講授“多孔介質污染物遷移動力學”課程，一直沒有合適的教材可供使用。有鑒于此，作者開始查閱資料，總結教案，歸納科研成果，著手撰寫本書，到成稿轉眼就是幾年的時間。學科發(fā)展，科技進步，日新月異。隨之，書的深度和廣度不斷增加，百萬余字已超出一本教科書的容量，但仍覺不夠深透。考慮到一些學生在學習“多孔介質污染物遷移動力學”課程之前并沒有學習地下水水力學或地下水動力學方面的知識，而掌握流體在多孔介質中的運動規(guī)律是認識污染物遷移轉化規(guī)律的基礎，兩者不可割裂，所以本書涉及了兩方面的內(nèi)容，第一方面是流體運動動力學，第二方面是污染物遷移動力學。多孔介質中的流體包括液體和氣體兩大類，本書側重討論前者。在討論非飽和帶水分問題時，也涉及氣態(tài)流體。液態(tài)流體的研究方法對于不可壓縮氣體也是適用的。多孔介質中的液態(tài)流體有多種類型，其中水和水溶液是最主要的，此外還有石油和其他液體如填埋場滲濾液等。水中的物質種類繁多，其化學成分主要分為天然成分和人為成分兩部分。天然成分是水在天然環(huán)境中通過溶濾等作用而形成的化學成分；人為成分則是通過人類活動而直接或間接地引入地下水中的成分。水中的物質可有多種形態(tài)，包括溶解態(tài)、膠體態(tài)、懸浮態(tài)、混溶態(tài)等等，其中溶解態(tài)物質是我們討論的重點。多孔介質中的污染物是在多孔介質中存在的對人體或環(huán)境有直接或間接危害的物質。污染通常是指人類活動所造成的具有危害性的結果，并不包括自然作用，所以從嚴格意義上說，我們所指的污染物也是人為污染物質。但在很多情況下，流體中有危害性的物質究竟是在人為作用下產(chǎn)生的還是自然產(chǎn)生的并不容易劃分開來，且兩者可能疊加在一起，在這樣的情況下，我們統(tǒng)稱為污染物。流體中的有些物質并不構成污染物，包括一些人為引入的物質在內(nèi)，它們無論是對環(huán)境還是對人體健康都是無害的。由于這些物質是非污染物，因此它們的遷移。轉化也不屬于污染物遷移、轉化討論的范疇。然而，無論是污染物還是非污染物，其在多孔介質中的遷移、轉化、滯留、衰減、消除等作用具有相同或類似的規(guī)律，可以按照同樣的動力學理論加以描述。況且，污染物和非污染物也是相對的，對人體有益的物質未必對其他生物或環(huán)境也有益。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)論述了污染物在多孔介質中的遷移動力學。內(nèi)容包括流體運動和污染物遷移的理論基礎；水運動和污染物遷移的控制方程和數(shù)學模型；水運動數(shù)學模型的解析解；污染物遷移問題的解析解；求解水運動和污染物遷移數(shù)學模型的常用數(shù)值方法，即有限差分法和有限單元法；水運動和污染物遷移應用模擬的技術方法。另外本書還給出了相關內(nèi)容的附錄，以及名詞的漢英對照表，方便讀者查閱。本書在數(shù)值求解方法等多方面的諸多創(chuàng)新點反映了學科研究和發(fā)展的前沿，值得參考?！　”緯m合從事環(huán)境污染防治、水利工程、石油工程、地下水資源開發(fā)和管理、區(qū)域環(huán)境管理等方面工作的學生、教師和科研人員參考使用。

作者簡介

王洪濤，1960年8月生，遼寧本溪人，博士，清華大學教授，博士生導師，國家“863計劃”資源環(huán)境技術領域主題專家。主要從事固體廢物控制和污染物遷移動力學方面的教學和科研工作，在生物反應器填埋技術、堆肥化技術、生物質能源轉化(沼氣、氫氣、乙醇)技術和污染物遷移模擬治理等領域取得了積極的研究成果。主持“滇池流域面源污染控制一農(nóng)村固體廢物無害化處理技術研究”、“Sustainable Development of Rural Area in China”等國家專項，國家“863計劃”，國家科技支撐計劃和國際合作等項目多項。研究成果獲省部級科技進步一等獎和三等獎5項。主編學術專著和教材4部，參編3部。發(fā)表學術論文100余篇。獲國家發(fā)明專利4項、軟件著作權2項。為國際期刊Frontiers of Environmental Science & Engineering in China編委。

書籍目錄

符號與量綱表第一章  理論基礎1.1  多孔介質與流體1.1.1  多孔介質的含義與類型1.多孔介質的含義2.多孔介質的類型1.1.2  多孔介質的性質1.空隙性2.連通性3.多相性4.壓縮性1.1.3  流體的物理力學性質1.密度和容重2.液體粘性3.壓縮性4.表面張力1.1.4  地下水埋藏條件1.含水層2.隔水層3.透水層4.飽水帶和包氣帶5.上層滯水6.潛水7.承壓水1.2  滲流的基本理論1.2.1  多孔介質的連續(xù)介質方法.1.連續(xù)介質方法的含義2.代表性單元體3.滲流定義4.滲流分類1.2.2  水頭和水力梯度1.水頭2.水力梯度1.2.3  滲流的Darcy定律1.Darcy定律的表示形式2.Darcy定律的適用范圍和非Darcy滲流1.2.4  滲透系數(shù)與滲透率1.2.5  非均質性和各向異性1.非均質性的含義2.各向異性的含義3.各向異性滲透系數(shù)1.2.6  Darcy定律的分量表示形式1.2.7  水流通過界面的折射1.2.8  分層介質的等效參數(shù)1.3  各向異性滲透張量計算1.3.1  求滲透系數(shù)分量1.3.2  運用莫爾圓求滲透系數(shù)主值和方向1.3.3  方向滲透系數(shù)和滲透橢圓1.4  流網(wǎng)1.4.1  流函數(shù)和勢函數(shù)1.流線與跡線2.流函數(shù)吵3.勢函數(shù)φ4.流函數(shù)的微分方程1.4.2  流網(wǎng)1.5  包氣帶水1.5.1  包氣帶土壤特性1.土壤膠體2.雙電層3.鹽度對土壤滲透性的影響4.包氣帶的優(yōu)先流通道1.5.2  包氣帶水分的基本概念1.含水率……第二章  微分方程和數(shù)學模型第三章  水運動問題解析解第四章  污染物遷移問題解析解第五章  有限差分法第六章  有限單元法第七章  應用模擬方法參考文獻附錄漢英對照表

章節(jié)摘錄

插圖：

編輯推薦

《多孔介質污染物遷移動力學》適合從事環(huán)境污染防治、水利工程、石油工程、地下水資源開發(fā)和管理、區(qū)域環(huán)境管理等方面工作的學生、教師和科研人員參考使用。

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