多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)

前言

多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)是研究流體和污染物在多孔介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。研究的對(duì)象是流體和隨流體運(yùn)動(dòng)的污染物，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的載體是具有相互連通空隙的多孔介質(zhì)。流體運(yùn)動(dòng)研究的理論基礎(chǔ)是Darcy定律，污染物遷移研究的理論基礎(chǔ)是Fick定律。研究的方法包括數(shù)學(xué)分析方法、電模擬方法、試驗(yàn)分析方法等，本書(shū)側(cè)重采用數(shù)學(xué)分析方法。撰寫(xiě)本書(shū)的初衷，是為“多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)”課程提供一本教材。多年來(lái)，作者在清華大學(xué)講授“多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)”課程，一直沒(méi)有合適的教材可供使用。有鑒于此，作者開(kāi)始查閱資料，總結(jié)教案，歸納科研成果，著手撰寫(xiě)本書(shū)，到成稿轉(zhuǎn)眼就是幾年的時(shí)間。學(xué)科發(fā)展，科技進(jìn)步，日新月異。隨之，書(shū)的深度和廣度不斷增加，百萬(wàn)余字已超出一本教科書(shū)的容量，但仍覺(jué)不夠深透?？紤]到一些學(xué)生在學(xué)習(xí)“多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)”課程之前并沒(méi)有學(xué)習(xí)地下水水力學(xué)或地下水動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)，而掌握流體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是認(rèn)識(shí)污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的基礎(chǔ)，兩者不可割裂，所以本書(shū)涉及了兩方面的內(nèi)容，第一方面是流體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)，第二方面是污染物遷移動(dòng)力學(xué)。多孔介質(zhì)中的流體包括液體和氣體兩大類(lèi)，本書(shū)側(cè)重討論前者。在討論非飽和帶水分問(wèn)題時(shí)，也涉及氣態(tài)流體。液態(tài)流體的研究方法對(duì)于不可壓縮氣體也是適用的。多孔介質(zhì)中的液態(tài)流體有多種類(lèi)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(chǎng)滲濾液等。水中的物質(zhì)種類(lèi)繁多，其化學(xué)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(guò)溶濾等作用而形成的化學(xué)成分；人為成分則是通過(guò)人類(lèi)活動(dòng)而直接或間接地引入地下水中的成分。水中的物質(zhì)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(zhì)是我們討論的重點(diǎn)。多孔介質(zhì)中的污染物是在多孔介質(zhì)中存在的對(duì)人體或環(huán)境有直接或間接危害的物質(zhì)。污染通常是指人類(lèi)活動(dòng)所造成的具有危害性的結(jié)果，并不包括自然作用，所以從嚴(yán)格意義上說(shuō)，我們所指的污染物也是人為污染物質(zhì)。但在很多情況下，流體中有危害性的物質(zhì)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(kāi)來(lái)，且兩者可能疊加在一起，在這樣的情況下，我們統(tǒng)稱(chēng)為污染物。流體中的有些物質(zhì)并不構(gòu)成污染物，包括一些人為引入的物質(zhì)在內(nèi)，它們無(wú)論是對(duì)環(huán)境還是對(duì)人體健康都是無(wú)害的。由于這些物質(zhì)是非污染物，因此它們的遷移。轉(zhuǎn)化也不屬于污染物遷移、轉(zhuǎn)化討論的范疇。然而，無(wú)論是污染物還是非污染物，其在多孔介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化、滯留、衰減、消除等作用具有相同或類(lèi)似的規(guī)律，可以按照同樣的動(dòng)力學(xué)理論加以描述。況且，污染物和非污染物也是相對(duì)的，對(duì)人體有益的物質(zhì)未必對(duì)其他生物或環(huán)境也有益。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)系統(tǒng)論述了污染物在多孔介質(zhì)中的遷移動(dòng)力學(xué)。內(nèi)容包括流體運(yùn)動(dòng)和污染物遷移的理論基礎(chǔ)；水運(yùn)動(dòng)和污染物遷移的控制方程和數(shù)學(xué)模型；水運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的解析解；污染物遷移問(wèn)題的解析解；求解水運(yùn)動(dòng)和污染物遷移數(shù)學(xué)模型的常用數(shù)值方法，即有限差分法和有限單元法；水運(yùn)動(dòng)和污染物遷移應(yīng)用模擬的技術(shù)方法。另外本書(shū)還給出了相關(guān)內(nèi)容的附錄，以及名詞的漢英對(duì)照表，方便讀者查閱。本書(shū)在數(shù)值求解方法等多方面的諸多創(chuàng)新點(diǎn)反映了學(xué)科研究和發(fā)展的前沿，值得參考?！　”緯?shū)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(kāi)發(fā)和管理、區(qū)域環(huán)境管理等方面工作的學(xué)生、教師和科研人員參考使用。

作者簡(jiǎn)介

王洪濤，1960年8月生，遼寧本溪人，博士，清華大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家“863計(jì)劃”資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域主題專(zhuān)家。主要從事固體廢物控制和污染物遷移動(dòng)力學(xué)方面的教學(xué)和科研工作，在生物反應(yīng)器填埋技術(shù)、堆肥化技術(shù)、生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化(沼氣、氫氣、乙醇)技術(shù)和污染物遷移模擬治理等領(lǐng)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(wú)害化處理技術(shù)研究”、“Sustainable Development of Rural Area in China”等國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)，國(guó)家“863計(jì)劃”，國(guó)家科技支撐計(jì)劃和國(guó)際合作等項(xiàng)目多項(xiàng)。研究成果獲省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)5項(xiàng)。主編學(xué)術(shù)專(zhuān)著和教材4部，參編3部。發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)。為國(guó)際期刊Frontiers of Environmental Science & Engineering in China編委。

書(shū)籍目錄

符號(hào)與量綱表第一章  理論基礎(chǔ)1.1  多孔介質(zhì)與流體1.1.1  多孔介質(zhì)的含義與類(lèi)型1.多孔介質(zhì)的含義2.多孔介質(zhì)的類(lèi)型1.1.2  多孔介質(zhì)的性質(zhì)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(xué)性質(zhì)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(zhì)的連續(xù)介質(zhì)方法.1.連續(xù)介質(zhì)方法的含義2.代表性單元體3.滲流定義4.滲流分類(lèi)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(zhì)性和各向異性1.非均質(zhì)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(guò)界面的折射1.2.8  分層介質(zhì)的等效參數(shù)1.3  各向異性滲透張量計(jì)算1.3.1  求滲透系數(shù)分量1.3.2  運(yùn)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(shì)函數(shù)1.流線(xiàn)與跡線(xiàn)2.流函數(shù)吵3.勢(shì)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(duì)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(xué)模型第三章  水運(yùn)動(dòng)問(wèn)題解析解第四章  污染物遷移問(wèn)題解析解第五章  有限差分法第六章  有限單元法第七章  應(yīng)用模擬方法參考文獻(xiàn)附錄漢英對(duì)照表

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué)》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(kāi)發(fā)和管理、區(qū)域環(huán)境管理等方面工作的學(xué)生、教師和科研人員參考使用。

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