●《水科學前沿叢書》出版說明
前言
章緒論1
第2章地下水運動模型5
2.1多孔介質和含水層5
2.1.1多孔介質5
2.1.2含水層及其結構和劃分6
2.2地下水運動的基本概念7
2.2.1滲流的基本概念7
2.2.2滲說運動要意7
2.3達西定律與連續性方程9
2.3.1水流連續性方程9
2.3.2動量方程和達西定律10
2.3.3滲透革數及其影響因素11
2.4含水層的儲水特征13
2.4.1水和含水層的可壓縮性13
2.4.2承壓含水層的儲水性14
2.4.3潛水含水層的儲水性15
2.5地下水運動的偏微分方程和定解條件17
2.5.1承壓水運動的基本方程17
2.5.2潛水運動的基本方程20
2.5.3定解條件和定解問題22
第3章非飽和土壤水運動模型25
3.1非飽和土壤水的基本性質25
3.1.1土壤含水率25
3.1.2土壤水勢26
3.1.3土壤水分特征曲線29
3.2非飽和水分運動基本方程31
3.2.1非飽和土壤水的達西定律31
3.2.2非飽和土壤的水力傳導度31
3.2.3非飽和帶土壤水運動的基本方程34
3.2.4非飽和土壤中水、氣、熱耦合運移方程38
3.3非飽和土壤水分運動參數的求解40
3.3.1基本參數求解概述40
3.3.2土壤水分運動參數的室內外實驗確定方法41
3.3.3土壤水分運動參數的野外確定方法54
第4章騰發量與地下水補給計算模型59
4.1土壤-作物-大氣連續繫統59
4.1.1能量平衡方程59
4.1.2淨輻射59
4.1.3潛熱通量61
4.1.4顯熱通量61
4.1.5土壤熱通量62
4.2作物騰發量的計算方法62
4.2.1騰發量的概念及影響因素63
4.2.2騰發量模型及計算方法64
4.3作物根繫吸水的計算方法72
4.3.1根繫吸水影響因素72
4.3.2根繫吸水模型及計算方法73
4.4作物冠層截留的計算方法76
4.4.1截留過程概念76
4.4.2截留模型及計算76
4.5地下水補給量的計算方法78
4.5.1INFIL3.0模型79
4.5.2INFIL3.0模型的適用性和改進86
4.5.3地下水補給模型應用示例87
第5章溶質運移模型94
5.1多孔介質中的水動力彌散94
5.1.1多孔介質中的水動力彌散現像94
5.1.2水動力彌散機理95
5.1.3水動力彌散繫數(D)98
5.2溶質運移的對流-彌散方程106
5.2.1飽和水流運動問題的水動力彌散方程106
5.2.2運動坐標繫中的水動力彌散方程109
5.2.3非飽和水流運動問題的水動力彌散方程109
5.2.4考慮不動水體作用時的水動力彌散方程111
5.2.5雙重介質的水動力彌散方程111
5.3地下水和土壤中氮磷轉化運移數學模型112
5.3.1氮磷素運移模型112
5.3.2氮素轉化模型113
5.3.3磷素轉化模型117
5.3.4溫度模型124
5.4溶質運移的定解問題124
5.4.1起始條件124
5.4.2邊界條件124
5.4.3定解問題125
第6章地下水流問題的數值方法129
6.1地下水數值方法概述129
6.1.1數佳方法的基本概念129
6.1.2地下水數值方法的發展130
6.1.3數值方法在地下水及溶質運動問題中的應用132
6.2有限差分法132
6.2.1差分法的概念132
6.2.2主要差分格式133
6.2.3二維飽和-非飽和水流問題的差分格式135
6.法139
6.3.1基本原理139
6.3.2區域離散與基函數140
6.3.3二維飽和-非飽和水流問題法145
6.4有限體積法148
6.4.1基本原理149
6.4.2二維飽和-非飽和水流運動問題的有限體積法151
6.4.3非規則網格技術152
第7章一維水分和溶質運移數值模型155
7.1一維非飽和水流運動數值模型155
7.1.1以水頭為主變量的Richards方程155
7.1.2選代求解159
7.1.3含水量型Richards方程161
7.1.4Richards方程非迭代算法175
7.1.5重力流方程187
7.2一維榕質運移數值模型192
7.2.1水動力彌散方程的差分法與數值困難193
7.2.2對時間導教采用高次近似的差分格式194
7.2.3帶有上風因子的差分格式195
7.2.法197
7.2.5上法198
7.2.6在運動坐標繫中求解對流-彌散方程199
7.2.7各種數佳方法計算結果的比較202
7.3非飽和帶水分均衡模型208
7.3.1水均衡模型的特征及定義208
7.3.2典型水均衡模型流程圖210
7.3.3非飽和水分再分配模型212
7.3.4常用水均衡模型介紹216
7.3.5算例223
第8章二維滲流和溶質運移數值模型231
8.1二維平面飽和地下水運動數值模型231
8.1.1二維平面飽和水流運動控制方程231
8.l.2二維平面飽和水流問均衡計算231
8.2二維剖面飽和-非飽和水流運動數值模型234
8.2.1二維剖面飽和-非飽和水分運動控制方程234
8.2.2根繫吸水項234
8.2.3非飽和土壤水力參數236
8.2.4定解條件237
8.2.5水流方程的求解238
8.3飽和水流運動問題的溶質運移245
8.3.1對流-彌散方程的伽遼模型245
8.3.2特征方法結合247
8.4特征方法二維溶質運移問題數值方法248
8.4.1計算純對流引起的暫時濃度250
8.4.2純彌散部分的節點濃度及tk+1時刻節點總濃度計算251
8.5飽和-非飽和剖面二維溶質運移數值模型254
8.5.1飽和-非飽和剖面二維溶質運移控制方程254
8.5.2二維溶質運移方程空間離散256
8.5.3二維溶質運移方程時間離散258
8.5.4二維溶質運移方程求解策略259
8.6剖面二維飽和.非飽和氮素運移轉化數值模型262
8.6.1氮磷遷移轉化數值模型262
8.6.2模型檢驗262
第9章三維滲流和溶質運移數值模型274
9.1三維飽和地下水運動數值模型274
9.1.1三維飽和地下水流模型建立思罩在274
9.1.2水頭梯度平均面275
9.1.3三維飽和水流運動簡化數值模型276
9.1.4含水層層間水流通量和水量均衡分析278
9.1.5邊界及源彙項處理279
9.2三維飽和-非飽和水流運動數值模型280
9.2.1基於VHS的三維飽和-非飽和水流運動數值模型280
9.2.2基於主變量轉化的三維飽和-非飽和水流運動數值模型282
9.2.3三維飽和-非飽和水流運動數值計算流程284
9.2.4模型檢驗及應用285
9.3三維飽和榕質運移數值模型294
9.3.1三維飽和溶質運移模型基本思路294
9.3.2基本假設295
9.3.3溶質均衡項分析295
9.3.4迎風加權格式299
9.3.5三維飽和溶質運移數值模型流程300
9.3.6模型驗證及應用301
0章擬三維滲流和溶質運移數值模型306
10.1區域飽和-非飽和擬三維水流運動數值模型307
10.1.1一維-三維區域尺皮模型輯合方式307
10.1.2變網格擬三雄飽和-非飽和水流運動數值模型308
10.1.3不變網格擬三維飽和-非飽和水流運動數值模型317
10.1.4擬三維飽和-非飽和水流運動數值模型驗證320
10.2區域飽和-非飽和擬二維溶質運移數值模型333
10.2.1擬三維飽和.非飽和溶質運移方程333
10.2.2飽和-非飽和溶質遠移完全搞合方法334
10.2.3擬三維飽和-非飽和溶質運移模型流程337
10.2.4模型驗證與分析338
1章滲流的不確定性及數值模擬方法343
11.1影響滲流不確定性的主要因素343
11.1.1介質參數的空間變異性343
11.1.2飽和含水層中滲透繫數的空間變異性343
11.1.3非飽和含水層中水力參數的空間變異性345
11.1.4宏觀彌散參數347
11.1.5水分運動定解條件的不確定性348
11.2描述土壤變異性的方法348
11.2.1隨機變量348
11.2.2隨機過程和隨機場351
11.3土壤變異性隨機模擬方法353
11.3.1隨機變量的模擬方法353
11.3.2空間隨機場的模擬方法358
11.4地下水運動隨機模擬方法簡介365
11.4.1譜分析方法365
11.4.2矩方程方法366
11.4.3蒙特卡羅模擬367
11.4.4基於Karhunen-Loeve展開的隨機分析方法368
11.4.5隨機配點方法368
2章地下水和土壤水運動的隨機數值模型370
12.1地下水運動隨機問題的蒙特卡羅方法370
12.1.1地下水運動問題的模擬步驟和隨機函數的統計矩370
12.1.2吸附性溶質在非飽和土壤中運移的蒙特卡羅模擬371
12.2地下水運動隨機問題的Karhunen-Loeve展開模型377
12.2.1Karhunen-Loeve展開(KL展開)377
12.2.2隨機場的多項式混沌展開379
12.2.3飽和水流運動的隨機數值模型380
12.2.4非飽和水流運動的隨機數值模型391
12.3隨機配點法404
12.3.1輸入參數的隨機表達404
12.3.2隨機配點技術405
12.3.3隨機配點法基本概念408
12.3.4張量積配點法409
12.3.5稀疏網格配點法410
12.3.6非高斯分布的稀疏網格配點法418
12.3.7稀疏網格配點法算例422
3章地下水及土壤水動態預測的數據同化方法426
……
內容簡介
《地下水與土壤水運動數學模型和數值方法》詳細論述地下水運動、土壤水運動和榕質運移的數值方法。首先簡單介紹飽和-非飽和水分運動、土壤水分蒸發和地下水入滲、榕質運移問題的數學模型；其次，分別給出了一維、二維、三維和擬三維飽和-非飽和水流運動和潛質運移數值模型及相應的算例；同時，《地下水與土壤水運動數學模型和數值方法》介紹地下水運動和榕質運移問題的不確定描述方法，詳細論述了地下水和土壤水隨機數值模型，重點介紹了蒙特卡羅方法、動量分析方法和隨機配點法；很後介紹了數據同化在飽和非飽和水分運動數值模擬中的應用，給出了利用集合卡爾曼濾波反求水文地質參數和實時預測的方法。
