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目录1

1 水环境保护基础1

1.1 水环境质量及其表征1

1.1.1 水资源与水环境的基本概念1

1.1.2 水污染3

1.1.3 水体的自净作用4

1.1.4 水环境质量及其表征参数4

1.2 水环境质量标准11

1.2.1 中国水环境质量标准12

1.2.2 中国水污染物排放标准14

1.3 水流运动基本规律15

1.3.1 水流运动基本概念15

1.3.2 水流运动的基本方程16

1.3.3 紊流基础16

1.3.4 水流运动数值模拟18

1.4 水环境模拟方法20

思考练习题21

2 污染物在水流中的迁移转化22

2.1 污染物在水流中的扩散22

2.1.1 扩散现象22

2.1.2 扩散规律22

2.1.3 静水扩散方程的求解26

2.1.4 对流扩散方程的求解31

2.1.5 紊动扩散方程的求解33

2.2.1 一维纵向分散方程39

2.2 污染物在水流中的分散39

2.2.2 圆管水流中的分散42

2.2.3 剖面二维明渠流中的分散46

2.3 污染物在水流中的衰减48

2.3.1 有机物在河流中的衰减变化48

2.3.2　水体中硫化物的反应52

2.4 水体的耗氧与复氧过程52

2.4.1 流水中有机物的耗氧53

2.4.2 水生植物呼吸耗氧53

2.4.4 水体复氧54

2.4.3　水体底泥耗氧54

思考练习题60

3 河流水质模型62

3.1 水质模型发展概况与分类62

3.1.1 水质模型的发展概况62

3.1.2 水质模型的分类特性63

3.2 河流水质模型的基本方程65

3.2.1 零维水质模型的基本方程65

3.2.2 一维河流水质模型的基本方程66

3.2.3 二维河流水质模型的基本方程67

3.2.4 三维河流水质模型的基本方程68

3.3 河流一维水质模型及其求解69

3.3.1 一维单一河段单参数水质模型69

3.3.2 一维单一河段多参数水质模型——QUAL-Ⅱ模型74

3.3.3 一维多河段水质模型78

3.3.4 河流一维水质模型识别与参数估值82

3.4.1 平面二维水质模型的解析解86

3.4 河流平面二维水质模型及其求解86

3.4.2 二维多河段河流水质模型90

3.5 河口及感潮河流水质模型102

3.5.1 河口的水流特征103

3.5.2 河口与感潮河段水质模型基本方程及其求解105

3.6 河流水质模型的应用实例114

3.6.1 明确问题114

3.6.2 建立模型115

3.6.4 利用模型进行预测计算118

3.6.3 模型验证118

思考练习题119

4 湖泊（水库）水质模型121

4.1 湖泊、水库的水环境特征121

4.2 零维及一维湖库水质模型122

4.2.1 完全混合模型122

4.2.2 大湖稀释扩散模型123

4.2.3 狭长湖库推流衰减模型125

4.2.4 深水湖库分层箱式模型125

4.2.5 湖泊群水质模型125

4.3 二维湖库水质模型129

思考练习题130

5 海湾水质模型132

5.1 海湾水流运动特点及动力学模型132

5.2 潮流混合模型133

思考练习题134

6 水处理工艺水质变化数值模拟135

6.1 描述三种连续流反应器的基本方程135

6.1.1 连续搅拌反应器135

6.1.2 推流反应器136

6.1.3 具有分散过程的反应器136

6.2 沉淀和过滤过程的数值模拟137

6.2.1 沉淀137

6.2.2 过滤137

6.3 活性污泥过程的数值模拟137

6.4 生物膜过程数值模拟138

思考练习题139

7.1 污染物在地下水中的迁移转化140

7 地下水水质模型140

7.1.1 土壤介质的机械过滤和地下水稀释141

7.1.2 土壤的物理吸附141

7.1.3 土壤的离子代换142

7.1.4 化学吸附143

7.1.5 沉淀和溶解143

7.1.6 氧化-还原反应144

7.1.7 酸碱反应144

7.1.9 生物作用145

7.1.8 化学降解145

7.1.10 生物积累和植物摄取146

7.1.11 污染物在地下水中迁移转化的基本146

理论——弥散理论146

7.2 渗流运动与地下水污染的基本方程147

7.2.1 渗流运动的基本特征147

7.2.2 污染物在地下水中迁移的数学模型148

7.3 地下水水质模型的求解152

7.3.1 模型的解析解和半解析解152

7.3.2 弥散方程的解析解153

思考练习题158

8 水质数值模拟结果可视化159

8.1 系统可视化研究概况159

8.1.1 科学计算可视化159

8.1.2 科学计算可视化的研究现状160

8.1.3 泥沙数模成果可视化研究概述161

8.2 耦合模型成果的可视化开发163

8.2.1 窗视概述164

8.2.3 地形数据的坐标映射165

8.2.2 窗视变换165

8.2.4 地形图像的生成和显示166

8.2.5 拉格朗日流场的生成166

8.2.6 流场图的生成167

8.2.7 流场动画制作中几个关键问题的处理168

8.3 系统开发环境170

8.3.1 硬件环境170

8.3.4 绘图软件171

8.3.3 编程语言171

8.3.2 操作平台171

8.4 动态多媒体演示系统的研制172

8.4.1 演示系统的结构172

8.4.2 制作子系统172

8.4.3 编辑子系统174

8.4.4 动态演示的实现175

8.5 系统评价176

思考练习题179

9.1.1 FORTRAN 语言简介180

9 水质模型数值求解的实现180

9.1 水质模型数值求解的FORTRAN实现180

9.1.2 水环境数值模拟计算的FORTRAN实用程序196

9.2 水质模型数值求解的MATLAB实现207

9.2.1 MATLAB语言简介207

9.2.2 应用MATLAB求解线性代数方程组224

思考练习题228

参考文献229