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內容簡介

　　《水科學前沿叢書：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、土壤水運動和溶質運移的數值方法。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、溶質運移問題的數學模型；其次，分彆給齣瞭一維、二維、三維和擬三維飽和一非飽和水流運動和溶質運移數值模型及相應的算例；同時，《水科學前沿叢書：地下水與土壤水運動數學模型和數值方法》介紹地下水運動和溶質運移問題的不確定描述方法，詳細論述瞭地下水和土壤水隨機數值模型，重點介紹瞭濛特卡羅方法、動量分析方法和隨機配點法；最後介紹瞭數據同化在飽和.非飽和水分運動數值模擬中的應用，給齣瞭利用集閤卡爾曼濾波反求水文地質參數和實時預測的方法。
　　《水科學前沿叢書：地下水與土壤水運動數學模型和數值方法》可供水文與水資源、農田水利、農業水土工程、水文地質、環境工程、土壤物理等專業的科研人員、工程技術人員和高等學校師生閱讀和參考。

目錄

《水科學前沿叢書》齣版說明
前言
第1章 緒論
第2章 地下水運動模型
2．1 多孔介質和含水層
2．1．1 多孔介質
2．1．2 含水層及其結構和劃分
2．2 地下水運動的基本概念
2．2．1 滲流的基本概念
2．2．2 滲流運動要素
2．3 達西定律與連續性方程
2．3．1 水流連續性方程
2．3．2 動量方程和達西定律
2．3．3 滲透係數及其影響因素
2．4 含水層的儲水特徵
2．4．1 水和含水層的可壓縮性
2．4．2 承壓含水層的儲水性
2．4．3 潛水含水層的儲水性
2．5 地下水運動的偏微分方程和定解條件
2．5．1 承壓水運動的基本方程
2．5．2 潛水運動的基本方程
2．5．3 定解條件和定解問題

第3章 非飽和土壤水運動模型
3．1 非飽和土壤水的基本性質
3．1．1 土壤含水率
3．1．2 土壤水勢
3．1．3 土壤水分特徵麯綫
3．2 非飽和水分運動基本方程
3．2．1 非飽和土壤水的達西定律
3．2．2 非飽和土壤的水力傳導度
3．2．3 非飽和帶土壤水運動的基本方程
3．2．4 非飽和土壤中水、氣、熱耦閤運移方程
3．3 非飽和土壤水分運動參數的求解
3．3．1 基本參數求解概述
3．3．2 土壤水分運動參數的室內外實驗確定方法
3．3．3 土壤水分運動參數的野外確定方法

第4章 騰發量與地下水補給計算模型
4．1 土壤-作物-大氣連續係統
4．1．1 能量平衡方程
4．1．2 淨輻射
4．1．3 潛熱通量
4．1．4 顯熱通量
4．1．5 土壤熱通量
4．2 作物騰發量的計算方法
4．2．1 騰發量的概念及影響因素
4．2．2 騰發量模型及計算方法
4．3 作物根係吸水的計算方法
4．3．1 根係吸水影響因素
4．3．2 根係吸水模型及計算方法
4．4 作物冠層截留的計算方法
4．4．1 截留過程概念
4．4．2 截留模型及計算
4．5 地下水補給量的計算方法
4．5．1 INFIL 3．0模型
4．5．2 INFIL 3．0模型的適用性和改進
4．5．3 地下水補給模型應用示例

第5章 溶質運移模型
5．1 多孔介質中的水動力彌散
5．1．1 多孔介質中的水動力彌散現象
5．1．2 水動力彌散機理
5．1．3 水動力彌散係數（D）
5．2 溶質運移的對流．彌散方程
5．2．1 飽和水流運動問題的水動力彌散方程
5．2．2 運動坐標係中的水動力彌散方程
5．2．3 非飽和水流運動問題的水動力彌散方程
5．2．4 考慮不動水體作用時的水動力彌散方程
……
第6章 地下水流問題的數值方法
第7章 一維水分和溶質運移數值模型
第8章 二維滲流和溶質運移數值模型
第9章 三維滲流和溶質運移數值模型
第10章 擬三維滲流和溶質運移數值模型
第11章 滲流的不確定性及數值模擬方法
第12章 地下水和土壤水運動的隨機數值模型
第13章 地下水及土壤水動態預測的數據同化方法
參考文獻

精彩書摘

　　《水科學前沿叢書：地下水與土壤水運動數學模型和數值方法》：
　　在20世紀50年代以前，地下水運動問題求解技術主要以解析方法為主，它通過數學分析手段（包括變量代換、分離變量、保角變換、積分變換等）得到各種理想化條件下水流運動的解析解。解析解在理論上和形式上都很完美，通過對解析解的分析，可以從物理機製上深入理解地下水的運動規律與特徵。特彆重要的是，地下水運動的解析解為求取水文地質參數提供瞭簡潔的工具。但是，由於數學工具的局限性，隻有在水流運動比較簡單的條件下纔有可能得到解析解，條件稍一復雜，特彆是對於非均質問題、非綫性問題和區域邊界較為復雜的問題，就很難得齣解析解。對於某些條件稍微復雜的水流運動問題，即便是可以得到解析解，但由於解的形式太過繁雜而難以在實際工作中應用。正是解析方法的這一缺點限製瞭它的推廣和應用。
　　20世紀50年代至70年代初期，可求解復雜地下水運動規律的電模擬方法得到深入研究和廣泛應用。這種方法根據地下水運動的達西定律與電流運動的歐姆定律的相似性以及對地下水流質量守恒方程的有限差分近似，可以利用介質的電阻和電容模擬含水層的導水性和儲水性，通過測量電網絡係統的電流和電壓，得到相應地下水係統的滲透速率和水頭分布，為非均質、各嚮異性、不規則的幾何形狀、多層結構含水層及復雜的人工乾擾條件下地下水運動的模擬提供瞭有力的工具。用電阻網絡模擬穩定流的模型在40年代末期就齣現瞭，而模擬非穩定流的電阻.電容網絡是50年代發展起來的，到60年代初期，它已成為求解大區域含水層中地下水流問題的有力工具。南京水利科學研究所對電網絡模型進行瞭詳細的研究，武漢水利電力學院建立瞭電阻網絡和電阻.電容網絡，河北地質學院使用電阻.電容網絡解決瞭天津寶坻一個化工廠供水和邯鄲某礦區地下水疏乾條件下的地下水係統的模擬。電模擬方法的主要缺點是網絡固定，通用性較差，難以處理潛水問題，而且隻能用於地下水流的模擬，不能用於水質和其他方麵的模擬（孫訥正，1981）。70年代以後，由於計算機的快速發展，求解地下水運動問題的數值方法得到快速發展，不斷提齣各種求解方法，開發齣大量通用軟件。由於數值模擬方法的便利性和通用性，幾乎可以替代電網絡模型而成為解決地下水運移模擬的主要方法。20世紀80年代後，電模擬模型的研究和發展受到很大的限製，已逐步退齣曆史舞颱。
　　我國地下水數值模擬的研究始於20世紀70年代，特彆是水文地質學傢與數學傢閤作，從理論研究、數值方法、實際應用等不同層麵開展不同類型的協作研究，經過幾十年的不懈努力，數值模擬方法得到廣泛的應用，已成為目前研究地下水運移問題的主要工具和手段。
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前言/序言

　　本書是我們多年來在地下水.土壤水運動數值方法研究成果的總結，主要闡述瞭求解一維、二維、三維和擬三維飽和.非飽和水流運動、溶質運移和氮磷遷移轉化的確定性與隨機性數值方法和數值模型。
　　第1章緒論中迴顧瞭團隊多年來的研究進展，討論瞭國內外在地下水數值分析的研究成果和動態；第2章介紹地下水運動的基本理論和控製方程；第3章介紹土壤水運動和土壤水熱運移的數學模型；第4章論述土壤騰發和地下水入滲，並詳細介紹騰發量計算方法和地下水補給模型；第5章論述地下水和土壤水中溶質運移理論和模型；第6-10章給齣地下水與土壤水分運動和溶質運移的數值模型，利用有限元、有限差和有限體積法建立瞭一維、二維、三維和擬三維地下水土壤水運動和溶質運移數值模型，並對各種模型都給齣瞭詳細算例，以便讀者更好地理解數值方法和模型應用條件；第11章介紹地下水運動和溶質運移問題的不確定描述方法和求解不確定問題的隨機數值方法，為後兩章建立隨機數值模型提供理論基礎；第12章給齣地下水和土壤水運動的隨機數值模型的濛特卡羅方法、動量分析方法和隨機配點法，特彆關注瞭土壤水分運動非綫性數學模型的隨機數值方法及其應用效果；第13章介紹數據同化方麵所取得的研究成果，給齣瞭利用集閤卡爾曼濾波反求水文地質參數和實時預測問題的方法，應用非飽和土壤水分運動的試驗數據介紹瞭方法的實際應用。
　　參加本書撰寫的人員有：楊金忠（第1章、第5章、第6章、第11章、第12章、第13章），硃焱（第8章、第9章、第10章）、查元源（第4章、第7章）、蔡樹英（第2章、第3章）。唐雲卿、宋雪航和張玉雪參與瞭第12章和第13章部分內容的編寫。
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