水環(huán)境數(shù)學模型原理及應用

目錄
前言
第1章緒論1
1.1引言1
1.2地表水環(huán)境數(shù)學模型簡述2
1.2.1水動力學模型2
1.2.2水質(zhì)模型2
1.2.3水生態(tài)模型4
1.3地表水環(huán)境數(shù)學模型研究熱點和發(fā)展趨勢5
1.3.1模型參數(shù)敏感性和不確定性6
1.3.2模型模擬精度的影響因素7
1.3.3模型應用范圍的擴展8
1.3.4模型綜合化、平臺化和法規(guī)化9
1.3.5模型與新興技術(shù)的結(jié)合9
1.4常用地表水環(huán)境數(shù)學模型功能對比10
參考文獻11
第2章環(huán)境流體動力學模型基本理論16
2.1水動力模塊16
2.1.1水平和垂向坐標系統(tǒng)16
2.1.2水動力基本方程16
2.1.3垂向紊流閉合18
2.1.4EFDC模型垂向分層選項20
2.2物質(zhì)輸運模塊21
2.2.1對流-擴散傳輸?shù)幕痉匠?1
2.2.2染料/水齡22
2.3溫度和傳熱模塊22
2.3.1熱傳遞的基本方程22
2.3.2水體表面熱交換23
2.3.3沉積床溫度模塊25
2.3.4冰封模塊26
2.4泥沙輸運模塊27
2.4.1懸浮泥沙輸運的基本方程27
2.4.2原有的EFDC模型泥沙輸運模塊28
2.4.3新的泥沙輸運解決方案(SEDZLJ模型)33
2.5水質(zhì)與富營養(yǎng)化模塊41
2.5.1概述41
2.5.2水柱富營養(yǎng)化控制方程43
2.5.3水生植物和附生植物54
2.5.4大型藻類/底棲藻類60
2.5.5沉積成巖與內(nèi)源釋放61
2.6有毒物質(zhì)污染與運移模塊65
2.6.1基本方程65
2.6.2有毒物質(zhì)損失項66
2.7拉格朗日粒子追蹤模塊67
2.7.1基本方程和隨機游動67
2.7.2溢油模型68
參考文獻68
第3章地表水環(huán)境模型構(gòu)建程序71
3.1問題分析和對象識別71
3.1.1按地表水體特征及其環(huán)境特征分類71
3.1.2按模擬對象和物質(zhì)組分分類72
3.2模型的選擇74
3.2.1模型選擇的依據(jù)74
3.2.2不同水體模型選擇推薦74
3.3研究區(qū)域的確定和網(wǎng)格劃分75
3.3.1模型模擬范圍的確定75
3.3.2網(wǎng)格劃分類型76
3.4邊界條件與初始條件的確定77
3.4.1邊界條件的確定77
3.4.2初始條件的確定79
3.5模型參數(shù)不確定性和敏感性分析79
3.5.1不確定性來源79
3.5.2常用不確定性分析方法80
3.6模型的率定和驗證81
3.6.1模型率定81
3.6.2模型驗證及精度要求82
3.7模擬結(jié)果展現(xiàn)與分析83
3.7.1模型模擬結(jié)果展現(xiàn)83
3.7.2模擬結(jié)果分析83
參考文獻86
第4章河流水動力模擬案例實訓87
4.1項目概況87
4.2CVLGrid曲線正交網(wǎng)格繪制87
4.2.1網(wǎng)格構(gòu)建88
4.2.2網(wǎng)格文件導入EE8.3及時間步長確定98
4.3邊界條件設(shè)置102
4.3.1設(shè)置水位邊界102
4.3.2設(shè)置排污口流量邊界104
4.3.3設(shè)置染料濃度邊界條件104
4.3.4賦值邊界數(shù)據(jù)105
4.4初始條件設(shè)置109
4.4.1水深數(shù)據(jù)導入109
4.4.2Dye模塊激活110
4.5模型率定驗證111
4.5.1模型率定驗證步驟111
4.5.2率定驗證結(jié)果114
4.5.3模擬結(jié)果分析114
4.6模型使用小結(jié)116
參考文獻116
第5章淺水湖泊水動力和富營養(yǎng)化模擬實訓案例117
5.1水動力模擬案例117
5.1.1項目概況117
5.1.2網(wǎng)格劃分及時間步長確定118
5.1.3邊界條件設(shè)置120
5.1.4初始條件設(shè)置122
5.1.5模型參數(shù)不確定性和敏感性分析122
5.1.6模型的率定和驗證130
5.1.7情景模擬方案133
5.1.8模擬結(jié)果與討論134
5.1.9水動力模型使用小結(jié)137
5.2水質(zhì)富營養(yǎng)化模擬案例137
5.2.1項目概況137
5.2.2邊界條件設(shè)置138
5.2.3初始條件和參數(shù)設(shè)置141
5.2.4模型參數(shù)不確定性和敏感性分析144
5.2.5模型率定和驗證(簡)155
5.2.6情景模擬方案158
5.2.7模擬結(jié)果與討論159
5.2.8水質(zhì)富營養(yǎng)化模型使用小結(jié)162
5.3沉積物成巖模擬案例163
5.3.1項目概況163
5.3.2網(wǎng)格劃分165
5.3.3邊界條件設(shè)置165
5.3.4初始條件設(shè)置166
5.3.5不確定性和敏感性分析(簡)167
5.3.6模型率定驗證(簡)170
5.3.7沉積物成巖模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置172
5.3.8模擬結(jié)果與討論175
5.3.9沉積物成巖模型使用小結(jié)180
參考文獻180
第6章深水水庫水動力及水溫數(shù)值模擬案例實訓182
6.1項目概況182
6.1.1項目背景與研究目標182
6.1.2項目區(qū)域概況182
6.2網(wǎng)格劃分和時間步長設(shè)置184
6.2.1網(wǎng)格劃分184
6.2.2時間步長設(shè)置185
6.3邊界條件設(shè)置185
6.3.1流量數(shù)據(jù)185
6.3.2水溫數(shù)據(jù)185
6.3.3風場數(shù)據(jù)186
6.3.4大氣數(shù)據(jù)186
6.4初始條件設(shè)置186
6.5模型率定驗證(簡)186
6.5.1模型的校驗186
6.5.2模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置188
6.6情景模擬方案189
6.6.1研究水位下降對水動力過程的影響189
6.6.2σ坐標水平壓力梯度誤差降低方法190
6.6.3Sigma-z混合坐標(SGZ)下水平壓力梯度誤差降低方法191
6.7模擬結(jié)果與討論192
6.7.1探究水位下降對水動力過程的影響192
6.7.2σ坐標下水平壓力梯度誤差降低方法195
6.7.3Sigma-z混合坐標下水平壓力梯度誤差降低方法196
6.8模型使用小結(jié)200
參考文獻201
第7章河口泥沙輸移及鹽水入侵模擬案例實訓202
7.1項目概況202
7.2網(wǎng)格劃分及相關(guān)設(shè)置203
7.2.1網(wǎng)格劃分類型203
7.2.2網(wǎng)格劃分204
7.2.3地形高程設(shè)置206
7.2.4時間步長設(shè)置207
7.3邊界條件設(shè)置207
7.3.1流量數(shù)據(jù)208
7.3.2示蹤劑數(shù)據(jù)209
7.3.3鹽度數(shù)據(jù)209
7.3.4潮汐調(diào)和數(shù)據(jù)210
7.3.5泥沙數(shù)據(jù)211
7.3.6邊界條件設(shè)置212
7.4初始條件設(shè)置214
7.5模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置214
7.5.1模塊確定214
7.5.2水動力參數(shù)215
7.5.3泥沙參數(shù)215
7.6模型率定驗證(簡)218
7.7模擬結(jié)果與討論220
7.7.1流場分布220
7.7.2鹽水入侵模擬分析222
7.7.3泥沙輸移模擬分析224
7.8模型使用小結(jié)227
參考文獻227