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1 环境系统与数学模型1

1.1 系统与环境系统概述1

1.1.1 系统的概述1

1.1.2 系统模型3

1.1.3 环境系统概述5

1.2 数学模型概述8

1.2.1 数学模型的定义和特征8

1.2.2 数学模型的分类9

1.2.3 对数学模型的要求11

1.2.4 环境系统中的数学模型11

1.3 环境系统数学模型的建立11

1.3.1 准备阶段11

1.3.2 系统认识阶段12

1.3.3 系统建模阶段12

1.3.4 模型求解阶段28

1.3.5 模型检验阶段29

2 环境质量基本模型37

2.1 污染物在环境介质中的运动特征37

2.1.1 随着介质的迁移运动——推流迁移37

2.1.2 环境介质对污染物的分散作用37

2.1.3 污染物的衰减与转化39

2.2 环境质量基本模型的推导40

2.2.1 零维模型40

2.2.2 一维基本方程41

2.2.3 二维模型42

2.2.4 三维模型42

2.3 环境质量基本模型的解析解及其应用42

2.3.1 零维模型43

2.3.2 一维模型43

2.3.3 二维模型46

2.3.4 三维模型49

3 地表水水质模型51

3.1 地表水水质参数的选择及水质过程分析51

3.1.1 地表水水质参数的选择51

3.1.2 地表水水质过程分析51

3.2 河流水质模型56

3.2.1 单一河段水质模型56

3.2.2 一维多河段水质模型59

3.2.3 二维多河段河流水质模型62

3.2.4 河流中重金属迁移转化的一维确定性数学模型66

3.3 河口水质模型70

3.3.1 河口的水文特征71

3.3.2 河口的冲洗时间72

3.3.3 河口水质模型基本方程72

3.4 近海水域水质模型75

3.4.1 二维流体动力学模型76

3.4.2 潮流混合模型77

3.5 湖泊与水库水质模型78

3.5.1 湖库的水文、水质特征分析78

3.5.2 湖泊与水库的箱式水质模型80

3.5.3 非完全混合水质模型82

3.5.4 狭长湖库移流衰减模型84

3.5.5 湖库环流二维稳态混合衰减模型84

3.6 地表水水质管理模型84

3.6.1 地表水污染控制系统规划概述84

3.6.2 排放口处理最优规划模型88

3.6.3 均匀处理最优规划模型89

3.6.4 区域处理最优规划模型91

3.6.5 水资源-水质系统规划模型94

3.7 地表水水质模型通用软件简介95

3.7.1 河流系统的恒定态水质模型95

3.7.2 河流系统的动态模型96

3.7.3 水库与湖泊的一维模型98

3.7.4 水库与湖泊的多维模型98

3.7.5 模型软件的选择99

4 地下水水质模型100

4.1 污染物在含水层中迁移的物理化学及生物作用100

4.1.1 物理、化学作用100

4.1.2 生物作用105

4.2 地下水质模拟的基本原理106

4.2.1 地下水污染系统的组成106

4.2.2 地下水污染系统的物理模拟107

4.2.3 地下水质量的数学模拟108

4.3 地下水运动及地下水污染的基本方程113

4.3.1 地下水运动的基本特征113

4.3.2 污染物在地下水中迁移的数学模型115

4.3.3 弥散方程的解析解120

4.4 地下水质模拟和预测131

4.4.1 预测计算的方法原理131

4.4.2 开采含水层中发现污染基地时的预测计算136

4.5 地下水质管理模型概述141

4.5.1 地下水污染系统环境质量评价程序142

4.5.2 污染源调查、预测及评价143

4.5.3 地下水环境质量现状评价149

4.5.4 地下水污染系统的环境质量影响评价154

5 大气环境质量模型156

5.1 大气污染的特征分析156

5.1.1 大气的垂直分层及边界层大气的运动特征156

5.1.2 大气中污染物质的扩散过程157

5.2 大气污染预测模型概述160

5.2.1 大气污染物预测模型的分类160

5.2.2 大气预测模型的选择160

5.3 大气环境质量基本模型161

5.3.1 瞬时点源的解161

5.3.2 有风条件下连续点源的解163

5.4 高架连续点源扩散模型164

5.4.1 高架连续点源的地面浓度模型166

5.4.2 高架连续点源的地面轴线浓度模型166

5.4.3 高架连续点源最大落地浓度模型166

5.4.4 地面连续排放点源模型168

5.4.5 高架连续点源在危险风速下的地面绝对最大浓度模型169

5.4.6 逆温条件下的高架连续点源模型170

5.4.7 可沉降颗粒物的扩散模型171

5.4.8 高架多点源连续排放模型171

5.5 线源和面源排放扩散模型172

5.5.1 线源扩散模型172

5.5.2 面源扩散模型173

5.6 长期平均浓度的估算179

5.6.1 孤立排放源的长期平均浓度179

5.6.2 多排放源的长期平均浓度180

5.7 大气环境质量规划模型181

5.7.1 大气污染控制系统规划模型概述181

5.7.2 比例下降规划模型181

5.7.3 地面浓度控制规划模型182

5.8 大气环境质量模型通用软件简介183

5.8.1 简单模型183

5.8.2 复杂模型185

6 多介质环境生态数学模型189

6.1 多介质环境生态数学模型概述189

6.1.1 多介质环境生态数学模型的定义及建立意义189

6.1.2 多介质环境生态数学模型研究的现状及发展189

6.2 污染物在多介质环境中的过程分析190

6.2.1 水/气界面的物质传输过程190

6.2.2 土壤/大气界面的物质传输193

6.2.3 水/沉积物界面的物质传输200

6.2.4 污染物在水生食物链的迁移与归趋204

6.2.5 污染物在多介质环境中的生物、化学转化过程208

6.3 多介质环境数学模型的建立210

6.3.1 多介质环境的箱式模型210

6.3.2 逸度算法的多介质环境模型211

6.3.3 多介质环境的稳态非平衡流动模型212

7 环境生态学数学模型219

7.1 单个种群的确定性模型219

7.1.1 马尔萨斯(Malthus)模型220

7.1.2 逻辑斯谛(Logistic)模型221

7.1.3 Mckendric模型222

7.1.4 离散模型225

7.2 单个种群的随机模型230

7.2.1 纯生过程231

7.2.2 纯死过程232

7.2.3 简单生死过程233

7.3 种群间相互作用的模型235

7.3.1 竞争模型——Lotka-Volterra模型235

7.3.2 Volterra捕食模型237

7.4 可再生资源管理的数学模型240

7.4.1 可再生资源增长的数学模型241

7.4.2 可再生资源开发的数学模型242

7.4.3 可再生资源开发的经济行为分析244

附录247

附录1247

附录2250

参考文献260