3D-Groundwater Modeling With Pmwin pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Chiang, Wen-Hsing/ Kinzelbach, Wolfgang/ Chiagn, Wen-Hsing

出品人:

页数:346

译者:

出版时间:

价格:3277.04元

装帧:HRD

isbn号码:9783540677444

丛书系列:

图书标签:

• 地下水模型
• PMWIN
• 水文地质
• 数值模拟
• 环境科学
• 水资源
• 地质工程
• 建模软件
• 三维建模
• 地下水流动

《地下水动力学与数值模拟技术：理论基础与应用实践》 本书内容提要 本书旨在为地质学、水文学、环境科学及土木工程等领域的专业人士、科研人员及高年级本科生提供一套全面而深入的地下水动力学理论基础，并系统介绍当前主流的数值模拟技术及其在复杂水文地质条件下的实际应用。本书将焦点放在地下水流动、物质输运、热力学过程的物理机制阐释上，并结合前沿的计算方法，指导读者构建、校准和应用高精度的地下水模型，以解决现实世界中面临的复杂水文工程问题。 第一部分：地下水运动的物理基础与解析方法 本书的开篇将回归地下水运动的本源，详细阐述达西定律的适用性、局限性及其在非饱和带和多孔介质中的修正模型。 第一章：多孔介质中的流体运动 本章深入探讨地下水流动的基本控制方程——质量守恒定律与能量守恒定律在水文地质系统中的体现。内容涵盖渗透系数的各向异性与非均质性对流场结构的影响，并引入宏观（宏观平均）与微观（孔隙尺度）尺度的联系。重点剖析压力梯度、重力势能和吸力势能在地下水流动机理中的相对贡献。 第二章：地下水流动理论的拓展 本章超越了经典的层流假设，讨论了高渗透性或高梯度条件下的湍流效应，尤其是在岩溶、裂隙岩体或快速渗漏工程中的表现。同时，详细阐述了非饱和带水流理论，包括 Richards 方程的推导、参数（如导水率、基质吸力函数）的实验测定方法及在气候变化情景下的模型敏感性分析。 第三章：地下水解析解与近似方法 本章回顾了在均匀、简单边界条件下地下水流动的经典解析解，如 Dupuit 假设下的稳定流模型和瞬态流动（Theis 解）的物理意义。随后，本书转向解析方法在处理非均匀介质时的局限性，并预示了数值方法的必要性，作为过渡章节，为后续的数值模拟打下理论基础。 第二部分：地下水数值模拟的核心算法与建模范式 本部分是全书的技术核心，聚焦于将复杂的偏微分方程转化为可计算的数值格式，并建立起从数据输入到结果输出的完整建模流程。 第四章：有限差分法（FDM）在地下水模拟中的应用 详细介绍有限差分法的基本原理，包括中心差分、向前差分和向后差分等格式的稳定性和精度分析。重点讲解如何将三维瞬态地下水流动方程（三维傅立叶方程的变体）离散化，并应用于求解区域尺度的地下水补给、排泄与连通性问题。对于时间步长的选择和迭代求解器的稳定性评估，提供了详实的工程准则。 第五章：有限元法（FEM）的优势与实施 本章系统介绍有限元法（FEM）在处理复杂几何边界和非均匀介质方面的优越性。内容包括形函数（Shape Function）的构造、刚度矩阵和载荷向量的建立，以及如何利用 Galerkin 法求解加权残量。着重讨论 FEM 在解决二维、三维非结构化网格下的地下水流动问题中的具体优势，特别是对断层、侵入体等复杂地质界面的精确描述能力。 第六章：有限体积法（FVM）与质量守恒的保证 有限体积法（FVM）是许多现代水文模型的基础。本章详细阐述 FVM 如何通过对控制体进行积分来确保在离散化过程中严格满足局部和全局的质量守恒性。内容覆盖对流项和扩散项在界面上的通量计算，以及 FVM 如何自然地处理多孔介质中异质性（特别是渗透率剧烈变化区域）的耦合问题。 第七章：多介质与溶质迁移的数值处理 本章聚焦于地下水与污染物迁移的耦合模拟。深入分析对流-弥散方程（ADE）的结构，探讨数值方法（如迎风格式、中心差分格式）在处理高 Peclet 数（即对流主导）问题时产生的数值弥散问题。此外，还涉及反应动力学（如吸附、降解）的数值耦合策略，为地下水污染修复和风险评估提供技术支撑。 第三部分：模型校准、不确定性分析与工程应用 本部分侧重于将理论模型转化为可靠的工程工具，涵盖模型验证、参数识别与实际工程中的案例分析。 第八章：水文地质参数的识别与模型校准 详细阐述模型校准（Calibration）的原理与步骤，区分历史拟合和预测性校准。介绍线性与非线性回归方法在参数优化中的应用，如高斯-牛顿法或拟牛顿法。本章强调参数的敏感性分析，以确定哪些地质参数对模型输出结果影响最大，从而指导现场勘察工作的重点。 第九章：模型验证与不确定性评估 模型验证（Verification）是确保模型计算正确性的关键步骤。本书阐述了如何利用独立数据源进行交叉验证。更重要的是，引入了不确定性分析（Uncertainty Analysis）的工具，如蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）或贝叶斯方法，评估模型输入参数和结构本身带来的预测误差范围。 第十章：复杂水文地质系统的案例研究 本章通过多个贴近实际的工程案例，展示数值模拟技术在解决现实问题中的威力。案例涵盖： 1. 大型灌区地下水资源的可持续开发与回落预测：涉及长期补给变化和农业用水负荷的模拟。 2. 矿山排水对区域地表水/地下水系统的影响评估：关注渗透性屏障（如帷幕墙）的有效性与渗流场重构。 3. 污染羽流的长期迁移预测与修复方案的对比模拟：包括“泵-汽提”和“原地反应/阻遏”等修复技术的效果评估。 本书力求结构严谨、内容深入，不仅教授读者“如何使用”软件工具，更重要的是理解“为何”选择特定的数值方法和物理假设，使读者能够构建出既符合物理规律又具有预测能力的地下水动力学模型。

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