基于GIS的水污染事故水质模拟系统动力学模型研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国环境科学

作者:张波

出品人:

页数:132

译者:

出版时间:2010-1

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787511101327

丛书系列:

图书标签:

• GIS
• 水污染
• 水质模拟
• 系统动力学
• 环境科学
• 模型研究
• 事故应急
• 流域管理
• 水环境
• 生态环境

动态系统视角下的环境治理与决策支持 本书深入探讨了复杂环境系统，特别是涉及水资源管理和污染控制的动态过程。全书围绕构建、分析和应用高保真度的动力学模型展开，旨在为环境风险评估、应急响应规划以及长期可持续发展策略提供坚实的科学基础和决策工具。 第一部分：环境系统动力学基础与建模范式 本部分首先为读者构建理解复杂环境现象所需的理论框架。环境问题，如水体富营养化、污染物迁移转化或生态系统演替，本质上是具有非线性和反馈机制的动态系统。 1. 动力学建模的必要性与方法论 传统的水质监测和静态评估往往滞后于实际变化，无法揭示系统内部的演化规律和潜伏的风险。本书强调，唯有采用系统动力学（System Dynamics, SD）或基于过程的（Process-Based）模型，才能有效捕捉时间延迟、阈值效应和反馈回路对系统行为的决定性影响。详细阐述了从概念模型构建到数学表达式确立的完整建模流程。 2. 关键环境过程的微分方程构建 针对水环境的核心驱动力，如水文循环、物质传输与化学反应，本书细致地推导了描述这些过程的偏微分方程组（PDEs）或常微分方程组（ODEs）。重点讨论了如何量化关键的环境参数，例如反应速率常数、沉积物交换系数以及非点源输入的时空变异性。特别关注了模型中对非线性项的处理，如氧气的饱和溶解度与温度依赖性，以及微生物群落代谢速率的穆卡伊（Monod）方程应用。 3. 时空尺度耦合与模型简化 环境系统的复杂性在于其多尺度的耦合性——从微观的化学反应到宏观的流域尺度。本书探讨了如何进行有效的尺度分解与耦合。在模型构建过程中，必须权衡模型的精确性与计算的可行性。介绍了降维技术和空间离散化方法，确保模型能够在合理的计算资源下，准确模拟长时间尺度的系统演化趋势，同时又不失对突发事件的瞬态响应能力。 第二部分：关键水环境过程的精细化模拟 本部分聚焦于将理论框架应用于模拟水环境中几种最关键和最具挑战性的污染过程。 1. 污染物在水体中的迁移与归趋 详细分析了污染物在水-沉积物-生物体之间的复杂交换过程。阐述了对数密度分布（Log-Normal Distribution）在描述持久性有机污染物（POPs）在食物网中的生物放大作用中的应用。对于溶解性物质，重点剖析了对流-弥散方程（Convection-Diffusion Equation）在河流和地下水环境中的参数校准与求解策略。特别辟章讨论了非均匀流场对污染物羽流（Plume）形态的影响。 2. 生物地球化学循环的动态模拟 水环境的自净能力主要依赖于生物地球化学循环。本书构建了描述氮、磷、碳循环的耦合模型，其中包含了多种形态的营养盐（如硝酸盐、亚硝酸盐、有机氮等）以及它们在水体、底泥和水生植被间的转化路径。模型整合了光合作用、呼吸作用、硝化作用和反硝化作用的动力学速率，用以精确预测水体的富营养化趋势和缺氧风险。 3. 沉积物交互作用与长期负荷 沉积物是水体污染的“时间胶囊”。本书构建了描述污染物在沉积物孔隙水和上覆水之间交换的动态机制。分析了氧化还原电位（Eh）梯度对重金属释放和内源性营养盐负荷的控制作用，并展示了如何将底质动力学纳入整体水质模型，以避免低估长期污染风险。 第三部分：模型验证、不确定性分析与决策支持 一个有效的环境模型必须经过严格的检验，并能清晰地传达其预测的不确定性。本部分着眼于模型的工程应用和决策价值。 1. 模型校准、验证与敏感性分析 强调了模型应用的第一步是基于历史观测数据进行参数校准（Calibration）和独立验证（Validation）。介绍了统计学方法，如最小二乘法和贝叶斯方法，用于优化模型参数。随后，进行了系统的敏感性分析（Sensitivity Analysis），确定了哪些输入参数或过程描述对模型输出结果的影响最大，从而指导未来的监测工作和数据获取的优先级。 2. 不确定性量化与情景分析 环境模型本质上是对未来状态的预测，必然伴随不确定性。本书系统介绍了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）和矩预测方法（Moment Propagation Method）来量化由于输入数据误差和模型结构简化带来的不确定性范围。通过构建“最好情况”、“最坏情况”及“最可能情况”等不同情景（Scenarios），为管理者提供决策的风险区间。 3. 动态决策支持工具的构建 最终，本书展示了如何将这些高保真动力学模型集成到实际的决策支持系统中。重点介绍了实时数据驱动（Data Assimilation）技术，使模型能够及时吸收新的监测信息并修正预测路径。讨论了如何利用模型进行“假设分析”（What-If Analysis），评估不同减排措施（如污水处理厂提标改造、湿地恢复工程）在不同水文条件下的长期成本效益和环境效益，为制定科学、前瞻性的水资源保护和环境监管政策提供强有力的工具支撑。 本书旨在为环境工程师、水资源管理者和从事复杂系统研究的科研人员提供一套全面、严谨且具有高度可操作性的理论工具箱，以应对日益严峻的水环境挑战。

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