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内容简介

　　《水科学前沿丛书：地下水与土壤水运动数学模型和数值方法》详细论述地下水运动、土壤水运动和溶质运移的数值方法。首先简单介绍饱和.非饱和水分运动、土壤水分蒸发和地下水入渗、溶质运移问题的数学模型；其次，分别给出了一维、二维、三维和拟三维饱和一非饱和水流运动和溶质运移数值模型及相应的算例；同时，《水科学前沿丛书：地下水与土壤水运动数学模型和数值方法》介绍地下水运动和溶质运移问题的不确定描述方法，详细论述了地下水和土壤水随机数值模型，重点介绍了蒙特卡罗方法、动量分析方法和随机配点法；最后介绍了数据同化在饱和.非饱和水分运动数值模拟中的应用，给出了利用集合卡尔曼滤波反求水文地质参数和实时预测的方法。
　　《水科学前沿丛书：地下水与土壤水运动数学模型和数值方法》可供水文与水资源、农田水利、农业水土工程、水文地质、环境工程、土壤物理等专业的科研人员、工程技术人员和高等学校师生阅读和参考。

目录

《水科学前沿丛书》出版说明
前言
第1章 绪论
第2章 地下水运动模型
2．1 多孔介质和含水层
2．1．1 多孔介质
2．1．2 含水层及其结构和划分
2．2 地下水运动的基本概念
2．2．1 渗流的基本概念
2．2．2 渗流运动要素
2．3 达西定律与连续性方程
2．3．1 水流连续性方程
2．3．2 动量方程和达西定律
2．3．3 渗透系数及其影响因素
2．4 含水层的储水特征
2．4．1 水和含水层的可压缩性
2．4．2 承压含水层的储水性
2．4．3 潜水含水层的储水性
2．5 地下水运动的偏微分方程和定解条件
2．5．1 承压水运动的基本方程
2．5．2 潜水运动的基本方程
2．5．3 定解条件和定解问题

第3章 非饱和土壤水运动模型
3．1 非饱和土壤水的基本性质
3．1．1 土壤含水率
3．1．2 土壤水势
3．1．3 土壤水分特征曲线
3．2 非饱和水分运动基本方程
3．2．1 非饱和土壤水的达西定律
3．2．2 非饱和土壤的水力传导度
3．2．3 非饱和带土壤水运动的基本方程
3．2．4 非饱和土壤中水、气、热耦合运移方程
3．3 非饱和土壤水分运动参数的求解
3．3．1 基本参数求解概述
3．3．2 土壤水分运动参数的室内外实验确定方法
3．3．3 土壤水分运动参数的野外确定方法

第4章 腾发量与地下水补给计算模型
4．1 土壤-作物-大气连续系统
4．1．1 能量平衡方程
4．1．2 净辐射
4．1．3 潜热通量
4．1．4 显热通量
4．1．5 土壤热通量
4．2 作物腾发量的计算方法
4．2．1 腾发量的概念及影响因素
4．2．2 腾发量模型及计算方法
4．3 作物根系吸水的计算方法
4．3．1 根系吸水影响因素
4．3．2 根系吸水模型及计算方法
4．4 作物冠层截留的计算方法
4．4．1 截留过程概念
4．4．2 截留模型及计算
4．5 地下水补给量的计算方法
4．5．1 INFIL 3．0模型
4．5．2 INFIL 3．0模型的适用性和改进
4．5．3 地下水补给模型应用示例

第5章 溶质运移模型
5．1 多孔介质中的水动力弥散
5．1．1 多孔介质中的水动力弥散现象
5．1．2 水动力弥散机理
5．1．3 水动力弥散系数（D）
5．2 溶质运移的对流．弥散方程
5．2．1 饱和水流运动问题的水动力弥散方程
5．2．2 运动坐标系中的水动力弥散方程
5．2．3 非饱和水流运动问题的水动力弥散方程
5．2．4 考虑不动水体作用时的水动力弥散方程
……
第6章 地下水流问题的数值方法
第7章 一维水分和溶质运移数值模型
第8章 二维渗流和溶质运移数值模型
第9章 三维渗流和溶质运移数值模型
第10章 拟三维渗流和溶质运移数值模型
第11章 渗流的不确定性及数值模拟方法
第12章 地下水和土壤水运动的随机数值模型
第13章 地下水及土壤水动态预测的数据同化方法
参考文献

精彩书摘

　　《水科学前沿丛书：地下水与土壤水运动数学模型和数值方法》：
　　在20世纪50年代以前，地下水运动问题求解技术主要以解析方法为主，它通过数学分析手段（包括变量代换、分离变量、保角变换、积分变换等）得到各种理想化条件下水流运动的解析解。解析解在理论上和形式上都很完美，通过对解析解的分析，可以从物理机制上深入理解地下水的运动规律与特征。特别重要的是，地下水运动的解析解为求取水文地质参数提供了简洁的工具。但是，由于数学工具的局限性，只有在水流运动比较简单的条件下才有可能得到解析解，条件稍一复杂，特别是对于非均质问题、非线性问题和区域边界较为复杂的问题，就很难得出解析解。对于某些条件稍微复杂的水流运动问题，即便是可以得到解析解，但由于解的形式太过繁杂而难以在实际工作中应用。正是解析方法的这一缺点限制了它的推广和应用。
　　20世纪50年代至70年代初期，可求解复杂地下水运动规律的电模拟方法得到深入研究和广泛应用。这种方法根据地下水运动的达西定律与电流运动的欧姆定律的相似性以及对地下水流质量守恒方程的有限差分近似，可以利用介质的电阻和电容模拟含水层的导水性和储水性，通过测量电网络系统的电流和电压，得到相应地下水系统的渗透速率和水头分布，为非均质、各向异性、不规则的几何形状、多层结构含水层及复杂的人工干扰条件下地下水运动的模拟提供了有力的工具。用电阻网络模拟稳定流的模型在40年代末期就出现了，而模拟非稳定流的电阻.电容网络是50年代发展起来的，到60年代初期，它已成为求解大区域含水层中地下水流问题的有力工具。南京水利科学研究所对电网络模型进行了详细的研究，武汉水利电力学院建立了电阻网络和电阻.电容网络，河北地质学院使用电阻.电容网络解决了天津宝坻一个化工厂供水和邯郸某矿区地下水疏干条件下的地下水系统的模拟。电模拟方法的主要缺点是网络固定，通用性较差，难以处理潜水问题，而且只能用于地下水流的模拟，不能用于水质和其他方面的模拟（孙讷正，1981）。70年代以后，由于计算机的快速发展，求解地下水运动问题的数值方法得到快速发展，不断提出各种求解方法，开发出大量通用软件。由于数值模拟方法的便利性和通用性，几乎可以替代电网络模型而成为解决地下水运移模拟的主要方法。20世纪80年代后，电模拟模型的研究和发展受到很大的限制，已逐步退出历史舞台。
　　我国地下水数值模拟的研究始于20世纪70年代，特别是水文地质学家与数学家合作，从理论研究、数值方法、实际应用等不同层面开展不同类型的协作研究，经过几十年的不懈努力，数值模拟方法得到广泛的应用，已成为目前研究地下水运移问题的主要工具和手段。
　　……

前言/序言

　　本书是我们多年来在地下水.土壤水运动数值方法研究成果的总结，主要阐述了求解一维、二维、三维和拟三维饱和.非饱和水流运动、溶质运移和氮磷迁移转化的确定性与随机性数值方法和数值模型。
　　第1章绪论中回顾了团队多年来的研究进展，讨论了国内外在地下水数值分析的研究成果和动态；第2章介绍地下水运动的基本理论和控制方程；第3章介绍土壤水运动和土壤水热运移的数学模型；第4章论述土壤腾发和地下水入渗，并详细介绍腾发量计算方法和地下水补给模型；第5章论述地下水和土壤水中溶质运移理论和模型；第6-10章给出地下水与土壤水分运动和溶质运移的数值模型，利用有限元、有限差和有限体积法建立了一维、二维、三维和拟三维地下水土壤水运动和溶质运移数值模型，并对各种模型都给出了详细算例，以便读者更好地理解数值方法和模型应用条件；第11章介绍地下水运动和溶质运移问题的不确定描述方法和求解不确定问题的随机数值方法，为后两章建立随机数值模型提供理论基础；第12章给出地下水和土壤水运动的随机数值模型的蒙特卡罗方法、动量分析方法和随机配点法，特别关注了土壤水分运动非线性数学模型的随机数值方法及其应用效果；第13章介绍数据同化方面所取得的研究成果，给出了利用集合卡尔曼滤波反求水文地质参数和实时预测问题的方法，应用非饱和土壤水分运动的试验数据介绍了方法的实际应用。
　　参加本书撰写的人员有：杨金忠（第1章、第5章、第6章、第11章、第12章、第13章），朱焱（第8章、第9章、第10章）、查元源（第4章、第7章）、蔡树英（第2章、第3章）。唐云卿、宋雪航和张玉雪参与了第12章和第13章部分内容的编写。
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