非均质介质溶质运移理论与方法
定价：￥198.00
作者： [美]叶天齐等
出版时间：2026-08
出版社：科学出版社
- 科学出版社
- 9787030859556
- 1版
- 2026-08
作者简介
内容简介
几十年来，含水层中溶质运移研究普遍采用经典的对流-弥散方程。然而，关于对流-弥散概念、其与非均质性尺度之间的关联、观测尺度与研究尺度之间的匹配关系，以及其集合平均的本质在学术界引发了激烈辩论。本书系统地总结不同尺度下溶质运移过程的随机特性，构建统一的理论框架与明晰的机理阐释体系，并提供针对多尺度需求的溶质运移分析工具及其不确定性量化方法。
目录
目录
序
前言
第1章 基本概念 1
1.1 引言 1
1.2 线性一阶非齐次常微分方程 1
1.3 随机变量 2
1.4 随机过程或随机场 6
1.5 随机流体尺度连续性 15
1.6 小结 20
第2章 完全混合模型在地表水水质分析中的应用 21
2.1 引言 21
2.2 完全混合模型 21
2.3 地表水库水质的数学模型 21
2.4 解析解 27
2.5 水质分析的应用 36
2.6 小结 39
2.7 习题 39
第3章 地下水水质完全混合模型分析 41
3.1 引言 41
3.2 水量平衡方程 41
3.3 补给估算的应用 45
3.4 水质公式 48
3.5 完全混合模型与反应性化学物质 53
3.6 敏感性和不确定性分析 58
3.7 实际应用与不确定性分析 60
3.8 小结 62
3.9 习题 63
第4章 分子扩散 65
4.1 引言 65
4.2 分子扩散与菲克定律 65
4.3 扩散方程 68
4.4 布朗运动、随机移动、菲克运动和集合平均值 70
4.5 扩散方程解析解 75
4.6 对流-扩散过程 80
4.7 小结 85
4.8 习题 86
第5章 对流-扩散方程的数值解法 87
5.1 引言 87
5.2 有限差分法 87
5.3 特征线法 98
5.4 有限元方法 101
5.5 小结 110
第6章 剪切流弥散 111
6.1 引言 111
6.2 水动力弥散概念 111
6.3 Taylor剪切流弥散分析 116
6.4 未考虑分子扩散的溶质传输过程 120
6.5 小结 121
6.6 习题 121
第7章 土柱中的溶质运移 122
7.1 引言 122
7.2 多孔介质中溶质运移的对流和弥散概念 122
7.3 多孔介质中溶质运移的数学模型 126
7.4 达西尺度多孔介质中的弥散 129
7.5 弥散通量的数学模型 130
7.6 多孔介质中溶质运移的对流-弥散方程 130
7.7 弥散系数的特征 131
7.8 实验室尺度多孔介质中的溶质运移方程 132
7.9 非菲克溶质运移 132
7.10 反应性溶质运移 139
7.11 小结 141
7.12 习题 141
第8章 参数估计 142
8.1 引言 142
8.2 使用解析解的参数估计 142
8.3 空间矩 147
8.4 时间矩 150
8.5 多维羽流矩分析方法 153
8.6 最小二乘非线性回归法 154
8.7 小结 154
8.8 习题 155
第9章 场地尺度含水层中的溶质运移 156
9.1 引言 156
9.2 非均质的随机表征 156
9.3 随机场的分类 162
9.4 场地实例 165
9.5 高参数化非均质模型（HPHM） 169
9.6 分区概念模型 170
9.7 基于蒙特卡罗模拟的集合平均值 171
9.8 等效均质介质（EHM）方法 171
9.9 小结 177
9.10 习题 177
第10章 自然梯度场地尺度溶质运移实验 179
10.1 引言 179
10.2 加拿大Borden含水层 179
10.3 密西西比州宏观弥散实验（MADE）场地 188
10.4 总结与讨论 190
10.5 小结 193
第11章 强梯度场地尺度示踪实验 194
11.1 引言 194
11.2 1990年5月双井示踪实验 195
11.3 1992年5～9月场地实验与分析 200
11.4 1992年8～9月注水井实验（验证） 209
11.5 小结 211
第12章 高分辨率表征（层析成像）：水力层析和电阻率层析调查 212
12.1 引言 212
12.2 水力层析 212
12.3 水力层析场地应用案例 216
12.4 电阻率层析 222
12.5 高分辨率表征的作用 224
12.6 不同渗透系数分辨率下的溶质运移 230
12.7 大尺度流动变化的重要性 232
12.8 蒙特卡罗模拟 238
12.9 小结 239
12.10 本书总结 240
12.11 习题 241
参考文献 242
序
前言
第1章 基本概念 1
1.1 引言 1
1.2 线性一阶非齐次常微分方程 1
1.3 随机变量 2
1.4 随机过程或随机场 6
1.5 随机流体尺度连续性 15
1.6 小结 20
第2章 完全混合模型在地表水水质分析中的应用 21
2.1 引言 21
2.2 完全混合模型 21
2.3 地表水库水质的数学模型 21
2.4 解析解 27
2.5 水质分析的应用 36
2.6 小结 39
2.7 习题 39
第3章 地下水水质完全混合模型分析 41
3.1 引言 41
3.2 水量平衡方程 41
3.3 补给估算的应用 45
3.4 水质公式 48
3.5 完全混合模型与反应性化学物质 53
3.6 敏感性和不确定性分析 58
3.7 实际应用与不确定性分析 60
3.8 小结 62
3.9 习题 63
第4章 分子扩散 65
4.1 引言 65
4.2 分子扩散与菲克定律 65
4.3 扩散方程 68
4.4 布朗运动、随机移动、菲克运动和集合平均值 70
4.5 扩散方程解析解 75
4.6 对流-扩散过程 80
4.7 小结 85
4.8 习题 86
第5章 对流-扩散方程的数值解法 87
5.1 引言 87
5.2 有限差分法 87
5.3 特征线法 98
5.4 有限元方法 101
5.5 小结 110
第6章 剪切流弥散 111
6.1 引言 111
6.2 水动力弥散概念 111
6.3 Taylor剪切流弥散分析 116
6.4 未考虑分子扩散的溶质传输过程 120
6.5 小结 121
6.6 习题 121
第7章 土柱中的溶质运移 122
7.1 引言 122
7.2 多孔介质中溶质运移的对流和弥散概念 122
7.3 多孔介质中溶质运移的数学模型 126
7.4 达西尺度多孔介质中的弥散 129
7.5 弥散通量的数学模型 130
7.6 多孔介质中溶质运移的对流-弥散方程 130
7.7 弥散系数的特征 131
7.8 实验室尺度多孔介质中的溶质运移方程 132
7.9 非菲克溶质运移 132
7.10 反应性溶质运移 139
7.11 小结 141
7.12 习题 141
第8章 参数估计 142
8.1 引言 142
8.2 使用解析解的参数估计 142
8.3 空间矩 147
8.4 时间矩 150
8.5 多维羽流矩分析方法 153
8.6 最小二乘非线性回归法 154
8.7 小结 154
8.8 习题 155
第9章 场地尺度含水层中的溶质运移 156
9.1 引言 156
9.2 非均质的随机表征 156
9.3 随机场的分类 162
9.4 场地实例 165
9.5 高参数化非均质模型（HPHM） 169
9.6 分区概念模型 170
9.7 基于蒙特卡罗模拟的集合平均值 171
9.8 等效均质介质（EHM）方法 171
9.9 小结 177
9.10 习题 177
第10章 自然梯度场地尺度溶质运移实验 179
10.1 引言 179
10.2 加拿大Borden含水层 179
10.3 密西西比州宏观弥散实验（MADE）场地 188
10.4 总结与讨论 190
10.5 小结 193
第11章 强梯度场地尺度示踪实验 194
11.1 引言 194
11.2 1990年5月双井示踪实验 195
11.3 1992年5～9月场地实验与分析 200
11.4 1992年8～9月注水井实验（验证） 209
11.5 小结 211
第12章 高分辨率表征（层析成像）：水力层析和电阻率层析调查 212
12.1 引言 212
12.2 水力层析 212
12.3 水力层析场地应用案例 216
12.4 电阻率层析 222
12.5 高分辨率表征的作用 224
12.6 不同渗透系数分辨率下的溶质运移 230
12.7 大尺度流动变化的重要性 232
12.8 蒙特卡罗模拟 238
12.9 小结 239
12.10 本书总结 240
12.11 习题 241
参考文献 242
