地下水污染物遷移模擬

該書理論聯繫實際，着重闡述專業人員急需解決的地下水污染的預防、遷移與修復問題，尤其是非常複雜的污染物遷移問題。

該書新版內容主要包括新增一章有關污染物的吸附、生物降解及自然衰減過程：對風險評價管理的內容以及軍方和超級基金資助的多個示範項目的研究成果進行了大量補充。受非水相流體(NAPLs)、殘餘油、非飽和層蒸汽、浮於含水層水面的泄漏汽油和沉滲到含水層底部的泄漏氯化溶劑等污染的污染源問題已引起人們越來越多的關注，本書對此進行了更新充實。所涵蓋的內容包括：

《地下水污染物遷移模擬(第2版)》內容簡介：現今，地下水科學與工程領域的問題需要諸多專業合作解決，如地質學、水力學、地球化學、地球物理學以及生命科學。同時，隨着各學科的分支學科不斷湧現，並且每個分支學科向着日益複雜化和定量化發展，充分融合各學科的基本理念構建整體認知變得愈加困難。遷移模擬方法應運而生，並不斷更新以應對此難題，為綜合不同來源的大量野外實際資料，以及認識各種物理、化學及生物過程搭建了平台。

《地下水污染物遷移模擬》一書涵蓋各個分支學科的基本概念，包括地下水中溶質遷移的基本原理、遷移方程的常用數值求解技術，並介紹了建立野外實際問題遷移模型的詳細步驟。

第二版在第一版的基礎上增添了污染物遷移理論與技術的最新進展，包括：

含水層非均質性對溶質遷移的影響；

可替代傳統對流一彌散模型的雙域質量傳輸法；

在討論化學遷移的部分增加了一些化學過程與反應；

在求解技術中加入了TVD（總變差減小）法；

全新的第三篇，其中前兩章分別討論密度與飽和度變化條件下的地下水運動與溶質遷移模擬，第三章 討論模擬-優化方法在地下水修復系統設計中的運用。

《地下水污染物遷移模擬（第二版）》是水文地質、環境工程和相關領域工作人員以及研究生的最佳參考著作之一。1998年，因《地下水污染物遷移模擬(第2版)》第一版的成就，作者榮獲美國地下水協會John Hem傑出貢獻獎。

本書從理論與工程兩方面進一步探討地下污染物的遷移與修復。本書包含有關現場特性評價和水文地質評估等傳統重點內容，與其他主要以水文地質工作者為讀者的著作相比，本書側重從工程分析和模擬的角度對複雜區域問題進行論述。本版不同之處在於，本版內容從理論與實踐的角度對應用於危險性廢物場研究對的工程方法和遷移理論遷移進行探討，包括生物降解、土壤蒸汽遷移、污染物遷移模擬和場地修復等內容，並通過收入大量新的研究實例來説明各種評估方案和新的修復技術。 ^[1] 

鄭春苗（Chunmiao Zheng），當前國際水文地質界知名學者。1983年畢業於成都地質學院水文地質專業，隨後赴美國威斯康星（麥迪遜）大學留學，1988年獲得水文地質博士學位。現任美國亞拉巴馬大學地質科學系教授、北京大學工學院水資源研究中心講座教授、主任。已主持30餘項美國政府資助的科研項目，2006年獲中國國家自然科學基金委員會海外傑如青年合作基金（水文地質類）。撰寫專著Applied Contaminant Transport Modeling（1995年初版，2002年再版），發表論文100多篇，內容涉及地下水模擬、含水層非均質性對溶質遷移的影響、地下水污染治理方案與監測網設計以及地下水可持續利用管理等。開發了地下水污染模擬標準軟件MT3D和MT3DMS，在100多個國家得到廣泛使用。目前擔任國際學術刊物Ground Water和Journal of Hydrology副主編，美國國家科研委員會（National Research Council）水文科學小組成員，國際水文科協（IAHS）國際地下水委員會主席（2009-2013）。榮譽包括美國地質學會Fellow、美國地下水協會1998年度、John Hem傑出貢獻獎獲得者、《紐約時報》中國環境與水問題專家、美國地質學會2009年度Birdsall-Dreiss傑出講席獎獲得者等。

Gordon D. Bennett，當前國際水文地質界知名學者。於1959年獲美國聖母大學地質學學士學位，1961年獲賓夕法尼亞州立大學地質學碩士學位。主要研究方向為地下水中溶質遷移模擬，及模型技術在複雜地下水系統分析、廢物場地修復、地下水資源規劃與管理中的應用。其著作涉及地球物理測井、水井水力學、模擬技術、淡水/成水相互作用以及區域水文問題。因其在水文地質科學領域的貢獻，Gordon D. Bennett獲得了許多榮譽，包括美國地下水協會頒發的John Hem獎（1998年）、美國內務部頒發的傑出貢獻獎（1986年）、美國地質協會頒發的O. E. Meinzer獎（1981年）。

第1章 緒論

1.1 溶質遷移及模擬的作用

1.2 歷程回顧

1.2.1 1960年以前

1.2.2 1960年以後

1.3 本書簡介

1.4 關於計算軟件

第2章 達西定律與對流遷移

2.1 粒子平均速度與運移時間

2.2 廣義達西定律與地下水流方程

2.3 對流遷移

2.3.1 質量守恆定律與求解對流遷移的歐拉法

2.3.2 求解對流遷移的粒子追蹤法

第3章 彌散遷移與質量傳輸

3.1 引言

3.2 微觀彌散過程

3.2.1 水動力彌散機制

3.2.2 彌散遷移與分子擴散的類比

3.2.3 二維彌散通量與彌散係數

3.2.4 三維彌散通量與彌散係數

3.2.5 溶質遷移計算中的孔隙度

3.3 宏觀彌散

3.4 建立對流-彌散方程

3.5 對流-擴散系統

第4章 化學反應與遷移

4.1 引言

4.2 平衡吸附

4.2.1 吸附等温線及遷移方程中的吸附項

4.2.2 有機化合物的吸附

4.2.3 離子交換

4.3 吸附動力學

4.4 一級不可逆反應

4.5 莫諾動力學反應

4.6 多組分動力學反應

4.6.1 快速反應

4.6.2 多元莫諾動力學反應

4.6.3 一級母-子連鎖反應

4.7 雙域系統中的化學反應

第5章 數學模型及其解析解

5.1 溶質遷移的數學模型

5.1.1 控制方程

5.1.2 初始條件

5.1.3 邊界條件

5.1.4 數學模型的解

5.2 解析解

第6章 對流遷移模擬

6.1 引言

6.2 粒子追蹤法

6.2.1 速度插值

6.2.2 追蹤方案

6.2.3 空間離散的影響

6.3 捕獲帶刻畫

6.3.1 二維穩定流

6.3.2 三維穩定流

6.3.3 非穩定流

6.4 運移時間的估算

6.4.1 污染物到達/穿透分佈

6.4.2 清理時間

6.4.3 居留時間及地球化學演變

6.5 常用粒子追蹤法計算程序

第7章 對流-彌散遷移模擬

7.1 引言

7.2 歐拉法

7.2.1 有限差分法

7.2.2 有限元法

7.2.3 有限元法與有限差分法的比較

7.3 拉格朗日法

7.4 混合歐拉-拉格朗日法

7.4.1 特徵法（MOC）

7.4.2 修正特徵法（MMOC）

7.4.3 混合特徵法

7.4.4 常用歐拉-拉格朗日法程序

7.5 總變差減小（TVD）法

第8章 非平衡過程和化學遷移的模擬

8.1 引言

8.2 非平衡吸附

8.3 雙域質量傳輸

8.4 多組分動力學反應

8.4.1 聯立求解法

8.4.2 算子分離法

8.5 遷移與地球化學耦合模擬

8.6 常用化學遷移計算程序

8.7 實例：自然稀化的模擬

8.7.1 場地描述

8.7.2 模擬方法

8.7.3 數值模型

8.7.4 結果討論

第9章 模型應用的框架

9.1 模型應用的過程

9.2 確定目標

9.3 資料收集及概念模型的建立

9.4 計算程序的選擇

9.5 建立污染物遷移模型

9.6 模型校準和敏感性分析

9.7 預測和不確定性

9.8 成功應用模型的關鍵

第10章 建立污染物遷移模型

10.1 起步工作

10.1.1 目前對水流系統的認識

10.1.2 模型的維度

10.1.3 模擬的範圍

10.2 空間離散¨

10.2.1 水平節點間距

10.2.2 垂向離散

10.3 時間離散

10.4 初始條件

10.5 邊界條件

10.5.1 指定濃度條件的使用

10.5.2 指定質量通量條件的使用

10.5.3 水流模型邊界條件對溶質遷移的影響

10.5.4 水流與遷移邊界條件的比較

10.5.5 水流與遷移模型的尺度效應

10.6 源和匯

10.6.1 源和匯的類型

10.6.2 源和匯的濃度

10.7 數據管理

10.7.1 預處理和後處理

10.7.2 地理信息系統（GIS）

第11章 模型的輸入參數

11.1 遷移模擬需要的數據

11.2 水流參數

11.2.1 滲透係數

11.2.2 儲水系數與給水度

11.3 溶質遷移參數

11.3.1 孔隙度

11.3.2 彌散度

11.4 化學參數

11.4.1 吸附常數

11.4.2 動力學反應速率

第12章 模型校準與敏感分析

12.1 模型校準的基本概念

12.1.1 校準過程

12.1.2 校準、驗證和證實

附錄

附錄A 達西定律與密度水流方程

附錄B 地下水流流函數的應用

附錄C 地下不模擬軟件信息

參考文獻

索引