水环境数学模型

本书从河流、湖泊、流域、城市、农田五个典型环境场景对目前研究工作中常用的水环境模型进行系统梳理和展示。重点探讨模型在水环境模拟方面的原理、方法及应用，介绍了常用水环境模型，如SWAT、HSPF、EFDC、SWMM、QUAL和MIKE11。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 水环境模拟意义 1
1.2 模型分类 1
1.3 发展历程 4
1.4 基本假设 5
1.4.1 守恒定律 5
1.4.2 污染物迁移扩散机理 7
1.4.3 基本方程 8
1.5 模型建立 10
1.5.1 模型概化 10
1.5.2 参数获取 10
1.5.3 模型率定 11
1.5.4 模型验证 11
1.5.5 模型应用 11
1.6 模型求解 11
1.6.1 有限差分法 12
1.6.2 有限元法 14
1.6.3 有限分析法 14
1.6.4 有限体积法 15
1.7 本章小结 15
参考文献 15
第2章 河流水环境模型 17
2.1 河流水环境污染概述 17
2.1.1 河流水环境特点 17
2.1.2 河流中的污染物输移 17
2.1.3 河流中的污染物衰减与转化 20
2.2 模型框架和建模思路 26
2.2.1 河流概化 26
2.2.2 河流水动力模拟 27
2.2.3 河流水文水质模拟 30
2.2.4 复杂河流模拟思路 31
2.3 典型模型介绍 32
2.3.1 QUAL模型 32
2.3.2 DHI-MIKE模型 39
2.3.3 WASP模型 44
2.3.4 其他模型 52
2.4 应用案例 53
2.4.1 基于QUAL模型的通州区水环境容量估算 53
2.4.2 基于MIKE11模型的十五里河水质评估 60
2.5 本章小结 67
参考文献 68
第3章 湖泊水库水环境模型 69
3.1 湖库水环境概述 69
3.1.1 湖泊水库特点及其污染基本特征 69
3.1.2 湖泊水库水环境污染成因和途径 71
3.1.3 湖泊水库水动力过程 72
3.1.4 湖泊水库水环境过程 73
3.2 模型框架和建模思路 74
3.2.1 湖库模型框架 74
3.2.2 模型选择和建立 74
3.2.3 水动力过程模拟 76
3.2.4 水质过程模拟 77
3.3 典型模型介绍 78
3.3.1 箱式模型 78
3.3.2 EFDC模型 80
3.3.3 Delft3D模型 88
3.3.4 CE-QUAL模型系列 93
3.3.5 PCLake模型 94
3.4 水质模型应用实例：密云水库EFDC模型的构建 98
3.4.1 区域概况及研究价值 98
3.4.2 密云水库水环境模型配置与构建 98
3.4.3 密云水库水环境模型率定与验证 99
3.4.4 密云水库水环境时空分布特征 100
3.5 本章小结 103
参考文献 104
第4章 流域水环境模型 106
4.1 流域水环境污染概述 106
4.1.1 流域污染物来源 106
4.1.2 流域水文过程 107
4.1.3 流域土壤侵蚀过程 110
4.1.4 流域污染物迁移转化过程 111
4.2 流域水环境模型框架和建模思路 114
4.2.1 模型框架 114
4.2.2 流域概化 114
4.2.3 水文模拟方法及步骤 115
4.2.4 土壤侵蚀与产沙过程模拟 117
4.3 典型模型介绍 125
4.3.1 SWAT模型 125
4.3.2 HSPF模型 130
4.3.3 AGNPS模型 139
4.3.4 GWLF模型 142
4.3.5 其他模型 147
4.4 应用实例 149
4.4.1 基于SWAT模型的北京密云水库上游流域非点源污染研究 149
4.4.2 基于HSPF模型的三峡库区典型小流域非点源污染研究 159
4.5 本章小结 167
参考文献 167
第5章 城市水环境模型 169
5.1 城市水环境污染 169
5.1.1 城市水环境污染成因 169
5.1.2 城市水环境污染过程 169
5.2 模型框架和建模思路 170
5.2.1 模型框架 170
5.2.2 模型搭建 171
5.2.3 水文模拟 173
5.2.4 水质模拟 174
5.2.5 参数确定 176
5.3 典型模型介绍 177
5.3.1 SWMM模型 177
5.3.2 InfoWorks ICM模型 183
5.3.3 MIKE URBAN模型 190
5.3.4 其他模型 194
5.4 城市水环境模型应用实例 196
5.4.1 基于SWMM模型的社区尺度模拟 196
5.4.2 基于元胞自动机的社区尺度模拟 205
5.5 本章小结 212
参考文献 213
第6章 农田水环境模型 215
6.1 农业水环境污染过程 215
6.1.1 农业污染现状 215
6.1.2 SPAC理论概述 216
6.1.3 常用模型 217
6.2 模型框架和建模思路 218
6.2.1 整体框架 218
6.2.2 数据库建立 219
6.2.3 生物地球化学过程模拟 219
6.2.4 水热碳氮过程模拟 221
6.3 典型模型介绍 226
6.3.1 DNDC模型 226
6.3.2 APEX模型 230
6.3.3 CENTURY模型 244
6.3.4 EPIC模型 246
6.3.5 其他模型 249
6.4 农田水环境模型应用实例 250
6.4.1 研究区概况 250
6.4.2 DNDC模型配置与构建 251
6.4.3 DNDC模型率定与验证 251
6.4.4 模拟结果评估 253
6.5 本章小结 253
参考文献 254
第7章 总结与展望 256