三維地下水模式. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:五南

作者:CHIANG,WEN-HSING丁澈士　蘇惠珍　譯

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20040901

价格:NT$ 490

装帧:

isbn号码:9789571136943

丛书系列:

图书标签:

• 地下水
• 水文地质
• 数值模拟
• 三维建模
• 水资源
• 环境科学
• 模型
• 地下水流动
• 污染
• 水利工程

三維地下水模式：深入探索地球的隱形脈絡 地下水，作為地球上最為寶貴的淡水資源之一，其儲量、流動規律與可持續利用，對人類社會的生存與發展至關重要。然而，地下水系統的複雜性，其運動受到多種因素的影響，包括地質構造、水力梯度、岩石滲透性、降雨補給、蒸發散失以及人類活動等等。傳統的單一維度或雙維度分析方法，往往難以全面、準確地捕捉地下水系統的真實動態，也無法有效預測其在不同情境下的響應。 本書《三維地下水模式》應運而生，旨在為廣大讀者，尤其是地下水科學、水利工程、地質學、環境科學等領域的專業人士、研究人員及高年級學生，提供一個深入理解和應用複雜三維地下水模擬方法的系統性視角。本書並非單純羅列某一種特定的地下水模擬軟件的操作手冊，而是更側重於傳達建立、運行、校準和應用三維地下水模式所蘊含的科學原理、核心概念、技術方法以及實際操作中的關鍵考量。 本書內容概覽： 第一部分：三維地下水系統的認識與概念基礎 在進入複雜的模式建立之前，我們首先需要對地下水系統的複雜性建立起清晰的認識。這一部分將引導讀者從宏觀到微觀，理解地下水存在的地質環境、水文地質單元劃分、地下水流動的基本定律（如達西定律及其適用條件），以及影響地下水運動的各種內在與外在因素。重點將放在如何將複雜的地質體系抽象為適合數值模擬的離散化模型，包括對潛水含水層、承壓含水層、隔水層、裂隙含水層以及混合含水層等不同類型含水層特性的理解，以及它們在三維空間中的排列組合對地下水流動的影響。 第二部分：三維地下水模式的構建與參數化 這是本書的核心部分，將詳細闡述如何基於前述的科學概念，構建一個代表真實地下水系統的三維數值模型。這包括： 離散化技術： 深入探討有限差分法、有限元法、基於離散體網絡（Discrete Fracture Network, DFN）的方法等，如何在三維空間中將連續的地下水流動問題轉化為離散的代數方程組。我們將比較不同離散化方法的優劣，以及它們在處理複雜邊界和異質性介質時的適用性。 幾何模型的建立： 如何利用地理信息系統（GIS）、地質勘探數據、遙感影像等，精確地構建含水層的三維幾何形態。這涉及到三維網格的生成，包括結構化網格、非結構化網格以及自適應網格的生成策略，以及如何處理複雜的地質斷面和構造。 水力參數的確定與空間變異性： 滲透係數、儲水係數、儲壓係數等水力參數，是地下水模式的關鍵輸入。本書將探討這些參數的來源，包括現場試驗（如抽水試驗、注入試驗）和室內實驗，更重要的是，如何將這些離散的參數值在三維空間中進行合理的插值與推斷，以反映地下水介質的空間異質性。我們將討論多種空間插值方法，如克裡金法，以及如何處理參數的各向異性。 邊界條件的設定： 地下水模式的準確性很大程度上取決於邊界條件的合理設定。本書將詳細介紹各種類型的邊界條件，包括定水頭邊界（例如河流、湖泊）、定流量邊界（例如湧出泉）、以及滲流邊界（例如蒸發散、人工抽水與回灌）等，並闡述它們在三維空間中的應用。 第三部分：模式的運行、校準與驗證 一個模型只有經過嚴格的校準和驗證，才能被認為是可靠的。本部分將聚焦於： 模式的求解器與計算過程： 介紹不同數值方法的求解器，以及模式運行時的計算流程，包括時間步長的選擇、收斂性判斷等。 模式校準（Calibration）： 校準是將模型模擬結果與觀測數據（如地下水位、流量）進行比較，並調整模型參數（如滲透係數、儲水係數）以使模擬結果盡可能接近觀測值的過程。本書將詳細介紹正向校準與反向校準的思路，以及常用的校準方法，如試誤法、自動校準算法（如單目標優化、多目標優化）。 模式驗證（Validation）： 驗證是使用一套獨立於校準的觀測數據，來評估已校準模型的預測能力。我們將探討不同的驗證指標和統計方法，以及如何通過驗證來提高模型的可信度。 敏感性分析： 敏感性分析是用來評估模型輸出對各個輸入參數變化的敏感程度。這有助於確定哪些參數對模型結果影響最大，從而指導後續的數據採集和校準工作。 第四部分：三維地下水模式的應用與展望 基於可靠的三維地下水模式，我們可以進行多種場景的模擬，以支持科學研究和實際應用。本部分將展示： 地下水資源評估與管理： 如何利用模式模擬不同抽水方案對地下水位和地下水資源量的影響，為地下水開採規劃和可持續利用提供科學依據。 污染物遷移模擬： 探討如何將污染物傳輸方程耦合到地下水流動模型中，模擬污染物在地下水中的擴散、對流以及衰減過程，為地下水污染防治提供決策支持。 水利工程設計與影響評估： 例如，模擬水庫滲漏對周邊地下水位的影響，或地下隧道開挖對地下水流場的擾動。 氣候變化與地下水相互作用： 分析降雨、蒸發等氣候因素變化對地下水補給、徑流和儲量的長期影響。 新兴研究方向與技術： 展望地下水模擬領域的未來發展，例如與人工智能、大數據結合的預測模型，以及更精細的裂隙介質模擬技術。 總而言之，《三維地下水模式》不僅是一本技術指南，更是一份對地下水系統深刻理解的系統性闡述。通過對三維地下水模式原理、構建、校準與應用的全面解析，本書旨在賦予讀者掌握這一強大工具的能力，從而更有效地解決實際地下水問題，為地球珍貴的水資源管理貢獻專業知識與創新思維。

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深入阅读后，我明显感觉到作者在处理实际工程应用案例时的保守和脱节。在当今的地下水模拟领域，数据同化、不确定性分析以及集成遥感和物联网数据的实时模型校正是核心议题。然而，这本书似乎还停留在上一个时代，对于如何将海量的、高频的观测数据有效融入模型迭代修正这一关键技术环节，论述得过于理论化和滞后。比如，关于贝叶斯方法在模型参数校正中的应用，书中仅仅是简单提及了概念，却完全没有提供一个可供操作的实例来演示如何利用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）等方法来评估参数的后验分布，更别提如何基于这些不确定性分析来制定风险最小化的抽水方案了。这使得这本书的实用价值大打折扣，对于那些需要解决实际污染迁移或资源可持续开发问题的工程师来说，这本书提供的工具箱显然缺少了最关键的“智能”组件。我们需要的不仅仅是一个能跑出静态结果的模拟器，而是一个能够伴随时间动态学习和进化的智能决策支持系统，很遗憾，这本书未能触及这个前沿的脉搏。

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初翻开这本《三維地下水模式》，我原本是抱着极大的期待的。毕竟，在水资源管理日益成为全球焦点的大环境下，一套详尽且实用的三维地下水模拟工具书无疑是沙漠中的甘泉。然而，阅读体验的过程，却像是在一片茂密的雨林中寻找清晰的路径，充满了迷雾与不确定性。首先，书中的理论基础部分，虽然力求全面，但深度上略显不足，很多前沿的数值解法和新兴的地球物理反演技术只是浅尝辄止，仿佛只是为了罗列概念而存在，缺乏深入的剖析和实际案例的支撑。比如，在谈及有限元或有限差分方法的收敛性分析时，作者似乎更倾向于展示公式本身，而非指导读者如何在复杂的非均质地层中，根据网格畸变和边界条件变化，灵活调整求解参数以确保计算的稳定性和精度。这种“只授人以渔网，却不教如何捕鱼”的叙述方式，使得初学者感到无从下手，而有经验的工程师又觉得信息增量有限。我们期待的是那种能够让你在面对一个实际的含水层污染羽扩散问题时，能够立刻在脑海中构建出多尺度、多物理场耦合模型的思维框架，而不是仅仅停留在软件操作手册的层面。整本书的结构编排也显得有些松散，章节之间的逻辑跳跃性较大，仿佛是不同时期零散笔记的堆砌，影响了知识体系的连贯性，这对于建立一个严谨的地下水动力学认知是极其不利的。

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这本书的排版和图示质量，坦白讲，着实让人捏了一把汗。作为一本技术性极强的专业著作，清晰、准确的图表是理解抽象概念的生命线，但在这本书中，我发现了不少令人困惑之处。很多示意图的分辨率低得令人发指，那些本应清晰展示流线、等势面或者岩性界限的彩色图例，印出来后模糊不清，颜色过渡生硬，很多细节完全被墨点吞噬，这让依赖视觉辅助来理解复杂水力梯度分布的读者感到非常沮丧。更甚者，部分表格中的单位标注和符号定义前后不一，尤其是在涉及到渗流系数和储水系数的量纲换算部分，一个不留神就可能导致最终结果的巨大偏差，这在严谨的科学著作中是不可容忍的。我记得其中有一章专门介绍如何处理地下水与地表水交互作用的模型边界条件，配的那张剖面图，竟然将一个典型的潜水面与河流交互的示意图画成了承压水与断层接触的样式，这简直是概念上的张冠李戴，严重误导了对实际水文地质场景的理解。一本关乎“模式”构建的书，如果自身的“模式图”都存在硬伤，那么它在读者心中的可信度自然大打折扣，仿佛建筑师递交的图纸上，承重墙的位置都标注得含糊不清一样。

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这本书在语言风格和行文逻辑上，展现出一种极其强烈的学术“自洽性”，这种自洽性却常常使得外部读者感到疏离。作者似乎默认读者已经掌握了深厚的流体力学和高等数学背景，对很多专业术语的引入没有给予足够的背景铺垫或通俗解释。例如，在讲解某些非线性方程的迭代求解策略时，频繁出现的缩写和高度浓缩的数学符号，使得章节的阅读体验变得异常艰涩，就像在阅读一本没有索引和注解的古籍。此外，行文中的语气非常干燥、客观，缺乏引导和启发性。好的技术书籍，除了传授知识，更应该点燃读者的好奇心，引导他们去探索更深层次的科学问题。但此书的叙述方式，更像是在陈述一份既定的、不容置疑的定律集合，读起来缺乏情感上的共鸣和智力上的挑战欲。我几次想深究某个关键假设背后的物理意义或历史发展脉络，却发现作者只是简单地抛出了结论，这种“告诉我做什么，但别问为什么”的模式，让整个阅读过程变得机械化，难以激发持续学习的热情。

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从整体内容的覆盖面来看，这本书对于“三维”这个核心概念的体现似乎还不够立体和全面。地下水流动的复杂性往往在于其空间异质性和多尺度效应的耦合，即上覆包气带、地表水、以及不同深度含水层之间的相互作用。然而，本书在处理垂直方向上的信息传递和边界条件耦合时，展现出明显的局限性。例如，对于人工回灌井的设计与优化，书中描述的都是基于理想化几何结构的渗流分析，对于实际钻井过程中井周滤失、井管渗漏等常见的工程干扰因素，未能提供有效的模型修正手段。更令人遗憾的是，书中对近年来兴起的耦合模型——比如将热传输、溶质迁移与地下水动力学进行真正意义上的双向耦合——的介绍几乎是空白的。一个现代的地下水模式，必须能够处理能量和物质的跨介质传输，而不仅仅是孤立地求解水力势能。这本书虽然名为“三维模式”，但其展现的模拟能力，更像是将二维平面上的方程在垂直方向上进行简单的离散叠加，未能真正捕捉到复杂三维空间结构带来的非线性物理过程，这对于希望构建能应对气候变化和复杂污染源问题的工程师来说，是一个明显的短板。

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