Statistical Methods for Groundwater Monitoring pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Gibbons, Robert D.

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:160

裝幀:

isbn號碼:9780471587071

叢書系列:

圖書標籤:

• Groundwater
• Statistics
• Environmental Science
• Water Resources
• Monitoring
• Hydrology
• Data Analysis
• Geostatistics
• Contamination
• Sampling

引言 地下水是地球上最寶貴的資源之一，其監測和管理對於保障人類健康、生態環境以及經濟發展至關重要。隨著社會對水資源可持續利用的需求日益增長，如何科學、有效地監測地下水的水質和水量，成為瞭一個亟待解決的問題。本書並非《Statistical Methods for Groundwater Monitoring》，而是聚焦於另一重要領域——“Advances in Hydrogeological Modeling for Sustainable Water Resource Management”（可持續水資源管理的水文地質建模進展）。本書旨在深入探討現代水文地質建模技術的最新發展及其在解決當前復雜水資源挑戰中的關鍵作用，為水資源管理者、水文地質學傢、工程師以及相關研究人員提供一套全麵、前沿的理論框架和實踐指導。 第一章：現代水文地質建模的理論基礎與發展趨勢 本章將從宏觀視角審視水文地質建模的發展曆程，追溯其從早期概念模型到如今高度復雜的數值模型的發展脈絡。我們將深入闡述水文地質學基本原理在建模中的應用，包括地下水流理論、溶質運移理論、地下水與地錶水相互作用以及非飽和帶水文過程等。 地下水流理論的演進與建模： 探討達西定律的局限性，以及在非均質、各嚮異性介質中的應用與擴展。介紹多孔介質、裂隙介質以及混閤介質流動的不同建模方法，包括基於連續介質理論（如有限差分法、有限元法、譜元法）和離散單元法（DEM）的應用。 溶質運移機製與模型： 詳細介紹彌散、對流、吸附、衰減等關鍵溶質運移過程，並分析其在不同地質環境下的錶現。重點介紹守恒方程的建立與求解，以及基於顆粒追蹤法（Particle Tracking）和數值模擬（如MOC、MT3DMS）的溶質運移模型。 水文地質係統耦閤： 強調地錶水與地下水的相互作用，包括河流補給、滲漏、地下水蒸發等過程。介紹能夠耦閤模擬這些過程的集成模型，如SWAT-MODFLOW、HydroGeoSphere等，及其在流域尺度水資源評估中的應用。 非飽和帶水文過程建模： 關注土壤帶的水分運動、蒸發蒸騰、降雨入滲等關鍵過程。介紹Richards方程在非飽和流模擬中的應用，以及考慮植物蒸騰、土壤特性變化等復雜因素的模型。 數據驅動與智能建模： 探討機器學習、人工智能在水文地質建模中的新興應用，例如利用神經網絡預測地下水位，利用支持嚮量機分析水質變化趨勢，以及利用遺傳算法優化模型參數。分析這些方法的優勢、局限性以及與傳統物理模型的結閤潛力。 模型不確定性分析： 強調模型參數、輸入數據和模型結構的不確定性來源，並介紹多種不確定性量化技術，如濛特卡洛模擬、貝葉斯推斷（MCMC）等，以及如何通過不確定性分析提高模型預測的可靠性。 第二章：先進水文地質建模技術在水資源可持續管理中的應用 本章將聚焦於將前沿的水文地質建模技術應用於解決實際水資源管理問題，通過案例分析和技術闡述，展示建模在提高水資源利用效率、保障水質安全、應對氣候變化衝擊等方麵的價值。 地下水資源評價與開采優化： 地下水資源承載力評估： 利用精細化的地下水流模型，結閤地質、水文、氣象等多源數據，準確評估區域地下水資源的補給量、可開采量，並預測長期開采對地下水位、齣流量的影響。 地下水開采方案優化： 結閤優化算法（如綫性規劃、非綫性規劃），將模型模擬結果作為約束條件，設計經濟效益最優、環境影響最小的地下水開采方案，以實現地下水資源的可持續利用。 地下水超采區治理與恢復： 通過模型模擬不同程度的限製開采措施或人工迴灌方案，評估其對地下水位迴升、地質環境恢復的預期效果，為治理決策提供科學依據。 地下水汙染溯源與修復策略製定： 汙染源識彆與遷移路徑模擬： 利用溶質運移模型，根據地下水水質監測數據，反演汙染物的釋放源位置、釋放強度以及遷移擴散範圍。 風險評估與影響預測： 模擬汙染物在不同地質條件下的遷移擴散，預測其對周邊地下水井、地錶水體、生態係統可能造成的長期影響。 修復技術效果評估： 模擬不同修復技術（如抽齣-處理、原地修復、屏障隔離）的效率與效果，為修復方案的選擇與實施提供決策支持。 地錶水-地下水相互作用及其對水資源的影響： 河流地下水補給/排泄評估： 利用耦閤模型，量化河流與地下水之間的水量交換，識彆河流對地下水補給的貢獻，或地下水對河流的排泄作用，這對於理解流域水循環至關重要。 濕地與地下水係統耦閤研究： 模擬濕地生態係統與地下水係統的相互作用，評估濕地保護與恢復對地下水補給、水質淨化的作用。 農業灌溉對地下水的影響： 模擬灌溉過程中水分在土壤帶和地下水中的遷移轉化，評估灌溉定額、灌溉方式對地下水位迴升、土壤鹽漬化及地下水硝酸鹽汙染的影響。 氣候變化背景下的水資源脆弱性評估與適應性管理： 氣候變化情景下的水文模擬： 將不同的氣候變化預測情景（如溫度升高、降雨格局改變）作為輸入，利用水文地質模型模擬其對地下水補給、徑流、蒸發蒸騰等水文要素的潛在影響。 水資源係統脆弱性分析： 結閤模型模擬結果，評估在不同氣候變化情景下，地下水供應、水質安全、生態健康等方麵存在的脆弱性。 適應性管理策略研究： 提齣並模擬不同適應性管理策略（如優化水庫調度、推廣節水技術、調整種植結構）的有效性，為製定應對氣候變化的長期水資源管理計劃提供科學支撐。 城市化與工程建設對水文地質係統的影響： 城市化擴張對地下水補給的影響： 模擬城市擴張過程中硬化地麵增加、綠地減少等因素對地下水補給的影響，分析城市低影響開發（LID）措施的效果。 地下工程建設（如隧道、基坑）對地下水流場的影響： 利用精細化模型模擬地下工程施工對周邊地下水位、流速、流嚮的改變，評估其對地質環境穩定性的影響，並提齣緩解措施。 地下水汙染的環境風險評估： 結閤城市化活動産生的汙染源（如汙水、垃圾滲濾液），評估其對地下水環境的長期風險。 第三章：建模的實踐操作與案例研究 本章將通過一係列具體的實踐操作指南和詳盡的案例研究，幫助讀者將理論知識轉化為實際應用能力。我們將涵蓋模型選擇、數據準備、參數率定、模型驗證、結果解釋與可視化等關鍵環節。 模型選擇的原則與流程： 問題導嚮： 根據研究目的、研究區域特點、可獲取的數據及計算資源，選擇閤適的模型類型（例如，區域尺度地下水流模型、點源汙染運移模型、流域尺度耦閤模型）。 模型能力評估： 瞭解不同模型的優勢、局限性、適用範圍以及對數據和計算能力的要求。 軟件平颱介紹： 簡要介紹目前主流的水文地質建模軟件平颱，如MODFLOW、FEFLOW、HydroGeoSphere、GMS等，及其基本操作界麵和功能。 數據準備與預處理： 地質數據： 地層結構、岩性、滲透性、孔隙度等數據的采集、插值與離散化。 水文數據： 地下水位、流量、水質、降雨、蒸發蒸騰、地錶水流量等數據的收集、質量控製與格式化。 遙感與GIS的應用： 如何利用遙感影像提取地錶覆蓋信息、地形數據，以及如何利用GIS進行空間數據的管理、分析與可視化。 模型參數率定與驗證： 參數敏感性分析： 識彆對模型輸齣影響顯著的參數，指導參數率定工作的重點。 自動化參數率定技術： 介紹基於優化算法（如Levenberg-Marquardt、遺傳算法、粒子群優化）的自動化參數率定方法。 模型驗證： 利用獨立的數據集（如未用於率定的觀測數據）來評估模型的預測精度和泛化能力。 案例研究： 案例一：某乾旱區地下水資源可持續管理研究。 詳細介紹如何利用MODFLOW-NWT構建該區域地下水流模型，進行地下水資源動態評估，並模擬不同開采情景下的地下水位變化，最終提齣可持續開采建議。 案例二：某工業區地下水汙染風險評估與修復策略。 重點闡述如何利用MT3DMS/RT3D模擬汙染物（如重金屬、有機物）的運移過程，識彆汙染羽的擴散趨勢，並評估兩種不同的修復技術（原地生物修復和抽齣-處理）的效果。 案例三：流域尺度地錶水-地下水耦閤模擬及其對水資源管理的影響。 以某河流域為例，介紹如何使用HydroGeoSphere進行地錶水-地下水耦閤模擬，量化河流對地下水補給的貢獻，評估農業灌溉對地下水位的影響，並為流域水資源優化配置提供決策支持。 案例四：氣候變化對某城市地下水補給的長期影響預測。 采用不同RCP情景下的氣候數據，結閤水文模型，預測未來地下水補給量的變化趨勢，並分析其對城市供水安全的影響，提齣適應性管理措施。 第四章：未來展望與挑戰 本章將探討水文地質建模領域未來的發展方嚮，以及在實踐中仍麵臨的挑戰。 多尺度、多過程耦閤建模： 發展能夠同時模擬從宏觀流域到微觀孔隙尺度，從地下水流到溶質運移，再到生態反應等多種過程的集成模型。 高分辨率模型的構建與應用： 提高模型的空間分辨率和時間分辨率，以更精細地刻畫復雜的水文地質現象。 實時監測與模型反饋： 結閤物聯網、傳感器技術，實現地下水信息的實時獲取，並將實時數據反饋到模型中，進行動態更新與預測。 與大數據、雲計算的融閤： 利用大數據技術處理海量水文地質數據，利用雲計算平颱提升模型計算能力和數據管理效率。 模型的可視化與人機交互： 開發更直觀、易於理解的模型可視化工具，提升模型的易用性和決策支持能力。 應對新興汙染物與環境風險： 關注新興汙染物（如微塑料、藥物殘留）在地下水中的遷移轉化，以及極端環境事件（如洪水、乾旱）對水文地質係統的影響。 模型的不確定性與可信度提升： 持續研究和改進模型不確定性量化技術，提高模型的預測可靠性，增強模型在科學決策中的可信度。 跨學科閤作的重要性： 強調水文地質學傢、工程師、環境科學傢、計算機科學傢以及政策製定者之間的緊密閤作，共同推動水資源可持續管理。 結論 本書通過對現代水文地質建模技術的深入剖析和廣泛應用，旨在為解決當前日益嚴峻的水資源挑戰提供強有力的科學工具和理論支持。我們相信，通過不斷的技術創新和跨學科閤作，水文地質建模將在保障全球水安全、促進可持續發展方麵發揮越來越重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆