Monitoring and Modelling Lakes and Coastal Environments pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Mohanty, Pratap K. 编

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9781402066450

丛书系列:

图书标签:

• Lake monitoring
• Coastal monitoring
• Environmental modelling
• Water quality
• Ecosystem dynamics
• Remote sensing
• Hydrodynamics
• Biogeochemical cycles
• Environmental science
• Limnology

水环境科学的交叉前沿：全球水体监测、模拟与可持续管理 本书全面探讨了当代水环境科学领域中至关重要的监测、建模与可持续管理策略，重点聚焦于地表水体——河流、湿地及地下水系统的复杂性与动态变化。本书旨在为环境科学家、水资源工程师、政策制定者以及研究生提供一个深入且实用的知识框架，以应对当前全球水资源面临的严峻挑战。 第一部分：水文过程与生态系统基础 本部分奠定了理解水体系统运行的理论基础。我们首先系统回顾了水循环的基本驱动力，包括大气、地表与地下水之间的物质与能量交换。这部分深入剖析了影响区域水文格局的关键因素，如气候变率、土地利用变化和地质构造对径流、蒸散发和入渗过程的长期与短期影响。 章节聚焦： 水文物理学原理： 详细介绍了斯托克斯方程、达西定律在宏观与微观尺度上的应用，以及土壤水文特性（如孔隙度、渗透性）的测量方法与空间异质性分析。 地表水文响应： 重点讨论了流域尺度上的产流机制，包括基于物理机制的（如蓄满流、超渗流）与基于数据的（如单位线理论）模型的适用性与局限性。探讨了极端事件，如洪水和干旱，在气候变化背景下的频率与强度变化。 湿地生态水文学： 湿地被视为地球上关键的生态系统服务提供者。本章分析了湿地水文连接性、水力停留时间（HRT）及其对营养物质循环和碳汇潜力的影响。深入讨论了地下水与表层水体的相互作用如何维持湿地的生态平衡。 地下水系统动力学： 考察了含水层补给、流动与排泄的机制。内容涵盖了深层含水层与浅层含水层之间的垂直交换、地质结构对水流路径的控制，以及人类活动（如过度开采）引发的地下水位下降和地层沉降问题。 第二部分：水环境质量的监测技术与数据获取 有效的管理始于精确的监测。本部分详尽介绍了现代水环境质量监测所需的前沿技术、仪器配置和数据处理流程，强调了从传统采样到高频遥感监测的演变。 章节聚焦： 传统水质采样与分析： 涵盖了物理参数（温度、浊度、电导率）、化学参数（营养盐、有机污染物、重金属）的现场测量和实验室分析标准操作程序（SOP）。重点分析了采样频率、空间代表性及质量保证/质量控制（QA/QC）的重要性。 传感器网络与实时监测： 介绍了多参数水质探头、pH/溶解氧传感器以及先进的离子选择性电极在河流和水库的应用。讨论了物联网（IoT）技术如何赋能构建低成本、高密度的实时预警系统。 遥感水文与水质监测： 深入解析了利用卫星平台（如Landsat, Sentinel）获取的地表水体信息。内容包括地表水体覆盖度制图、水体悬浮物（TSS）浓度反演、水体叶绿素-a浓度估计，以及合成孔径雷达（SAR）在洪水范围识别中的应用。 同位素示踪技术： 探讨了稳定同位素（如 $delta^{18}O$, $delta^{2}H$）和放射性同位素（如氚）在水文过程示踪中的应用，尤其是在确定地下水补给源区、水力连通性和水体混合过程中的独特价值。 第三部分：水环境过程的数值模拟与预测 本部分聚焦于将监测数据转化为可操作知识的核心工具——数值模型。内容侧重于描述性、诊断性及预测性模型的构建、校准与验证。 章节聚焦： 一维/二维水动力学模型： 详细介绍了浅水方程（圣维南方程）及其在河流、河口和溢洪区的二维求解器（如HEC-RAS 2D）的应用。讨论了边界条件设置、网格划分对模型精度的影响。 三维输运与水质模型： 阐述了质量守恒方程在描述污染物（如溶解氧、营养盐、有毒物质）在水体中的对流、弥散和反应过程中的应用。探讨了诸如CE-QUAL-W2、EFDC等复杂三维模型的结构与参数化。 地下水流动与溶质迁移模型： 深入分析了MODFLOW等有限差分模型在含水层模拟中的核心地位。内容包括处理非均质介质、处理复杂边界条件（如渗漏边界）以及溶质迁移中的生物地球化学反应耦合。 耦合模型与集成系统： 讨论了如何将大气、地表水、地下水和生态系统过程进行多尺度、多物理场耦合模拟的必要性与挑战。重点分析了集成气候模型输出（GCMs）对未来水资源情景的预测能力。 模型的不确定性分析： 强调了所有模型都存在不确定性。本章教授了敏感性分析、参数校准（如使用MCMC方法）以及模型性能评估指标（如Nash-Sutcliffe 效率系数，RMSE）的科学应用。 第四部分：可持续水资源管理与适应策略 本书的最后部分将科学发现与实际管理决策相结合，探讨了在水资源日益稀缺和环境压力增大的背景下，如何制定和实施有效的管理和保护策略。 章节聚焦： 非常规水资源利用： 探讨了海水淡化、非常规水（如再生水）的深度处理技术、风险评估及其在城市水安全中的整合策略。 生态流量与河流健康： 定义了生态流量的概念，并介绍了基于生物学指标和水文特征的生态流量确定方法（如Tennant法、IFIM）。讨论了保障河流连续性与连通性（如鱼道设计）的重要性。 非点源污染控制策略： 针对农业径流和城市面源污染，详细介绍了集成的非点源管理方案（BMPs），包括缓冲带设计、人工湿地净化系统以及低影响开发（LID）技术在城市水文管理中的应用。 适应性水资源管理（ARM）： 鉴于未来气候和环境变化的固有不确定性，本章提出了适应性管理的框架。这包括基于情景规划的决策支持系统构建、灵活的水资源分配方案以及持续的反馈机制设计。 本书通过整合跨学科的监测技术、前沿的模拟方法和基于证据的管理实践，为读者提供了一个全面理解和有效管理全球水体环境的路线图。它不仅是理论学习的参考书，更是解决现实世界水问题行动指南。

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