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环境水文学

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商品详情

书名:环境水文学
定价:59.0
ISBN:9787030192240
作者:陈俊合 江涛 陈建耀
版次:1
出版时间:2017-01

内容提要:
本书在介绍水体理化生物特性和水污染自净机理的基础上,对变化环境下的水文情况进行讨论,针对各类水体污染的特点,分别对河流、湖泊、水库、地下水和河口建立水质模型和预测,并对同位素等新技术、新方法在环境水文中的应用加以介绍.本书力图把污染物迁移扩散过程与水分循环过程密切结合起来,把水量水质的分析计算、预测预报方法有机结合起来.

目录:
目录 前言 **篇 导论 **章 环境水文学综述 3 **节 我国水环境问题 3 第二节 环境水文学的发展概况 5 第三节 环境水文学的定义和内容 7 第二章 水的特性与水体污染 10 **节 水的特性 10 第二节 水体污染 28 第三节 水体污染类型 32 第三章 污染变化规律 46 **节 水体中污染物变化机理 46 第二节 污染物的迁移转化 49 第二篇 变化环境下的水文情势 第四章 城市化与水文情势 69 **节 城市化的水文效应 69 第二节 城市洪涝灾害及防洪排涝计算 75 第五章 工农业生产与水文情势 82 **节 工(矿)生产对水文环境的影响 82 第二节 农业生产对水文环境的影响 86 第六章 水利工程建设与水文情势 90 **节 水利工程的作用?效益 90 第二节 水利工程对水文环境的影响 93 第三节 国内外一些水利工程对水文环境的影响分析 102 第七章 森林植被与水文情势 105 **节 森林水文及其发展 105 第二节 森林生态的水文效应 106 第三篇 水环境污染及水质模拟 第八章 河流水质数学模拟 117 ?? **节 水质数学模型概述 117 第二节 河道水流运动的数学模型 119 第三节 一维水质数学模型 130 第四节 二?三维水流与水质数学模拟 134 第五节 水质模型参数的确定 142 第六节 应用实例 144 第九章 湖泊(水库)水质数学模拟 148 **节 湖泊(水库)水质模型概述 148 第二节 湖泊(水库)温度模型 149 第三节 湖泊(水库)富营养化模型 158 第十章 地下水数学模拟 165 **节 流体动力弥散型水质模型 165 第二节 对流型水质模型 170 第三节 集中参数型水质模型 173 第四节 模型的选择 175 第十一章 河口及潮汐河流水质模型 178 **节 河口水质模型及其分类 178 第二节 河口一维水质模型 180 第三节 河口二维水质模型 181 第四节 河口BODGDO模型 183 第四篇 新技术新方法的应用 第十二章 同位素在环境水文中的应用 189 **节 同位素基础 189 第二节 同位素在降水中的应用 197 第三节 同位素在水文循环与转化中的应用 204 第四节 同位素在地下水中的应用 214 第五节 同位素在物质转化与环境变迁中的应用 221 第十三章 新方法在环境水文中的应用 227 **节 人工神经网络在水环境系统中的应用 227 第二节 遗传算法在模型参数优选中的应用 230 第三节 小波分析在水文水资源中的应用简述 234 主要参考文献 236

在线试读:
**篇 导论 **章 环境水文学综述 **节 我国水环境问题 水资源是十分重要又很特殊的自然资源,它是人类赖以生存的基本物质条件,也是人类社会可持续发展的限制因素.它在自然界中以不同的形态存在并循环不息,其水质也受多种因素的影响而变化.地球上水的总量约为13.86亿km3,其中淡水仅占3%.由于绝大部分的淡水以冰川的形态存在于两极和高山顶部,因此,可供人类利用的淡水又不到其总量的1%;水资源在全球各地分布又极不均匀,加上浪费和污染,所以使各地区和各国可以利用的水资源差别很大. 人类的生活和生产活动无一不需用水.其中,农业是*大的淡水用户,世界平均农业用水量约占总用水量的69%,主要用于灌溉.更值得注意的是在灌溉过程中水的损失惊人,损失水量甚至高达总灌溉用水量的70%~80%.工业用水比农业用水少得多(约占23%),其中大部分用于电厂冷却水,造成热污染.其余各种工业废水则造成极为严重的污染.生活用水仅占全部用水量的8%.人类在生理上对淡水的需用量并不大,每天仅几升即可维持生命,直接饮用的水量每人每天约为1~2L.但是,人类其他生活活动所需的用水量却与日俱增. 近年来,由于世界人口增长和社会经济发展,需水量增长速度惊人,加上用水的浪费和水资源的污染,使优质水资源日益短缺.种种迹象表明,水的问题即将或已经成为一个严重的社会问题,1992年初有156个国家代表参加的“世界水资源与环境大会”提出了警告:“水资源短缺已成为当今人类面临的*严峻挑战之一.”据联合国预测,水将成为21世纪*有争议的问题,全世界将有10余亿人得不到清洁的饮水,17亿人缺乏*基本的公共用水卫生设施,这两个问题加在一起对城市的影响将极为严重. 我国水资源总量不少,河川年径流量(2.7~2.8)×1012m3,居世界第6位,但人均占有水量仅为2400~2500m3/a,仅列世界第110位,为世界人均占有水量的1/4.而且,我国水资源时空分布极不均匀,洪涝干旱灾害频繁,可利用水资源量占天然水资源量的比重小,水污染普遍较严重,水的浪费现象也十分严重.这些问题已逐渐成为制约我国经济持续发展和影响人民身体健康的重要因素.以下是对我国面临的主要水环境问题的简要论述: 1. 水域污染严重 随着社会经济的发展,工农业废水排放量逐年增长,七大水系的水污染程度在加剧,范围在扩大.2005年国家环境监测网七大水系的411个地表水监测断面中,符合Ⅰ~Ⅲ类标准的占41%;属于Ⅳ~Ⅴ类标准的占32%;达到劣Ⅴ类水质标准的占27%.其中,珠江?长江水质较好,辽河?淮河?黄河?松花江水质较差,海河污染严重.主要污染指标为氨氮?五日生化需氧量?高锰酸盐指数和石油类. 我国城市地下水水质总体较好.2005年,全国有160个城市(地级以上城市139个,县级城市21个,平原城市一般包括所辖地区)开展了地下水监测工作,地下水监测点控制总面积111万km2.与1996年相比,全国主要城市和平原区的地下水水质状况相对稳定,局部地区有继续恶化的趋势.监测表明,地下水污染存在加重趋势的城市有21个(主要分布在西北?东北和东南地区),污染趋势减轻的城市14个(主要分布在华北和西北地区),地下水水质基本稳定的城市123个. 我国湖泊水库普遍受到污染,总磷?总氮污染严重,有机物污染面积广,个别湖泊水库出现重金属污染.2005年,28个国家监测重点湖(库)中,满足Ⅱ类水质的湖(库)2个,占7%;Ⅲ类水质的湖(库)6个,占21%;Ⅳ水质的湖(库)3个,占11%;Ⅴ类水质的湖(库)5个,占18%;劣Ⅴ类水质湖(库)12个,占43%.其中,太湖?滇池和巢湖水质均为劣Ⅴ类. 我国四大海域污染主要发生在近岸海域并有加重趋势,主要污染指标为无机氮?无机磷和石油类.2005年,全国近岸海域Ⅰ~Ⅱ类海水比例占67.2%;Ⅲ类海水占8.9%;Ⅳ类?劣Ⅳ类海水占23.9%.9个重要海湾监测结果表明,黄河口和北部湾海域水质较好,以Ⅰ?Ⅱ类海水为主;其次是胶州湾和闽江口,Ⅱ类海水和劣Ⅳ类海水各占50%;珠江口?辽东湾?渤海湾水质较差,Ⅳ类?劣Ⅳ类海水比例为60%~80%;长江口?杭州湾水质*差,以劣Ⅳ类海水为主.四大海域中,黄海和南海Ⅰ?Ⅱ类海水比例较高,分别达到88.9%?85.8%;渤海Ⅰ?Ⅱ 类海水比例为66.0%,Ⅳ类和劣Ⅳ类海水占19.2%,主要污染指标为无机氮?活性磷酸盐;东海Ⅰ?Ⅱ类海水比例为35.5%,Ⅳ类和劣Ⅳ类海水占52.7%. 2. 大气污染比较突出 2005年监测的522 个城市中,空气质量达到一级标准的城市22 个(占4.2%)?二级标准的城市293个(占56.1%)?三级标准的城市152个(占29.1%)?劣于三级标准的城市55个(占10.6%),主要污染物为可吸入颗粒物,在可比的城市中,40.5%的城市颗粒物超过二级标准,超过三级标准的城市占5.5%;SO2 年均浓度达到国家二级标准(0.06mg/m3)的城市占77.4%;超过国家三级标准(0.10mg/m3)的城市占6.5%;所有统计城市的二氧化氮浓度均达到二级标准,但广州?北京?宁波?上海?杭州?哈尔滨?乌鲁木齐?南京?成都?武汉等大城市二氧化氮浓度相对较高;全国开展酸雨监测的696个市(县)中,出现酸雨的城市357个(占51.3%),其中浙江省象山县?安吉县,福建邵武市,江西瑞金市酸雨频率为100%. 3. 水土流失日益严重,土地荒漠化不断扩大 截至2005年底,我国水土流失面积356万km2,占国土总面积的37.1%,其中,水力侵蚀面积165万km2;风力侵蚀面积191万km2.水土流失主要分布在山区?丘陵区和风沙区,特别是大江大河中上游地区.全国每年因水土流失造成的流失土壤50亿t.大量的开荒?采掘业及修路作业等开发活动,导致耕地贫瘠化和荒漠化?河道淤塞?水库使用寿命缩短.20 世纪的*后10 年间,我国每年约有2100km2 的土地沦为荒漠. 现在沙漠?戈壁?荒漠化土地面积之和已达153万km2,占全国土地面积的16%.土地的荒漠化加剧了我国某些地区的贫困化,并形成恶性循环. 在未来的发展进程中,我国将面临历史上*严峻的水资源与环境的挑战,走可持续发展的道路是当代中国人民的紧迫而重要的任务.为解决中国发展与水环境的矛盾,利用有限的水资源完成现代化的任务并满足广大人民日益增长的需要,必须探求水环境变化的机制,寻求一条经济发展与生态和谐共存的可持续道路.而环境水文学正是针对解决目前水环境问题而设置的课程之一,因此,环境水文学课程的提出与完善是适应目前的水环境形势的. 第二节 环境水文学的发展概况 环境水文学是随着水文研究的深入与环境科学的兴起而发展起来的.世界上许多国家和有关国际组织,先后在这方面开展了不少的研究. 在联合国教科文组织国际水文计划10年(IHD)(1965~1974年)的末期,过去单纯水文物理学过程的研究逐渐有了环境和生态方面的内容,尤其是来自其他学科知识的融入和交叉,如自然地理学?生态学?水文地质学?河流地貌学?土壤物理学等,它们对水文学自身的发展起到了重要推动作用,这些都归结为环境水文学的范畴.因为在这些分支学科中都涉及水量平衡?营养物质和沉积物质量平衡的物理过程,研究是从1978年Kirkby编著的山坡水文学开始.20世纪70年代和80年代发展起来的径流过程数字地形模型提出了土地利用变化对径流?侵蚀?沉积以及水质等影响的空间观点.同时,80年代对酸雨问题的研究激发了相关工作的进展,如在北美和欧洲对水文学和化学之间关系的研究,一度促进了环境水文学的发展,即使在南半球,水文学团体也在向这一领域接近.在世界的许多地区,淡水资源正在成为生态环境和经济发展的限制性因素,同时对淡水生态系统的各种负面影响仍在不断扩大.根据1980年Popper对未来的预测,现有的方法已不能解决环境问题.在1992年于柏林召开的水和环境国际会议上,提出了寻求新的方式解决环境问题,这就促进了环境科学和水文学的结合. 在我国,20世纪50年代中期即有部分水文测站开始进行天然水化学成分的测验工作,随着国民经济建设发展的需要,接着开始对已经发生或可能发生污染的河流?重要湖泊?水库在控制性地点进行水化学成分的测验工作.20世纪60年代逐步统一规划了水化学站网的测验工作,为引用地表水?利用地下水?防治土壤盐碱化等提供水化学资料.一些大型水库工程?大型城市的供水工程?大型工矿企业,还结合勘探?规划?设计?施工和管理自行作水质分析和水处理工作或探讨一些与环境相关的专题.为了适应水利工程和水土保持工作发展的需要,水文?水利工作者开展了径流?泥沙影响方面的研究,并进行了现场的观测和分析,如黄河三门峡水利枢纽的建设过程中,水利科技工作者对水库水位抬高淹没村庄?地下水位上升?水库淤积?灌区的土壤盐碱化等问题进行了大量研究. 20世纪60年代前期,黄河水利委员会?长江流域规划办公室组织技术力量专门进行全流域的农?林?水利?水土保持措施对径流?泥沙影响的调查研究,还设立了径流实验站和水土保持实验站.此外,在交通城建部门也开展了一些区域性或局部性有关方面的水文效应研究工作,但当时还没有提高到环境的整体研究工作上来.70年代中期,因河南发生了特大洪水,在全国范围内开展了水库大检查,涉及库区的环境问题.70年代后期,环境保护受到全面的重视,从中央到地方及流域水利部门相继设立了主管环境保护的专门单位和研究所,部分高校增设环境保护专业.1979年9月****常委会制定了环境保护条例,并颁布试行.1980年初开始进行了全国的水资源普查与评价工作,结合这项工作,对环境水文开展了不少课题研究.1981年中国水利学会还成立了环境水利研究会,推动环境水利(其中也包括环境水文)的研究工作.1982年水电部制定了?关于水利工程对环境影响的评价的若干规定?,并付诸执行.1983年城乡建设环境保护部制定了?环境保护标准管理方法?,1984年5月****常委会通过了水污染防治法,正式以法律保护水资源防止遭受污染.这些都大大促进了环境水利的改善,同时也促进了环境水文的科学研究工作.在我国的“六五”?“七五”计划的攻关课题中,都有环境水利和环境水文的项目. 20世纪90年代以来,我国的环境水文学研究工作有了很大的发展,并且都是从我国的国情和实际出发,紧密结合工程建设规划?设计?施工?运行管理中的生产需要进行的.比较重大的课题有:酸雨的形成与防治;沱江?湘江?长江武汉江段的污水防治;黄河?渭河泥沙的重金属吸附;珠江三角洲及河口的污染防治;太湖环境质量调查与保护及大水面养殖问题;过量开采地下水引起的地面沉降问题;矿山排水对水资源的破坏问题;沙漠化?水土流失的环境问题;黄淮海平原土壤盐碱化改良;北京城市生态系统与环境规划研究;天津于桥水库的面源污染问题等.大型水利环境影响评价,其中以南水北调及三峡工程的环境影响尤为瞩目. 我国的环境水文研究虽然起步较晚,但却如雨后春笋般地成长起来.在理论上对污染物的输移?水环境预测?水污染系统控制规划等有独创的成果,在实际工
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