水動力學和水質：河流、湖泊及河口數值模擬（簡體書）

《水動力學和水質：河流、湖泊及河口數值模擬》中闡述了地表水的理論、基本過程、數學描述及其工程應用，著重探討如何解決河流、湖泊、河口和近岸水環境中的實際問題，而不深究水動力、懸浮物、毒素和富營養等過程的細枝末節。書中內容安排如下：第1章是導論。第2-6章分別介紹了基礎理論和相關主題，包括：水動力學、泥沙輸運、病原體和有毒物質、水質和富營養化、外源和最大日負荷總量（TMDL）。第7章概述了數學模型和統計分析方法。基於這些理論和過程研究，第8、9、10章分別討論河流、湖泊和近岸水體問題。第1章之後的每一章的結構都類似，即：首先介紹基本概念，然後討論物理、化學和生物過程及其相應的數學表達，最後是實例應用。按此安排，讀者可以根據需要快速地查找到相關內容。
《水動力學和水質：河流、湖泊及河口數值模擬》主要介紹地表水體的水環境過程及其數值模擬。由於篇幅所限，本書並不具體討論數值模型本身。關於數值模型的細節描述，讀者可以參考相關的手冊和報告。本書中論述的理論、水環境過程及其模擬方法可通用於各種數值模型，而不只是拘泥於某一特定的模型。．

《水動力學和水質:河流、湖泊及河口數值模擬》充分反映了當代地表水環境數值模擬的前沿理念和最新成果，系統地闡述了水環境及其模擬的原理、基本物理過程、數學描述和工程應用。作者季振剛博士是美國紐約州和佛羅里達州認證的專業工程師，多年從事水動力學、流體力學、底泥疏浚和水質方面的研究。在全書內容安排上，先闡述地表水環境過程及其數值模擬的基本理論和重點主題，包括水動力學，泥沙輸運，病原體和有毒物質，水質和富營養化，外源和最大日負載總量（TMDL），這些內容覆蓋了前6章，第7章討論了用統計分析方法評估模型性能的問題。最后3章則轉入前述理論和方法在三類水體的應用，即河流、湖泊（水庫）和河口（近海）。《水動力學和水質:河流、湖泊及河口數值模擬》的一大特色是取材于大量的實例，而這些個例大都來自于作者的實際工作經驗。通過這些實例，讀者可以詳細了解環境問題的解決辦法和技術路線。

第1章 導論
1.1 概述
1.2 認識地表水
1.3 地表水模擬
1.4 關於本書

第2章 水動力學
2.1 水動力過程
2.2 控制方程
2.3 溫度
2.4 水動力模型

第3章 泥沙輸運
3.1 概述
3.2 泥沙過程
3.3 黏性泥沙
3.4 非黏性泥沙
3.5 沉積床
3.6 風浪
3.7 輸沙模擬

第4章 病原體和有毒物質
4.1 概述
4.2 病原體
4.3 有毒物質
4.4 遷移轉化過程
4.5 污染物建模

第5章 水質和富營養化
5.1 綜述
5.2 藻
5.3 有機碳
5.4 磷
5.5 氮
5.6 溶解氧
5.7 沉積通量
5.8 沉水植物
5.9 水質模擬

第6章 外源和最大日負荷總量
6.1 點源和非點源
6.2 大氣沉降
6.3 濕地與地下水
6.4 流域過程和最大日負荷總量發展

第7章 數學模擬與統計分析
7.1 數學模式
7.2 統計分析
7.3 模式校準和驗證

第8章 河流
8.1 河流的特徵
8.2 河流中的水動力過程
8.3 河流中的泥沙與水質過程
8.4 河流模擬

第9章 湖泊和水庫
9.1 湖泊和水庫的特徵
9.2 水動力過程
9.3 湖泊中的沉積物和水質過程
9.4 湖泊模擬

第10章 河口和沿岸海域
10.1 引言
10.2 潮汐過程
10.3 河口的水動力過程
10.4 河口泥沙及水質處理過程
10.5 河口及沿海模型

參考文獻
附錄A 環境流體動力學代碼
附錄B 換算因數
附錄C 縮略語．

方程（3.7.2）表明，只要ρws作相應的改變，就可以使用不同的E值計算出觀測的S值。這種差異能直接影響污染水體治理措施的選擇。例如，高底部切應力下的低侵蝕速率說明污染已經埋藏很久，在高速水流條件下不容易發生再懸浮。因此自然恢復就可能是最好的選擇。高底部切應力下的高侵蝕速率則說明高速水流條件下，埋藏的污染物很容易發生再懸浮，進而污染地表水。這時就可能需要采用疏浚或覆蓋的修復措施。
沉降速度同樣是輸沙過程的重要參數。對于黏性泥沙，如方程（3.2.12）所述，模型中的沉降速度實際上是不同大小的顆粒所組成的絮凝物的沉降速度，而非某一顆粒的。沉降速度是水流、單個顆粒、絮凝物間相互作用的結果。沉降速度可以進行直接或間接的測量，如使用沉降管、圖像處理技術或者泥沙垂直剖面。一這些方法測量的沉降速度之間通常都有很大差異。這是將沉降速度作為校準參數使用的一個主要原因，通過在某一范圍內對其進行調節，以使模擬結果更好地擬合實測數據。
實際中的沉積和再懸浮臨界應力受許多因子影響，并且隨時間和沉積床深度而發生變化。實測臨界應力的巨大變化，部分原因是因為無法準確測量臨界切應力，尤其是在表層受到侵蝕，底床變得不平滑的情況下。在泥沙模擬中，沉積和再懸浮的臨界切應力也經常作為調節參數使用。泥沙組分依賴于礦物源，既可以是無機的，也可以是有機的。沉積床模式中使用的參數變化很大。基本參數包括：孔隙度、泥沙密度以及沉積床中泥沙的總質量。
泥沙研究中的數據收集是非常昂貴的，尤其是發展和校準嚴格的泥沙模型所需的數據。泥沙模型的輸入數據通常是進入水體的泥沙量。不同類型的泥沙可以通過多種源進入水體。河岸侵蝕和一般的流域徑流都會帶來大量的沙、粉砂及黏土。流域徑流同樣會帶來有機物質。海岸過程可以為河口提供大量的沙。作用于沙丘和沙質海岸的風也會為河口及沿海水域帶來細顆粒的沙。
長期來看，由河流輸運的懸移質是進入河口和海洋的主要泥沙。河流輸沙是非常不規律的。許多河流的年輸沙量都是在相對短的時間內進行的，大約30 d。因此，對徑流量和含沙量進行長期持續的觀測是非常有必要的。例如Lick和Ziegler（1994）研究了Erie湖細顆粒泥沙的再懸浮和輸運過程，他們報道說，盡管大風暴發生頻率很低，但卻影響了大部分的再懸浮和輸沙過程。為了估算模型中的輸沙量，通常要建立實測人流速度與輸沙量的回歸關系。