环境系统分析电子书

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内容提要

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前言

第1章　绪论

1.1　环境科学是多原理综合学科

1.2　系统和系统化

1.2.1　系统的含义

1.2.2　复杂问题的有限系统化

1.2.3　系统工程与系统间工程

1.2.4　环境科学问题的系统化

1.3　环境类问题的系统特点

1.3.1　系统的元素和元素的特征

1.3.2　系统的层次

1.3.3　系统的功用和定义方式

1.3.4　环境科学的系统视角

1.4　环境系统的模型化

1.4.1　模型和模型方法

1.4.2　数学模型

1.4.3　环境系统的数学模型分类

1.5　关于规则和模型

1.5.1　规则和模型的多样性

1.5.2　发现规则和建模

1.5.3　建立规则和建模

1.5.4　 模型的验证

1.5.5　不确定规则的支配原理

第2章　箱式动力学模型

2.1　几种水环境转化模型

2.1.1　浅海生态系统物质转化模型

2.1.2　环境水体的氧浓度模型

2.1.3　湖泊污染物箱式模型

2.1.4　湖泊多箱体模型

2.2　反应系统动力学模型

2.2.1　化学反应动力学

2.2.2　微生物反应动力学

2.3　灵敏度

2.4　总结

第3章　流体动力学模型

3.1　扩散和传输

3.1.1　分子扩散菲克定律

3.1.2　浓度的扩散方程

3.1.3　物质的传输和扩散

3.1.4　浓度的传输-扩散方程

3.1.5*　关于浓度方程的进一步讨论

3.2　流体的传递

3.2.1　流体的质量衡算方程

3.2.2　以分布和传递的视角观察流体

3.2.3　流体的惯性和惯性的传递

3.2.4　关于动量通量和力

3.2.5　三种动量的传递方式

3.2.6　流体的黏性应力

3.2.7　流体动量传递的一般衡算方程

3.2.8　Navier-Stokes方程

3.2.9　流体状态

3.3　一维河道的物质的迁移-转化模型

3.3.1　圣维南（Saint-Venant）方程

3.3.2　一维河道的传输-扩散-转化方程

3.3.3　河流模型的应用

3.4　二维浅水湖泊的物质迁移-转化模型

3.4.1　二维浅水方程（Shallow Water Equations）

3.4.2　二维浅水湖泊的传输-扩散模型

3.4.3　算例演示

3.5　大气的三维物质迁移-转化模型

3.5.1　不可压大气模型

3.5.2　包辛涅斯克（Boussinesq）近似

3.5.3　特殊密度气体的运动方程

第4章　对流-扩散-反应方程的有限差分解法

4.1　对流方程的有限差分解法

4.1.1　一维（阶）对流方程的“迎风格式”

4.1.2*　一维（阶）迎风格式收敛性讨论

4.1.3　一维（阶）迎风格式的改进和优化

4.1.4　改进的高维（阶）迎风格式

4.1.5*　改进的高维（阶）迎风格式的收敛性

4.2　扩散方程的有限差分解法

4.2.1　一维扩散定解问题的有限差分格式

4.2.2*　一维扩散定解问题差分格式的收敛性

4.2.3　三维扩散定解问题的有限差分格式

4.2.4*　三维扩散方程差分格式稳定性分析

4.3　反应方程的数值解法

4.4　传输-扩散-反应方程的数值解法

第5章　数学规划

5.1　概述

5.1.1　数学规划概念

5.1.2　数学规划的分类

5.1.3　最小值点、极小值点和驻点

5.2　无约束问题求解

5.2.1　无约束规划的驻点方程

5.2.2　求驻点方程的牛顿迭代法

5.2.3　一维搜索

5.2.4　最速下降法

5.2.5　共轭梯度法

5.2.6*　搜索相对全局最优解的一种方法

5.3　等式约束问题

5.3.1　等式约束问题及其必要条件

5.3.2*　拉格朗日极值条件的几何解释

5.4　一般规划问题

5.4.1　一般规划问题的松弛变量法

5.4.2　不等式约束规划的逼近算法

5.4.3　混合约束规划的逼近算法

5.4.4*　关于障碍函数法的数学分析

5.5　线性规划

5.5.1　线性规划及其标准形式

5.5.2　线性规划解的结构

5.5.3　线性规划的求解

第6章　环境规划问题

6.1　利用最大熵原理得到粒径分布

6.1.1　问题提出

6.1.2　利用最大熵原理得到分布函数

6.2　平原风电场风机的直线排布问题

6.2.1　问题的提出

6.2.2　阻力和功率

6.2.3　风速的衰减

6.2.4　风机直线排布规划模型

6.3　山地风电场风机选址问题

6.3.1　问题的提出

6.3.2　模型框架

6.3.3　模型细化

6.3.4　模型求解

6.4　单线地铁趟次调度最优化问题

6.4.1　问题的提出

6.4.2　系统特征变量

6.4.3　模型的建立

6.5　大气污染物时间序列监测指标预报问题

6.5.1　问题概述

6.5.2　简单时间序列模型

6.5.3　综合预报模型

6.5.4　模型验证

6.5.5　模型预报

6.6　海水入侵规划问题

6.6.1　问题陈述

6.6.2　渗流方程

6.6.3　海水入侵问题规划模型

参考文献