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1、环境流体力学 环境流体力学环境流体力学 赵文谦赵文谦 武周虎武周虎 青岛理工大学青岛理工大学 1环境流体力学 第一章 绪论.3 1-1 环境水利学的任务以及与其他学科的关系.3 1-2 浓度，稀释度，密度与密度分层水体.4 1-3 物质在水体内迁移的主要方式.7 第二章 分子扩散.10 2-1 物质的传递与扩散现象 .10 2-2 分子扩散的费克（Fick）定律 .10 2-3 扩散方程费克第二定律.11 2-4 瞬时平面源的一维扩散 .13 2-5 瞬时点源在二维及三维空间的扩散.19 2-6 瞬时分布源的扩散 .20 2-7 时间连续源的扩散 .25 2-8 有边界反射情况下的扩散.29
2、2-9 用随机游动（Random Walk）来分析分子扩散现象.30 2-10 移流扩散 .33 参 考 文 献.37 第三章 紊动扩散.38 3-1 紊流的时间平均与统计平均.38 3-2 数学期望、方差、相关与相关系数.39 3-3 紊动扩散的泰勒理论拉格朗日法.42 3-4 紊动扩散的欧拉（Euler）法.44 参 考 文 献.53 第四章 剪切流的离散.54 41 剪切流的离散方程.54 42 圆断面管流中的离散.56 43 二维明渠中的离散.61 参 考 文 献.65 第五章 污染物质在河流中的 扩 散 与 混 合.66 51 概 述.66 52 河流中的紊动扩散.67 53 污 染
3、 带 计 算.72 54 用积累流量坐标计算天然河流中二维扩散.78 55 河流中的纵向离散.82 参 考 文 献.91 环境水力学及水质模拟习题.93 2环境流体力学 第一章第一章 绪论绪论 1-1 环境水利学的任务以及与其他学科的关系环境水利学的任务以及与其他学科的关系 环境水力学是形成和建立不久的一门水力学的分支学科，它的主要任务是研究污染物质在水体中的扩散输移规律及其应用。 环境的污染与环境保护是当今世界所面临的严重问题之一。所谓环境，一般是指大气环境、水环境和生态环境，而三者之间又保持着密切联系。由于工业的发展，人类居住的相对集中，大量有害于人类和其他生物的工业废物（废气、废水、废渣
4、）和生活污水、农业废水排入河流、湖泊、水库与海湾，使天然水体受到严重的污染。污染物质通过在水体中溶解扩散以及随水流的输移而扩大影响范围。为了保护环境，防止污染的危害，必须了解这些污染物质的扩散输移规律。 环境水力学正是在这样的背景下逐渐形成和发展起来的， 所以有人把环境水力学又叫做污染水力学，它是环境科学与水力学相互结合、相互渗透的产物。 因为环境水力学是一门比较年青而且发展相当活跃的学科，其内容的广度和深度都在不断扩充，同时由于对某些问题研究不够成熟，和许多历史悠久的学科相比，它还没有非常成熟和明确的范围。但是，环境水力学的理论基础在很多方面和水力学是一致的。 研究环境污染问题，人们最关心的
5、是污染物浓度在空间的分布。一般说来，污染危害程度取决于污染物浓度。当然有时也要注意它的总量问题。环境水力学的主要目标，就是要探求当污染物投放于水体后， 由于扩散、 输移所造成的污染物浓度随空间和时间的变化关系。 污染物浓度在水体内的分布状况，是进行水质评价的基本依据。过去一个时期，人们在研究水资源的利用和开发时， 多着眼于对水的数量作出预测和规划。 可是在当今的历史条件下，如果仍然仅仅注意对水量作出预报和规划，那就显然不可能达到预期的目的。因为要把水作为资源，不仅有数量的要求同时也有质量的要求。所以，水质预报、水质规划与水资源保护这类课题不仅是环境科学工作者同时也是今天水利科技工作者、 水力工
6、程师所面临的重大问题。而环境水力学的研究成果将会在水质评价、水质预报、水质规划与管理以及水资源保护等方面得到广泛的应用。 我国水资源若按人口平均计算并不丰富， 平均每人所拥有的径流量约为 2700 立方米，居世界各国第 85 位。因此，保护和防止水体不受污染具有十分重要的意义。 需要指出的是，作为水质评价与预报，不但要考虑到污染物质在水体内因扩散、输移而引起的传播，也要对水体本身所具有的自净能力作出估计。这就是说，水体既有受污染的3环境流体力学 不利方面，又存在与此同时发生的因物理、化学、生物等因素而使污染物质逐渐衰减的有利（即自净作用或称同化作用）方面。只有把这两方面的作用综合起来，才能对水质作出正确的预测。按照一般的概念，环境水力学主要研究示踪物质(Tracer)
