环境质量评价的数学模型分析解析
数学建模人口模型
摘要 以2010年11月1日零时为标准时点，中国大陆31个省、自治区、直辖市和现役军人的人口共13.397亿。13亿是一个忧虑的数字。13亿人要吃饭、要穿衣、要上学、要就业、要住房……，消费的需求乘以13亿，就是一个庞大的数目，而我国的耕地、水资源、森林以及矿产资源本来就稀缺，再除以13亿，就少得可怜。平均每人耕地面积只有1.4亩，水资源只相当于世界人均水平的1/4…….、 中国是世界上人口最多的发展中国家，人口多，底子薄，人均耕地少，人均占有资源相对不足，是我国的基本国情，人口问题一直是制约中国经济发展的首要因素。当前中国的人口存在着最为明显的三大特点：（1）人口基数大，人口数量的控制难度仍很大。（2）人口整体素质不高，特别是县域及以下农村人口素质普遍偏低。（3）人口结构不合理，城乡差别、地区差别和人口素质差别很大。 人口数量、质量和年龄分布直接影响一个地区的经济发展、资源配置、社会保障、社会稳定和城市活力。在我国现代化进程中，必须实现人口与经济、社会、资源、环境协调发展和可持续发展，进一步控制人口数量，提高人口质量，改善人口结构。对此，单纯的人口数量控制（如已实施多年的计划生育）不能体现人口规划的科学性。政府部门需要更详细、更系统的人口分析技术，为人口发展策略的制定提供指导和依据。 我国是世界第一人口大国，地球上每九个人中就有二个中国人，在20世纪的一段时间内我国人口的增长速度过快，如下表： 有效地控制人口的增长，不仅是使我国全面进入小康社会、到21世纪中叶建成富强民主文明的社会主义国家的需要，而且对于全人类社会的美好理想来说，也是我们义不容辞的责任。 长期以来，对人口年龄结构的研究仅限于粗线条的定性分析，只能预测年龄结构分布的大致范围，无法用于分析年龄结构的具体形态。随着对人口规划精准度要求的提高，通过数学方法来定量计算各种人口指数的方法日益受到重视，这就是人口控制和预测。 我国人口问题已积重难返，对我国人口进行准确的预测是制定合理的社会经济发展规划
水环境质量评价方法分析
水环境质量评价方法分析 1 水环境质量评价 水环境质量评价就是通过一定的数理方法和其他手段，对水环境素质的优劣进行定量描述（或将量质变换为评语）的过程。水环境质量评价必须以监测资料为基础，经过数理统计得出统计量（特征数值）及环境的各种代表值，然后依据水环境质量评价方法及水环境质量分级分类标准进行环境质量评价。 2 水环境质量评价的作用及分类 水环境质量评价是进行环境管理的重要手段之一。通过水环境质量评价可以了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，制定综合防治措施与方案；可以了解和掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划；可以为制定国家或地方的环境标准、法规、条例细则等提供科学依据；可以进行环境质量的预断预报，编制新建、改建、扩建和挖潜、革新、改造等工程技术项目的环境影响报告书和防治方案，为选址、设计和生产布局提供科学依据，还可用以总结本地区的环保工作，鉴定防治措施的效果、写出年度环境质量报告书，进行不同地区间环境质量的比较，交流情报资料，进行全国环境质量统计，促进环保科研技术的发展以及是否以牺牲水环境质量和人民健康而换取经济发展高速度的损益分析等。 按不同的分类方法，大致上可将水环境质量评价分为以下几种类型：1）按照时间可分为回顾评价、现状评价和预断评价；2）按照区域类型可分为城市、区域或流域、景区等；3）按照环境的专业用途又可分为饮用水、灌溉水、渔业用水等质量评价。 3.水环境质量评价内容 3.1评价方法分析 1.单因子评价法 现行的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中明确规定：“地表水环境质量评价应根据应实现的水域功能类别，选取相应类别标准，进行单因子评价”。单因子评价法的实质是评价过程采用变权来处理评价因子，对污染最重因子赋以100%权重。因此，该方法未考虑水质评价全部因子的贡献，水质监测信息未充分利用。与其他方法相比，其水质评价结果是差的，表现为过保护。有时会由于过于严格的要求把水域使用功能评价得偏低各评价参数之间互不联系，不能全面反映水体污染的综合情况但该方法评价过程简单，无需复杂计算。 以金沙江流域铁路桥断面为例，按单因子方法，其评价等级为Ⅳ类，定级项目为石油类，但其他7项污染因子均好于Ⅰ类水质标准。再如新濉河大屈断面，按单因子方法，其评价等级为劣Ⅴ类，定级项目为氨氮，CODMn也超标(Ⅳ类)，BOD5、石油类、挥发酚、汞、铅这5个项目均好于Ⅰ类水质标准，DO好于Ⅱ类水质标准。按4种分级评分法评价，铁路桥断面均评价为Ⅰ类，大屈断面则评价为Ⅲ类(灰色关联)、Ⅴ类(模糊综合)、Ⅰ类(物元可拓)、Ⅱ类(标识指数)。比较各种方法评价结果，如果按单因子评价法，将这两个断面评价为Ⅳ类和劣Ⅴ类结果偏严。因此，当仅有1项指标污染较重时，分级评分法较为合适；当有2项以上指标污染较重时，物元分析法评价结果偏松，标识指数法和灰关联分析法 2.污染指数评价法 污染指数评价法是用水体各监测项目的监测结果与其评价标准之比作为该项目的污染分指数,然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合而得到该水体的污染指数，以此代表水体的污染程度。对分指数的处理不同，使水质评价污染指数存在着不同的形式，包括简单叠加指数、算术平均值指数、均方根指数、最大值指数、内梅罗指数等。 111简单叠加指数 选定若干评价参数, 将各参数的实际浓度Ci和其相应地评价标准浓度( Coi) 相比,求出各参
环境数学模型
冬季冰雪覆盖对高山湖泊中污染物浓度和通量的影响模型 摘要：最近的一些监测研究和根据环境变化模拟生态系统的远程动态响应模型，诸多涉及到高山湖泊。高山湖泊与类似纬度的低地湖泊相比，一个重要的区别是，在冬季被厚厚的冰雪所覆盖，导致可与大气隔离6个月或更长时间。冬季沉积在冰雪里的污染物，随着春季解冻进入水体中，这一过程具有很强的季节性。在水体中的污染物浓度，可通过水柱通量的沉积来测量。本文介绍了这些过程的数学模型。该模型中使用210铅作为示踪剂，结果表明冰雪融化后，污染物的浓度立即增强高达70％。虽然理论值往往比较保守，但是水柱通量模式显示了类似的实证结果。通过测量水柱通量与大气通量，估计每年沉降到集水区的210铅有 4-6％被输送到湖泊，且平均停留时间是500-750年。 关键词：大气污染物；高山湖泊；210铅；沉积物记录；放射性核素示踪剂 1引言 许多研究表明，湖泊沉淀物可以准确表征一系列物理、化学和生物的参数，这些参数可用来研究当地的生态环境历史。由于高山湖泊属敏感生态系统，且受环境变化影响大，因此在研究欧洲大气污染物和气候变化时，比较关注它。 尽管存在大量可靠的沉淀数据记录，但是这些沉淀数据记录和生态系统之间的关系还有待于研究。例如，湖的表面和集水区都有大气污染物的的沉积。假如用水柱中沉淀物数据记录来表征集水区-湖泊系统的话，那么集水运输过程将被忽略，但是这一过程却影响着放射性核素的沉降，例如210铅。 集水区-湖泊系统已经逐步建立了大气沉降和沉降通量之间的关系。该系统主要用于估计水柱和大气沉降中污染物的浓度。高山湖泊生态系统很复杂，但是基础物理参数却很有限，并且考虑其它简单模型也不现实。有学者利用这个模型，并根据一些经验值，测定210铅的大气沉降是个常数，从而估计水柱中210铅的年平均浓度和通量。然而，冬季水和大气被冰雪隔离，直到春季才接触，所以经验值可能受季节性的影响。本文介绍的模型既涉及集水运输过程，又考虑了季节性的影响。 2模型 集水-湖泊系统的基本要素如图1。系统可简化为湖泊和集水区两个主要要素。 长时间的径流、侵蚀过程，使土壤表面的沉积物随着集水运输到湖泊中。假定Φ(t)表示大气通量（单位面积的沉降率），集水区的总沉降率表示为A Φ(t),其 C 中A C是集水区的面积。ΨC(t)表示输送率，Q C表示集水区的存有量，由质量守恒得方程： 集水区存有量（近似）=面积ⅹ单位面积沉降率-输送率-衰减 上式中：λ为衰减率,ΨC(t)可用时间函数h（s）的单位变化量来表示,即 取s=t-τ,对于任意的大气通量有：
自动控制系统的数学模型
第二章自动控制系统的数学模型 教学目的： （1）建立动态模拟的概念，能编写系统的微分方程。 （2）掌握传递函数的概念及求法。 （3）通过本课学习掌握电路或系统动态结构图的求法，并能应用各环节的传递函数，求系统的动态结构图。 （4）通过本课学习掌握电路或自动控制系统动态结构图的求法，并对系统结构图进行变换。 （5）掌握信号流图的概念，会用梅逊公式求系统闭环传递函数。 （6）通过本次课学习，使学生加深对以前所学的知识的理解，培养学生分析问题的能力 教学要求： （1）正确理解数学模型的特点； （2）了解动态微分方程建立的一般步骤和方法； （3）牢固掌握传递函数的定义和性质，掌握典型环节及传递函数； （4）掌握系统结构图的建立、等效变换及其系统开环、闭环传递函数的求取，并对重要的传递函数如：控制输入下的闭环传递函数、扰动输入 下的闭环传递函数、误差传递函数，能够熟练的掌握； （5）掌握运用梅逊公式求闭环传递函数的方法； （6）掌握结构图和信号流图的定义和组成方法，熟练掌握等效变换代数法则，简化图形结构，掌握从其它不同形式的数学模型求取系统传递函 数的方法。 教学重点： 有源网络和无源网络微分方程的编写；有源网络和无源网络求传递函数；传递函数的概念及求法；由各环节的传递函数，求系统的动态结构图；由各环节的传递函数对系统的动态结构图进行变换；梅逊增益公式的应用。 教学难点：举典型例题说明微分方程建立的方法；求高阶系统响应；求复杂系统的动态结构图；对复杂系统的动态结构图进行变换；求第K条前向通道特记式 的余子式 。 k 教学方法：讲授 本章学时：10学时 主要内容： 2.0 引言 2.1 动态微分方程的建立 2.2 线性系统的传递函数 2.3 典型环节及其传递函数 2.4系统的结构图 2.5 信号流图及梅逊公式
06水环境质量现状及影响评价
6 水环境影响分析 6.1 地表水环境影响评价 污染源调查 本次地表水污染源调查主要对象为向沭河在厂址上游至沭河夏庄镇处境前河段内以及夏庄镇境内向马沟河排放废水的主要排污企业名称、废水排放量、主要污染物（CODcr 、NH 3-N ）排放量。 根据污染源调查，向沭河排放污水的主要企业有日照华泰纸业有限公司、莒县第一污水处理厂、山东晨曦石油化工有限公司等；向马沟河排水的企业有莒县鑫达食品有限公司、日照万华生物化工有限公司，其主要污染物年排放量见表6.1-1。 表6.1-1 评价范围内重点污染源废水排放情况 评价方法 采用等标污染负荷法进行评价，计算公式如下： ①6010?= i ij ij C Q P 式中：P i —j 污染源i 污染物的等标污染负荷，m 3/a ； Q i —j 污染源i 污染物的排放量，t/a ； C 0i —j 污染源i 污染物的评价标准浓度，mg/l ； i ＝1，2…n ；j ＝1，2…m ； ②i 污染物的等标污染负荷：∑==m j ij i P P 1 ③j 污染源的等标污染负荷：∑==n i ij j P P 1 ④评价流域的等标污染负荷：∑∑====n i i m j j P P P 1 1
⑤i 污染物的等标污染负荷比：%100?=P P K i i ⑥j 污染源的等标污染负荷比：%100?= P P K j j 评价标准 废水污染源评价标准采用《山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准》（DB37/599-2006）中的一般保护区区域标准，标准限值见表6.1-2。 表6.1-2 废水污染源评价标准 单位：mg/L 具体评价结果见6.1-3。 表6.1-3（a ）向沭河排水污染源评价结果 由评价结果可见，日照华泰纸业有限公司污染负荷80.220%，排第一位，其次为莒县第一污水处理厂，污染负荷19.771%； COD 为主要污染物，其等标污染负荷比为84.26%，其次为SS ，其等标污染负荷比为15.74%。 表6.1-3（b ）向马沟河排水污染源评价结果 由评价结果可见，目前向马沟河排水的企业莒县鑫达食品有限公司污染负荷62.22%，排第一位，其次为日照万华生物化工有限公司，污染负荷37.78%；COD
环境系统数学模型复习进程
环境系统数学模型
环境系统数学模型 引自文献《环境评价》 1环境系统简化图： 图中，系统A的状态参数（变量）以节点x表示（例如污染物浓度），影响状态变量变化的系数以支叉α表示（例如水体弥散系数或化学动力学的速率常数等），这里，假设系统只有单一输入的扰动u和单一输出的结果y；真实的环境系统结构远较图中复杂。为简化问题，我们将环境系统简化成如上图所示。2模型建立的目的 建立数学模型的目的，从理论上说是帮助人们理解环境系统的复杂的行为，并且对系统过去发生的行为进行解释；运用模型预测环境影响，则是以环境系统过去行为的规律来推断未来。 3灰箱模型建立 ·适用范围：当人们对所研究的环境要素或过程已有一定程度的了解但是又不完全清楚，或对其中一部分比较了解而对其他部分不甚清楚时，可以应用该模型。此模型多用于预测开发性对环境的物理、化学和生物过程为主的影响。在灰箱模型中，状态变量和输出常常是随时间变化的。
·不失一般性，可以将（3.1）代表环境系统输出变量的动态过程，（3.2）代表离散地采集的系统状态及其输出的观察结果，在稳态下的输出结果以（3.3）表示。如下： (){}(),,;y t f x u t t αξ∨ =+ （3.1） (){}(),;k k k y t h x t t αη=+ （3.2） {},,y g x u α= （3.3） 式中 x ——状态变量的向量（如在一定体积水体中污染物的浓度）； u ——实测的对系统产生扰动的输入向量（如降雨量、排入水系的各种污染物等）； α——模型系数向量（如弥散系数、有机物降解系数）； ξ——状态变量、是动态随机变化的向量（系统的噪声，一般是不能确定性地观测到的）； η——输出的观测误差向量（即测量噪声）； t ——时间历程； k t ——第k 次观测的时间； y ∨ ——表示随着时间t 变化的输出向量y 4 灰箱模型的灵敏度分析 输出变量对模型的灵敏度系数'y s 定义为 'y y s α ?=? （4.1） 'y y s s y α = （4.2） 式中 α——模型的系数值
地表水环境质量评价办法(试行)
附件： 地表水环境质量评价办法 （试 行） 二○一一年三月 —3—
目 录 一、基本规定 (6) （一）评价指标 (6) 1.水质评价指标 (6) 2.营养状态评价指标 (6) （二）数据统计 (6) 1.周、旬、月评价 (6) 2.季度评价 (6) 3.年度评价 (6) 二、评价方法 (7) （一）河流水质评价方法 (7) 1.断面水质评价 (7) 2.河流、流域（水系）水质评价 (7) 3.主要污染指标的确定 (8) （二）湖泊、水库评价方法 (9) 1.水质评价 (9) 2.营养状态评价 (10) （三）全国及区域水质评价 (11) 三、水质变化趋势分析方法 (12) （一）基本要求 (12) （二）不同时段定量比较 (12) —4—
（三）水质变化趋势分析 (13) 1.不同时段水质变化趋势评价 (13) 2.多时段的变化趋势评价 (14) 附录一：污染变化趋势的定量分析方法 (15) 附录二：术语和定义 (17) —5—
为客观反映地表水环境质量状况及其变化趋势，依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和有关技术规范，制定本办法。本办法主要用于评价全国地表水环境质量状况，地表水环境功能区达标评价按功能区划分的有关要求进行。 一、基本规定 （一）评价指标 1.水质评价指标 地表水水质评价指标为：《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标。水温、总氮、粪大肠菌群作为参考指标单独评价（河流总氮除外）。 2.营养状态评价指标 湖泊、水库营养状态评价指标为：叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）和高锰酸盐指数（COD Mn）共5项。 （二）数据统计 1.周、旬、月评价 可采用一次监测数据评价；有多次监测数据时，应采用多次监测结果的算术平均值进行评价。 2.季度评价 一般应采用2次以上（含2次）监测数据的算术平均值进行评价。 3.年度评价 国控断面（点位）每月监测一次，全国地表水环境质量年度评—6—
环境系统数学模型
环境系统数学模型引自文献《环境评价》1环境系统简化图: 图中，系统A的状态参数（变量）以节点x表示（例如污染物浓度），影响状态变量变化的系数以支叉a表示（例如水体弥散系数或化学动力学的速率常数等）这里，假设系统只有单一输入的扰动u和单一输出的结果y;真实的环境系统结构远较图中复杂。为简化问题，我们将环境系统简化成如上图所示。 2模型建立的目的 建立数学模型的目的，从理论上说是帮助人们理解环境系统的复杂的行为，并且对系统过去发生的行为进行解释；运用模型预测环境影响，则是以环境系统过去行为的规律来推断未来。 3灰箱模型建立 ?适用范围：当人们对所研究的环境要素或过程已有一定程度的了解但是又不完全清楚，或对其中一部分比较了解而对其他部分不甚清楚时，可以应用该模型。此模型多用于预测开发性对环境的物理、化学和生物过程为主的影响。在灰箱模型中，状态变量和输出常常是随时间变化的。 ?不失一般性，可以将（3.1）代表环境系统输出变量的动态过程，（3.2）代表离散地采集的系统状态及其输出的观察结果，在稳态下的输出结果以（3.3）表示。如下： y t = f ,x ,u 打t t （3.1） y t k 二h「x, ：；t" t k （3.2） y = g ：x,u,二（3.3） 式中x——状态变量的向量（如在一定体积水体中污染物的浓度）； u――实测的对系统产生扰动的输入向量（如降雨量、排入水系的各种污染物等）; G ――模型系数向量（如弥散系数、有机物降解系数）； ――状态变量、是动态随机变化的向量（系统的噪声，一般是不能确 定性地观测到的）； ――输出的观测误差向量（即测量噪声）； t ――时间历程；
第二章 动态数学模型
第二章控制系统的数学模型 控制系统的数学模型 本章主要内容： 引言 微分方程模型 传递函数模型 脉冲响应模型 方框图模型 信号流图模型 频域特性模型 数学模型的实验测定方法（辨识） 2.0 引言 主要解决的问题： 什么是数学模型 为什么要建立系统的数学模型 对系统数学模型的基本要求 2.0.1 什么是数学模型 控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式或图形表达式或数字表达式。 亦：描述能系统性能的数学表达式（或数字、图像表达式） 控制系统的数学模型按系统运动特性分为：静态模型
动态模型 静态模型：在稳态时（系统达到一平衡状态）描述系统各变量间关系的数学模型。 动态模型：在动态过程中描述系统各变量间关系的数学模型。 关系：静态模型是t时系统的动态模型。 控制系统的数学模型可以有多种形式，建立系统数学模型的方法可以不同，不同的模型形式适用于不同的分析方法。 2.0.2 为什么要建立控制系统的数学模型 控制系统的数学模型是由具体的物理问题、工程问题从定性的认识上升到定量的精确认识的关键！（这一点非常重要，数学的意义就在于此） 一方面，数学自身的理论是严密精确和较完善的，在工程问题的分析和设计中总是希望借助于这些成熟的理论。事实上凡是与数学关系密切的学科发展也是快的，因为它有严谨和完整的理论支持；另一方面，数学本身也只有给它提供实际应用的场合，它才具有生命力。“1”本身是没有意义的，只有给它赋予了单位（物理单位）才有意义。 建立系统数学模型的方法很多，主要有两类： 机理建模白箱实验建模（数据建模）黑箱或灰箱 系统辨识 2.0.3 对系统数学模型的基本要求 亦：什么样的数学表达式能用于一个工程系统的描述。 理论上，没有一个数学表达式能够准确（绝对准确）地描述一个系统，因为，理论上任何一个系统都是非线性的、时变的和分布参数的，都存在随机因素，系统越复杂，情况也越复杂。 而实际工程中，为了简化问题，常常对一些对系统运动过程影响不大的因素忽略，抓住主要问题进行建模，进行定量分析，也就是说建立系统的数学模型应该在模型的准确度和复杂度上进行折中的考虑。因此在具体的系统建模时往往考虑以下因素：
水环境质量评价
河南科技大学教案首页 课程名称环境监测与评价计划学时 2 授课章节第18课水环境评价 教学目的和要求： 掌握水环境评价相关概念，掌握水环境相关标准、方法。 教学基本内容： （1）水环境质量现状评价 （2）水环境质量预测评价 教学重点和难点： 水环境评价相关公式的运用 授课方式、方法和手段： 课堂讲授、提问等方法相结合 作业与思考题： 如何开展水环境质量现状评价？ 如何开展水环境预测评价？ 说明：1．教案首页中各栏目内上下尺寸可自行调整。 2．教案首页后续页用河南科技大学教案专用纸书写，或使用A4纸打印。
第十八课 水环境质量评价 一、水环境质量现状评价 A 、水环境的定义及水体组成 1．水环境：河流、湖泊、海洋、地下水等各种水体的总称。 2．水体组成：水、底质和水生物3部分组成。 B 、水体污染的形成 污染物——水体——运动——水体污染 C 、地面水质量评价 方法：水环境指数法、生物学评价方法、概率统计方法等 （一）一般水环境指数 1．内梅罗水环境指数 参数：温度、颜色、透明度、pH 、大肠杆菌数、总溶解固体、悬浮固体、总氮、碱度、氯、铁和锰、硫酸盐、溶解氧。 将水的用途划分为3类：（1）人类接触使用的：饮用水、游泳、制造饮料 （2）间接接触使用的：养鱼、工业食品制造、农业用； （3）不接触使用的：工业冷却水、公共娱乐及航运。 根据以上用途，建立了分指数： ()[]{}2/1222/)/(/最大平均j i i ij i j L C L C PI += PIj ——j 类水用途指数；Ci ——i 污染物的实测浓度；Lij ——i 污染物对应j 类水用途的标准。 当Ci/Lij<=1.0时，取实测值； 当Ci/Lij>1.0时，取Ci/Lij=1.0+Plg(Ci/Lij) P 常数，一般为5。 要确定一个区域的PI 就必须先确定各类用途水的重要值（Wj ），并且ΣWj ＝1, PI=Σ(WjPIj) 2．北京西郊水质量系数 P ＝ΣCi/Si 将水分成了7级（P102） 3．南京水域质量综合指标（P102） I ＝1/nΣWiPi Pi=CiSi ΣWi ＝1,
常用水环境质量评价方法分析与比较
常用水环境质量评价方法分析与比较 常用水在我们生活当中起着重要作用。在使用常用水前，必须对其进行深入研究，确保其质量合格，安全使用。因此，本文主要是对常用水环境质量评价方法进行了详细分析，主要包括指数评价法、模糊评价法、人工神经网络评价法以及灰色系统理论评价法，对常用水环境质量评价中使用的各方法进行分析比较具有很强的现实意义。 标签：常用水；环境质量；评价方法 水环境质量是确保我们对水资源可持续利用的基础，因此对水环境质量进行准确评价十分重要。而要对水环境质量进行准确评价，就得依靠科学的评价方法。国内外在水质评价方面的研究成果较多，总体来说，国外研究侧重介质、多参数水质数据分析；我国水质评价方法也比较多，但在理论层次上并没有取得重点突破，只是集中于对常用水环境质量评价指数处理。 常用水的环境质量评价的可靠性主要依托监测数据和评价方法来实现。近年来，国内外常用水环境质量评价方法也比较多，但国内暂时没有形成统一的评价标准。常用水环境质量评价方法一般可划分为单项评价法和多项综合评价法，其主要根据相关标准或者规范要求采用指标法进行评价，由于采用单指标法进行评价相对比较局限，因此实际操作过程也相对简单；综合评价要综合考虑水体中所含污染物的多少，通过分析，从而确定常用水水质的综合等级。目前常用水环境质量的评价方法大致分为以下几类。 1.指数评价法 （1）单因子污染指数法。单因子污染指数法的计算基本原理是将物体污染物的监测浓度和我们现有的相关国家标准或者规范进行对比，最终通过比较结果得出水质的类型。现行国家水质标准将每个水质监测参数与《国家地表水环境质量标准》（GB3838—2002）进行比较，最后以水质最差的单项指标所属类别确定为该水体综合水质类别。单因子污染指数只能反映一种污染物对常用水水质污染的程度，但水质的整体污染程度不能准确反映出来。 （2）水质综合污染指数法。水质综合污染指数法是指在分析常用水环境质量单一因子污染指数的基础上，通过数学法则得到常用水环境质量的综合污染指数，据此对水质进行详细分类。《环境影响评价技术导则地面水环境》（HJ/T2.3—93）一般推荐方法包括幂指数法、加权平均法、向量模法等。 2.模糊评价法 由于常用水环境质量存在着很多不确定性，常用水各级别划分、标准的确定也具有模糊性，因此，模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。模糊评价法的基本原理就是采用已知的常用水水环境监测数据建立模型，建立一个隶属度矩
水环境质量评价方法的比较分析_薛巧英
收稿日期:2003-11-19 作者简介:薛巧英(1962-),女,山西省万荣县人,副教授. ·环境评价· 水环境质量评价方法的比较分析 Comparison and Analysis of The Methods on Water Environ ment Quality Assessment 薛巧英 (山西工程职业技术学院冶金与环境工程系 太原 030009) 摘要 综述了水环境质量评价的发展及目前常用的各种水环境质量评价方法,对目前水环境质量评价中的不同方法进行了比较分析,针对各种评价方法的优点和不足做出评述。指出水环境评价方法的发展趋势是与计算机技术的有机结合,随着计算机技术的发展而不断深化。 关键词 水环境 环境质量评价 评价方法 Abstract This paper has discussed the present situatio n and the progress on wa ter environment quality assessment .T he dif -ferent methods were co mpared and analyzed ,as well as their advantag es and disadvantages were discussed about water environment quality assessment .Showing compound w ith computer technolog y is the developing tend of assessment method . Keywords Water Environment Environm ental Quality Assess ment Methods of Assessment 水,作为人类所需的不可替代的一种资源,是社会发展和经济发展重要的物质基础,是人民生活的重要保障,是社会可持续发展的重要支持之一。随着我国经济的飞速发展,城镇建设和工业生产不断扩大,用水量剧增,污水排放量也急剧增加。许多水体遭到工业污水、生活污水的污染,水污染成为我国最严重的环境问题。全国监测的1200多条河流有850条受到不同程度的污染,并且有不断加重的趋势。七大水系中,2/3以上的监测段面不能满足Ⅲ类水质(适合做饮用水水源)的要求,尤其海河和辽河流域污染最为严重。黄河水系总体水质较差,干流水质以Ⅲ～V 类水体为主,支流水体污染普遍严重。七大水系污染程度由重到轻依次为:海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠江、长江 〔1,2〕 。 1 水环境质量评价 水环境质量评价是对某一水环境区域进行环境要素分析,对其做出定量评述。通过环境质量评价,弄清区域环境质量变化发展的规律,为区域环 境系统的污染控制规划及制定区域环境系统工程方案提供依据,只有在环境质量评价的基础上才能进一步搞好环境区划和环境规划工作。所以区域环境质量评价是区域环境污染综合防治的基础,是改善区域水环境质量目前迫切需要解决的问题。 对水环境进行质量评价及预测研究,为水环境管理决策提供科学依据,是水环境质量评价的目的。长期以来,环境质量评价一直是环保部门及学者关心的课题,在国外于60年代中期开始出现,70年代蓬勃发展。美国是世界上第一个把环境评价以法律形式肯定的国家。纵观环境评价的发展,有由单目标向多目标,由单环境要素向多环境要素,由单纯的自然环境系统向自然环境与社会环境的综合系统,由静态分析向动态分析发展的趋势〔4〕。 环境质量评价在我国的开展也有30年左右的历史,经过多年的发展,在评价理论、评价方法等方面均有了较大的进展。近年来,随着计算机技术的发展,各种数学方法的应用,使得环境质量评价更加规范化,评价的整体水平得到不断提高。
控制系统的数学模型[]
第二章控制系统的数学模型 2-1 什么是系统的数学模型？大致可以分为哪些类型？ 答定量地表达系统各变量之间关系的表达式，称工矿企业数学模型。从不同的角度，可以对 数学模型进行大致的分类，例如：用来描述各变量间动态关系的数学模型为动态模型，用来描述各变量间稳态关系有数学模型为静态模型；数学模型中各变量与几何位置无关的称为集中参数模型，反之与几 何位置有关的称为分布参数模型；变量间关系表现为线性的称为线性模型，反之非线性模型；模型参数与时间有关的称为时变模型，与时间无关的称为时不变或定常模型；以系统的输入、输出变量这种外部特征来描述系统特性的数学模型称为输入输出模型，而以系统内部状态变量描述的数学模型称为状态空 间模型；等等。 2-2 系统数学模型的获取有哪几种方法？ 答获取系统数学模型的方法主要有机理分析法和实验测试法。 机理分析法是通过对系统内部机理的分析，根据一些基本的物理或化学变化的规律而导出支配系统运动规律的数学模型，这样得到的模型称为机理模型。 实验测试法是通过对实际系统的实验测试，然后根据测试数据，经过一定的数据处理而获得系统的数学 模型，这样得到的模型可称为实测模型或经验模型。 如果将上述两种方法结合起来，即通过机理分析的方法预先得到数学模型的结构或函数形式，然后对其 中的某些参数用实验辨识的方法来确定，这样得到的数学模型可称为混合模型。这是介于 上述两种方法之间的一种比较切合实际的应用较为普遍的方法。 2-3 通过机理分析法建立对象微分方程数学模型的主要步骤有哪些？ 答主要步骤有： ⑴根据系统的控制方案和对象的特性，确定对象的输入变量和输出变量。一般来说，对象的输出变量为系统的被控变量，输入变量为作用于对象的操纵变量或干扰变量。 ⑵根据对象的工艺机理，进行合理的假设和简化，突出主要因素，忽略次要 因素。⑶根据对象的工艺机理，从基本的物理、化学等定律出了，列写描述 对象运动规律的原始微分 方程式（或方程式组）。 ⑷消去中间变量，推导出描述对象输入变量与输出变量之间关系的方程式。 ⑸根据要求，对上述方程式进行增量化、线性化和无因次化的处理，最后得 出无因次的、能够 描述对象输入变量与输出变量的增量之间关系的线性微分方程式（对于严重非线性的对象，可进行分段 线性化处理或直接导出非线性微分方程式）。 2-4 试述传递函数的定义。如何由描述对象动态特性的微分方程式得到相应的传递函数？并写出传递函数的一般形式。 答对于线性定常系统、对象或环节的传递函数的定义可以表述为：当初始条 件为零时，系统、对象或环节输出变量的拉氏变换式与输入变量的拉氏变换式之比。 如果已知系统、对象或环节的动态数学模型用下述线性常系数微分方程式来描述： 式中y为输出变量，x为输入变量，表示y(t) 的n阶导数，表示x(t)
异步电动机动态数学模型的建模与仿真
概述 (1) 1课程设计任务与要求 (2) 2异步电动机动态数学模型 (3) 2.1三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (4) 2.2 坐标变换 (6) 2.2.1坐标变换的基本思路 (6) 2.2.2三相-两相变换（3/2变换） (6) 2.2.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） (8) 2.3状态方程 (9) 3模型实现 (11) 3.1AC Motor模块 (11) 3.2坐标变换模块 (12) 3.3仿真原理图 (15) 4仿真结果及分析 (17) 5结论 (20) 参考文献 (21)
异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。 异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高。但它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。因此，在需要高动态性能的调速系统或伺服系统，异步电动机就不能完全适应了。要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。 系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。 近年来逐渐被大家认识的Matlab软件则很好的解决了系统建模和仿真的问题。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。本次设计就是借助于Matlab软件的Simulink组件来建立异步电动机的动态数学模型，再按照定子磁链定向的方法来仿真分析异步电动机的运行特性。
4地表水环境现状评价
5.4 地表水环境现状评价 5.4.1现状水质监测与评价 本项目所在地为绥芬河水系，线位桥梁跨越水体为罗圈沟、大肚川河、杨家堂子沟、蔡克义南沟、大蛤蟆沟、新城子沟、地印子村小河、绥芬河和北河沿小河，主线约有 1.6km 伴行九佛沟水库（县级农用灌溉蓄水水库）。 （1）监测断面为了解项目沿线地表水体的水质现状，结合项目地表水评价范围内地表水体分布特点，本次评价在不同路段 3 处跨越水体和伴行九佛沟水库布设监测点。见表5-4-1 。 表 5-4-1 水质监测位置 监测要求 ①采样频率：监测连续 3 天，每天取样 1 次。 ②监测项目：pH、COD、BOD5、氨氮、SS、石油类。 ③监测点位：桥梁跨河和与水库伴行最近处。 ④监测方法：参照《环境监测分析方法》的有关规定进行。 ⑤对异常或超标严重数据要说明原因。 （3）监测分析方法 采样及分析方法按照《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的要求进行。 具体的监测分析方法见表5-4-2。 表 5-4-2 水环境质量监测项目分析方法
（4）地表水水质现状评价方法 采用单项标准指数法评价，其数学模式如下： 一般污染物： S ij Cij （式 5-3-1） C is S ij —— i 污染物在监测点的 j 的标准指数； C ij —— i 污染物在监测点 j 的浓度值（ mg/L ）； C is —— i 污染物的水环境质量标准值（ mg/L ）。 7.0 pH j 7.0 pH sd pH j 7.0 pH su 7.0 式中： pH j ——监测点 j 的pH 值； pH sd ——水质标准 pH 下限值； pH su ——水质标准 pH 的上限值。 水质参数的标准指数 S ij >1 时，表明该水质参数超过了规定的水质标准， 已 经不能满足使用要求， S ij ≤1时满足。 5.4.2 现状监测结果及其评价 地表水监测结果及评价结果见表 5-4-3。引用东宁市环境保护局委托黑龙江 科瑞环境检测有限公司检测报告结果见表 5-4-4。 表 5-4-3 地表水现状监测及评价结果单位： mg/L ，pH 无量纲 式中： S pH ,k pH ： S pH , j pH j 7.0 （式 5-3-2） pH j 7.0
地表水环境质量监测的评价与处理
地表水环境质量监测的评价与处理 地表水的环境质量监测不仅对我国的环保事业具有十分重要的意义，还对我国社会及经济的可持续性发展具有深远的影响，因此，加强我国地表水环境质量监测工作相当有必要。因此，文章重点就地表水环境质量监控方法、评价及其处理对策进行研究，以便为我国地表水环境质量监测工作的进一步完善提供指导和借鉴。 标签：地表水；环境质量监测；评价；处理对策 水是地球最为重要的物质之一，也是生物体中无法或缺的重要组成部分之一，其支撑着一切生命的生存，并推动了生命的演化以及人类的经济、社会及文化活动的发展。地球上的水环境始终处于一个动态循环平衡中，因而也是环境基本构成要素之一，为人类社会的生存提供了重要的场所，也是受人类破坏最为严重的领域之一，目前，地表水环境污染已经成为全球环境污染问题中最重要的一个部分。如今，地表水污染不仅影响到了各国经济及社会的发展，还威胁到了人类的饮用，因此，加强地表水环境质量的监测力度刻不容缓。 1 地表水环境质量监测方法 对于地表水环境质量监测而言，可根据监测类型将其分为如下三大类： 1.1 常规性监测 此类应以《地表水环境质量标准》中所规定的分析方法来进行，也可以参考经验证后其他国家的先进方法。 1.2 自动化监测 此监测法需执行我国环保部、欧盟认证以及美国EPA认可的有关仪器分析法，并以我国环保部所批准有关技术规范为依据来进行。 1.3 应急监测 对于已被认可标准方法的有关项目应采用标准方法。若无标准方法的有关项目可使用等效方法来进行分析。但应注意的是我国目前各监测站在地表水环境方面的监测能力仍参差不齐，尤其对于有机污染物方面的监测能力仍相对较为缺失。 2 地表水环境质量监测的评价 地表水环境质量监测的评价主要建立在污染物扩散规律、环境质量对人体健康的影响、环境监测技术等一系列分析及研究基础之上。
环境系统数学模型Word版
环境系统数学模型 引自 文献《环境评价》 1 环境系统简化图： 图中，系统A 的状态参数（变量）以节点x 表示（例如污染物浓度），影响状态变量变化的系数以支叉α表示（例如水体弥散系数或化学动力学的速率常数等），这里，假设系统只有单一输入的扰动u 和单一输出的结果y ；真实的环境系统结构远较图中复杂。为简化问题，我们将环境系统简化成如上图所示。 2 模型建立的目的 建立数学模型的目的，从理论上说是帮助人们理解环境系统的复杂的行为，并且对系统过去发生的行为进行解释；运用模型预测环境影响，则是以环境系统过去行为的规律来推断未来。 3 灰箱模型建立 ·适用范围：当人们对所研究的环境要素或过程已有一定程度的了解但是又不完全清楚，或对其中一部分比较了解而对其他部分不甚清楚时，可以应用该模型。此模型多用于预测开发性对环境的物理、化学和生物过程为主的影响。在灰箱模型中，状态变量和输出常常是随时间变化的。 ·不失一般性，可以将（3.1）代表环境系统输出变量的动态过程，（3.2）代表离散地采集的系统状态及其输出的观察结果，在稳态下的输出结果以（3.3）表示。如下： (){}(),,;y t f x u t t αξ∨ =+ （3.1） (){}(),;k k k y t h x t t αη=+ （3.2） {},,y g x u α= （3.3） 式中 x ——状态变量的向量（如在一定体积水体中污染物的浓度）； u ——实测的对系统产生扰动的输入向量（如降雨量、排入水系的各种污染物等）； α——模型系数向量（如弥散系数、有机物降解系数）； ξ——状态变量、是动态随机变化的向量（系统的噪声，一般是不能确定性地观测到的）；
第04章-水环境质量评价习题
第四章水环境质量评价习题 一、判断题 1.地面水水体的概念不仅包括水，而且包括水中的悬浮物、底泥和水生生物。 2.在河流的托马斯修正模型中增加了藻类生物的光合作用和呼吸作用对水中溶解氧的影响修正。 3.环境污染后，后导致被污染水体生物种群内总的生物种类下降，而耐污型种类的个体数增加。 4.S-P模型用于描述一维稳态河流中的BOD- DO 的变化规律，它综合考虑了污染物的迁移、扩 散和降解等多种运动模式。 5.S-P模型用于描述湖泊水库中的BOD- DO的变化规律的数学模型。 二、问答题 1.常见的水环境质量指数有哪些？ 2.污染物排入水体后，水体污染恶化过程包括那几个过程？ 3.简述污染物在环境介质中的运动变化 4.试列出一维河流的水质模型方程及河流处于静态时方程的解。 5.何谓湖泊（水库）的分层的箱式模型？ 6.何谓湖泊（水库）的“翻池”现象？ 7.湖泊环境质量现状评价包括那些内容？ 8.简要说明水环境现状调查内容和调查时间要求。 9.如何确定水环境影响的等级？ 10.说明污染物在水体自净机理？ 11.水环境影响评价的主要任务有那些内容？ 三、计算题 1.有一条比较浅而窄的河流，有一段长5km的河段，稳定排放含酚废水Q h=0.10m3/s，含酚浓度为 C h=5mg,/L，上游河水流量为Q p=9m3/s，河水含酚浓度为C p=0，河流的平均流速为v=40km/d， 酚的衰减速率系数为k=2 d-1，求河段出口处的含酚浓度为多少？ 2.有一条河段长7.5km，河段起点BOD5的浓度为7mg/L，河段末端BOD5的浓度为5mg/L，河水
平均流速为15km/d ，求该河段的自净系数k 1为多少？ 3. 一河段的K 断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污水，其污水特征为：Q E =19440m 3/d ， BOD 5（E ）=81.4mg/l ，河水Q P =6.0m 3/s ，BOD 5（P ）=6.16mg/l ，u=0.1m/s ，K 1=0.5/d 。 ①如果忽略污染物质在混合段内的降解和沿程河流水量的变化，在距完全混合断面10km 的下游某段处，河流中BOD 5浓度是多少？ ②如果COD Cr （E ）=100 mg/l ，COD Cr （P ）=12 mg/l ，K C =0.3/d ，其它数据同上，计算COD Cr 浓度。 4. 已知某一个工厂的排污断面上为30mg/L ，DO 为7mg/L ，受纳废水的河流平均流速为20km.d -1， 河水的k 1=0.75 d ，k 2=1.15 d -1，试求： （1）距离为5km 处的BOD 5和DO 的浓度。 （2）若沿途没有其他的污染源排污，何处河水BOD 5恢复到地表Ⅲ类水标准？（地表Ⅲ类水质中BOD 5=4mg/L 、氧气的饱和溶解度Ds ＝10 mg/L ） 5. 在忽略污染物的降解，污水在河岸边排入河流，河流二为均匀流场的稳定态方程的解为： ?? ???????????? ??--+???? ??-=x D u y B x D u y u x D uh Q y x C y y y 4)2(ex p 4ex p /42),(22π ①若某断面上河对岸浓度达到同一断面最大浓度的5％，定义为污染物到达对岸，求解此段这一距离L b 。 ②若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5％，可认为污染物均匀混合。地段面与由排放点的距离称为完全混合距离Lm,求解Lm 。