環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第4講

1、2005-8-31主講主講: 李明俊李明俊 教授教授2006.5.8南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.第二章第二章 環(huán)境問題的模型化環(huán)境問題的模型化 一、模型與模擬一、模型與模擬 1、模型、模型 對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的描述且是一種抽象。對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的描述且是一種抽象。 形象模型（放大、縮?。┬蜗竽Ｐ停ǚ糯?、縮小） 模型模型 抽象模型（符號(hào)、圖表）抽象模型（符號(hào)、圖表）南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 模擬模型模擬模型（如電路如電路 系統(tǒng)模擬力學(xué)系統(tǒng)等系統(tǒng)模擬力學(xué)系統(tǒng)等）抽象模型抽象模型（符號(hào)、圖表符號(hào)、圖

2、表） 概念模型概念模型（質(zhì)點(diǎn)、理質(zhì)點(diǎn)、理 想氣體、原子結(jié)構(gòu)想氣體、原子結(jié)構(gòu)） 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型（用數(shù)學(xué)語用數(shù)學(xué)語 言表達(dá)言表達(dá)）2、模擬、模擬 模型建立后，在人為控制的條件下，通模型建立后，在人為控制的條件下，通過改變特定參數(shù)來觀察分析模型的響應(yīng)，預(yù)過改變特定參數(shù)來觀察分析模型的響應(yīng)，預(yù)測(cè)真實(shí)環(huán)境條件下實(shí)際系統(tǒng)的行為，這一過測(cè)真實(shí)環(huán)境條件下實(shí)際系統(tǒng)的行為，這一過程稱為模擬。程稱為模擬。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n主要采用計(jì)算機(jī)模擬，分為兩大類。主要采用計(jì)算機(jī)模擬，分為兩大類。n 連續(xù)模擬（連續(xù)模擬（用狀態(tài)連續(xù)變化的模型用狀態(tài)連續(xù)變化的

3、模型） n模擬模擬n 離散模擬（離散模擬（用狀態(tài)不連續(xù)變化的模型，用狀態(tài)不連續(xù)變化的模型，n 或?qū)⑦B續(xù)模型離散化后進(jìn)行離散模擬或?qū)⑦B續(xù)模型離散化后進(jìn)行離散模擬）n 河流水質(zhì)模型可描述狀態(tài)的連續(xù)變化，河流水質(zhì)模型可描述狀態(tài)的連續(xù)變化，但由于監(jiān)測(cè)的不連續(xù)性常將問題離散化，進(jìn)但由于監(jiān)測(cè)的不連續(xù)性常將問題離散化，進(jìn)行離散模擬。行離散模擬。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.3 3、數(shù)學(xué)模型概述（著重于系統(tǒng)問題的數(shù)學(xué)模、數(shù)學(xué)模型概述（著重于系統(tǒng)問題的數(shù)學(xué)模型）型）n定義：應(yīng)用數(shù)學(xué)語言和方法來描述環(huán)境污定義：應(yīng)用數(shù)學(xué)語言和方法來描述環(huán)境污染過程中的物理，化

4、學(xué)，生物化學(xué)，生物染過程中的物理，化學(xué)，生物化學(xué)，生物生態(tài)以及社會(huì)等方面的內(nèi)在規(guī)律和相互關(guān)生態(tài)以及社會(huì)等方面的內(nèi)在規(guī)律和相互關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。系的數(shù)學(xué)方程。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n建立過程建立過程: 它是建立在對(duì)環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的觀它是建立在對(duì)環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的觀察研究，通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)取得了察研究，通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)取得了大量的大量的有關(guān)信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)所研究的有關(guān)信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)所研究的系統(tǒng)行為系統(tǒng)行為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)、過程本質(zhì)過程本質(zhì)和和變化規(guī)律變化規(guī)律有了較深刻認(rèn)識(shí)有了較深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過簡(jiǎn)化和數(shù)學(xué)演繹而得出的一的基礎(chǔ)上，

5、經(jīng)過簡(jiǎn)化和數(shù)學(xué)演繹而得出的一些數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系，這些表達(dá)關(guān)系描述了環(huán)境些數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系，這些表達(dá)關(guān)系描述了環(huán)境系統(tǒng)中各變量及其參數(shù)間的關(guān)系系統(tǒng)中各變量及其參數(shù)間的關(guān)系。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 應(yīng)用應(yīng)用在環(huán)境問題中的應(yīng)用分三類：在環(huán)境問題中的應(yīng)用分三類： A A、環(huán)境規(guī)劃和管理中的應(yīng)用環(huán)境規(guī)劃和管理中的應(yīng)用如：制定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。如：制定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。 確定減少排放污染物的數(shù)量。確定減少排放污染物的數(shù)量。 對(duì)不同治理方案的經(jīng)濟(jì)性，有效性的分析。對(duì)不同治理方案的經(jīng)濟(jì)性，有效性的分析。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航

6、空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.B B、環(huán)境影響評(píng)價(jià)和環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用環(huán)境影響評(píng)價(jià)和環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 如：新、改擴(kuò)工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)（污染因如：新、改擴(kuò)工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)（污染因子識(shí)別，污染程度預(yù)測(cè)模式等）。子識(shí)別，污染程度預(yù)測(cè)模式等）。 對(duì)城市結(jié)構(gòu)變化、人口增長、污染物對(duì)城市結(jié)構(gòu)變化、人口增長、污染物增長、能源結(jié)構(gòu)改變和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等造成環(huán)增長、能源結(jié)構(gòu)改變和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等造成環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。境質(zhì)量變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.C C、污染物治理和給水、排水、水資源利用等污染物治理和給水、排水、水資源利用

7、等方面應(yīng)用方面應(yīng)用 如：城市污水處理流程優(yōu)化、污染治理最佳如：城市污水處理流程優(yōu)化、污染治理最佳運(yùn)行控制、給排水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化、多目標(biāo)運(yùn)行控制、給排水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化、多目標(biāo)水資源開發(fā)等。水資源開發(fā)等。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n系統(tǒng)模型化的基本理論（系統(tǒng)模型化的基本理論（4 4種）種）a a“黑箱黑箱”理論理論 對(duì)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為不清楚，通對(duì)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為不清楚，通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法得到系統(tǒng)輸入過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法得到系統(tǒng)輸入輸出輸出規(guī)律，常用傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)。規(guī)律，常用傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)。b b“白箱白箱”理論理論

8、對(duì)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為已掌握清對(duì)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為已掌握清楚，應(yīng)用已知的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行描述。楚，應(yīng)用已知的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行描述。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.c“灰箱灰箱”理論理論 介于上述兩者之間，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和介于上述兩者之間，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為的主要部分清楚，其他部分不清楚，是行為的主要部分清楚，其他部分不清楚，是“白箱白箱”與與“黑箱黑箱”理論相結(jié)合的一種方法。理論相結(jié)合的一種方法。d數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分析的理論數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分析的理論 對(duì)屬于對(duì)屬于“黑箱黑箱”但又不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的但又不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分析的方法建立系統(tǒng)系統(tǒng)

9、，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分析的方法建立系統(tǒng)模型的理論和方法。在環(huán)境系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型中模型的理論和方法。在環(huán)境系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型中應(yīng)用居多。應(yīng)用居多。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.4、數(shù)學(xué)模型分類、數(shù)學(xué)模型分類 a按模型變量的隨機(jī)性分：按模型變量的隨機(jī)性分：n確定性模型：輸入、輸出均確定確定性模型：輸入、輸出均確定n非確定性模型：輸入是隨機(jī)的，解是不非確定性模型：輸入是隨機(jī)的，解是不穩(wěn)定的，不具有唯一性。穩(wěn)定的，不具有唯一性。b按隨時(shí)間變化規(guī)律分：按隨時(shí)間變化規(guī)律分：n穩(wěn)態(tài)模型：系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)量不隨時(shí)間而變穩(wěn)態(tài)模型：系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)量不隨時(shí)間而變n動(dòng)態(tài)模型：系統(tǒng)內(nèi)的物

10、持量隨時(shí)間而變。動(dòng)態(tài)模型：系統(tǒng)內(nèi)的物持量隨時(shí)間而變。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. c. c. 按空間維數(shù)分：按空間維數(shù)分：n一維模型，僅一個(gè)方向上有梯度。一維模型，僅一個(gè)方向上有梯度。n二維模型，二個(gè)方向上有梯度。二維模型，二個(gè)方向上有梯度。n三維模型，三個(gè)方向上有梯度。三維模型，三個(gè)方向上有梯度。 d d按物質(zhì)的輸移特性分：按物質(zhì)的輸移特性分：n平流模型，可忽略擴(kuò)散項(xiàng)時(shí)。平流模型，可忽略擴(kuò)散項(xiàng)時(shí)。n擴(kuò)散模型，可忽略平流項(xiàng)時(shí)。擴(kuò)散模型，可忽略平流項(xiàng)時(shí)。n平流擴(kuò)散模型，兩項(xiàng)均不可忽略時(shí)。平流擴(kuò)散模型，兩項(xiàng)均不可忽略時(shí)。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系

11、統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.e按反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)可分為：按反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)可分為：n純輸移模型純輸移模型n純反應(yīng)模型純反應(yīng)模型n輸移及反應(yīng)模型輸移及反應(yīng)模型n生態(tài)模型生態(tài)模型 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.5. 數(shù)學(xué)模型的建立步驟數(shù)學(xué)模型的建立步驟（5步）觀測(cè)數(shù)觀測(cè)數(shù)據(jù)組據(jù)組模型結(jié)模型結(jié)構(gòu)選擇構(gòu)選擇模型模型應(yīng)用應(yīng)用觀測(cè)數(shù)據(jù)組觀測(cè)數(shù)據(jù)組參數(shù)參數(shù)估計(jì)估計(jì)檢 驗(yàn) 與 驗(yàn)檢 驗(yàn) 與 驗(yàn)證證圖圖2-2南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n參數(shù)估計(jì)：如彌散系數(shù)參數(shù)估計(jì)：如

12、彌散系數(shù)E E、生物降解系數(shù)生物降解系數(shù)k k1 1、大氣復(fù)氧系數(shù)大氣復(fù)氧系數(shù)k k2 2等的估值。等的估值。n參數(shù)估計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確與否，關(guān)系到模型的實(shí)參數(shù)估計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確與否，關(guān)系到模型的實(shí)際應(yīng)用中能否正確模擬實(shí)際情況，是項(xiàng)極際應(yīng)用中能否正確模擬實(shí)際情況，是項(xiàng)極其重要的工作。其重要的工作。n實(shí)際上，水質(zhì)模擬過程，也就是對(duì)系統(tǒng)模實(shí)際上，水質(zhì)模擬過程，也就是對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行識(shí)別，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，再用型進(jìn)行識(shí)別，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，再用實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行檢驗(yàn)、調(diào)整的反復(fù)試驗(yàn)過實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行檢驗(yàn)、調(diào)整的反復(fù)試驗(yàn)過程。程。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n模型

13、檢驗(yàn)：檢驗(yàn)與實(shí)際情況的吻合程度。模型檢驗(yàn)：檢驗(yàn)與實(shí)際情況的吻合程度。n 原因：建模時(shí)作過一些假定。原始原因：建模時(shí)作過一些假定。原始數(shù)據(jù)誤差可能使參數(shù)估計(jì)產(chǎn)生誤差。數(shù)據(jù)誤差可能使參數(shù)估計(jì)產(chǎn)生誤差。n靈敏度分析：模型參數(shù)變動(dòng)時(shí)造成的影響。靈敏度分析：模型參數(shù)變動(dòng)時(shí)造成的影響。首先變動(dòng)一個(gè)參數(shù)，其余參數(shù)保持不變，首先變動(dòng)一個(gè)參數(shù)，其余參數(shù)保持不變，然后檢查目標(biāo)函數(shù)的變化程度，若變化不然后檢查目標(biāo)函數(shù)的變化程度，若變化不大，說明目標(biāo)函數(shù)對(duì)這個(gè)參數(shù)不敏感，對(duì)大，說明目標(biāo)函數(shù)對(duì)這個(gè)參數(shù)不敏感，對(duì)這個(gè)參數(shù)的估計(jì)可不要求很準(zhǔn)確，若特別這個(gè)參數(shù)的估計(jì)可不要求很準(zhǔn)確，若特別不敏感，說明這個(gè)參數(shù)在該模型中是多余不

14、敏感，說明這個(gè)參數(shù)在該模型中是多余的，可剔除。的，可剔除。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.二、環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)象模型推導(dǎo)基本原理二、環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)象模型推導(dǎo)基本原理 所謂現(xiàn)象模型我們指的是環(huán)境現(xiàn)象的所謂現(xiàn)象模型我們指的是環(huán)境現(xiàn)象的物理模型（客觀），而不是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀锢砟Ｐ停陀^），而不是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ǚ俏锢砟Ｐ停?。為了建立環(huán)境系統(tǒng)的（非物理模型）。為了建立環(huán)境系統(tǒng)的現(xiàn)象模型，需要以下兩方面的知識(shí)：現(xiàn)象模型，需要以下兩方面的知識(shí)：作為輸送污染物的介質(zhì)（如水、空氣等）作為輸送污染物的介質(zhì)（如水、空氣等）的流體的流動(dòng)狀態(tài)的描述。的流體的流動(dòng)狀態(tài)的描述。在污染物被輸

15、送過程中，污染物所發(fā)生在污染物被輸送過程中，污染物所發(fā)生的質(zhì)與量的變化的描述。的質(zhì)與量的變化的描述。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 利用以上兩方面信息，根據(jù)物質(zhì)和能利用以上兩方面信息，根據(jù)物質(zhì)和能量的守恒原理，對(duì)某一污染物在流體介質(zhì)中量的守恒原理，對(duì)某一污染物在流體介質(zhì)中的濃度、流體的質(zhì)量、動(dòng)量或熱量進(jìn)行衡算，的濃度、流體的質(zhì)量、動(dòng)量或熱量進(jìn)行衡算，即用下列基本法則建立數(shù)學(xué)表達(dá)式：即用下列基本法則建立數(shù)學(xué)表達(dá)式： 積蓄量積蓄量= =（流入量流出量）（流入量流出量）+ +（產(chǎn)生量消滅量）（產(chǎn)生量消滅量） （式（式2-12-1）南昌航空工業(yè)學(xué)

16、院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 在對(duì)象系統(tǒng)的介質(zhì)流體中，取一均勻的在對(duì)象系統(tǒng)的介質(zhì)流體中，取一均勻的微小單元微小單元V，并設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)變量為并設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)變量為（可以是流體的動(dòng)量、流體的質(zhì)量、流體可以是流體的動(dòng)量、流體的質(zhì)量、流體中污染物濃度、流體溫度、熱量等）由（中污染物濃度、流體溫度、熱量等）由（2-1）可得：可得： V=（AiJiA0J0）t+（BD）Vt (式式2-2)南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.式中：式中： t時(shí)間間隔中單位體積中時(shí)間間隔中單位體積中的增量的增量 （）。）。 Ji 、 J0

17、 分別表示單位時(shí)間、單位截面上分別表示單位時(shí)間、單位截面上 流入、流出的流入、流出的通量向量（通量向量（L3/L2T）。）。 Ai、A0分別表示流入和流出的截面積。分別表示流入和流出的截面積。 （L2） B、D分別是單位時(shí)間、單位體積中分別是單位時(shí)間、單位體積中產(chǎn)產(chǎn)生和消滅速率（生和消滅速率（/T）南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.n式（式（2-3）中狀態(tài)變量）中狀態(tài)變量賦予不同意義時(shí)可賦予不同意義時(shí)可得下列四種很有用處的平衡方程式：得下列四種很有用處的平衡方程

18、式： 的意義的意義 所得的平衡方程式所得的平衡方程式流體的動(dòng)量流體的動(dòng)量 運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式 v x、y、z、t流體的質(zhì)量流體的質(zhì)量 連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式 x、y、z、t流體中污染物濃度流體中污染物濃度 擴(kuò)散方程式擴(kuò)散方程式 c x、y、z、t流體溫度或熱量流體溫度或熱量 熱擴(kuò)散方程式熱擴(kuò)散方程式 T x、y、z、t南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.（場(chǎng)：速度場(chǎng)、密度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等）（場(chǎng)：速度場(chǎng)、密度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等） 以上方程式是我們研究污染物在大氣和以上方程式是我們研究污染物在大氣和水體中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律時(shí)的基本方程式。水體中遷

19、移轉(zhuǎn)化規(guī)律時(shí)的基本方程式。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.三、環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)象模型的建立（三、環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)象模型的建立（B B、D D、的方程）的方程） 在研究環(huán)境系統(tǒng)中污染物的時(shí)空分在研究環(huán)境系統(tǒng)中污染物的時(shí)空分布時(shí)，除上述的一些方程式以外，還必布時(shí)，除上述的一些方程式以外，還必須收集到有關(guān)污染源產(chǎn)生強(qiáng)度以及污染須收集到有關(guān)污染源產(chǎn)生強(qiáng)度以及污染物在輸送過程中所發(fā)生變化（如生物化物在輸送過程中所發(fā)生變化（如生物化學(xué)反應(yīng)等）的速率等信息，為此，就需學(xué)反應(yīng)等）的速率等信息，為此，就需要建立要建立污染源模型污染源模型（B B）和和反應(yīng)速度方程反應(yīng)速度方

20、程（D D），），以及描述環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)變量以及描述環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)變量（）和參數(shù)（如溫度、密度、壓力、）和參數(shù)（如溫度、密度、壓力、等）之間關(guān)系的等）之間關(guān)系的“狀態(tài)方程狀態(tài)方程”。南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.建立這些方程時(shí)的基礎(chǔ)信息關(guān)系可參見下圖：建立這些方程時(shí)的基礎(chǔ)信息關(guān)系可參見下圖： 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 此處此處“狀態(tài)方程狀態(tài)方程”就是把作為介質(zhì)的就是把作為介質(zhì)的流體溫度、密度、壓力等的熱力學(xué)關(guān)系表流體溫度、密度、壓力等的熱力學(xué)關(guān)系表示出來，以對(duì)溫度在垂直方向的不同來

21、控示出來，以對(duì)溫度在垂直方向的不同來控制密度成層的形成。制密度成層的形成。 “ “變化速度式變化速度式”是把水中的有機(jī)污染物是把水中的有機(jī)污染物質(zhì)的分解和沉積，大氣中的光化學(xué)反應(yīng)等質(zhì)的分解和沉積，大氣中的光化學(xué)反應(yīng)等由于化學(xué)、物理和生物學(xué)的各種原因而形由于化學(xué)、物理和生物學(xué)的各種原因而形成的發(fā)生和消失速度表示出來。成的發(fā)生和消失速度表示出來。 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件下求解式在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件下求解式（2-3）便可得）便可得在時(shí)間上和空間上的分布信在時(shí)間上和空間上的分布信息，但是對(duì)于和息，但是對(duì)于和

22、V、D、B，一起求解時(shí)往往一起求解時(shí)往往很困難，既使不考慮很困難，既使不考慮B、D只考慮只考慮V時(shí)也不容時(shí)也不容易求解，因此，常必須考慮把流動(dòng)特性易求解，因此，常必須考慮把流動(dòng)特性V及及變化速度式變化速度式D、B按照實(shí)用的目的來進(jìn)行簡(jiǎn)按照實(shí)用的目的來進(jìn)行簡(jiǎn)化?；?南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.（1）流動(dòng)特性的簡(jiǎn)化，）流動(dòng)特性的簡(jiǎn)化，a彌散擴(kuò)散方程式彌散擴(kuò)散方程式 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18. 南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件南昌航空工業(yè)學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)分析課件2006.4.18.b湍流擴(kuò)散方程的降維湍流擴(kuò)散方程的降維 經(jīng)簡(jiǎn)化后的式（經(jīng)簡(jiǎn)化后的式（2-4）仍是一個(gè)關(guān)于）仍是一個(gè)關(guān)于x、y、z、t四個(gè)獨(dú)立變量的偏微分方程，四個(gè)獨(dú)立變量的偏微分方程，求解需知道求解需知道v和和E在在x、y、z方向上的分量，方向上的分量，取得這些數(shù)據(jù)是很困難的，所以在實(shí)際取得這些數(shù)據(jù)是很困難的，所以在