環(huán)境系統(tǒng)分析復(fù)習(xí)整理復(fù)習(xí)筆記

1、第一章環(huán)境系統(tǒng)分析概論.系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上相互獨(dú)立而又相互制約，執(zhí)行特定功能的元素組成的有機(jī)整體。.系統(tǒng)的特性：目的性集合性階層性相關(guān)性整體性（重點(diǎn)）環(huán)境適應(yīng)性.系統(tǒng)的整體性：組成系統(tǒng)的各個(gè)元素雖然個(gè)子具有不太那個(gè)的特性但他們都是根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求而構(gòu)成一個(gè)總 體的，因此即使每一個(gè)元素都不很完善，但也可以組合出一個(gè)具有良好功能的系統(tǒng)*.系統(tǒng)分析的定義：系統(tǒng)分析可以被理解為一個(gè)隊(duì)研究對(duì)象進(jìn)行有目的，有步驟的探索過程，通過分解與綜合的反復(fù)協(xié) 調(diào)，尋求滿足系統(tǒng)目標(biāo)的最佳方案。（系統(tǒng)分析的最大特點(diǎn)是追求總體目標(biāo)的最優(yōu)）.系統(tǒng)最優(yōu)化：系統(tǒng)最優(yōu)化通常通過最優(yōu)化模型實(shí)現(xiàn).環(huán)境系統(tǒng)分析：概

2、念：是研究環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)管理方法和手段的技術(shù)科學(xué)，它以環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律、污染物對(duì) 人體和生態(tài)的影響，環(huán)境工程技術(shù)原理和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等為依據(jù)，并綜合運(yùn)用系統(tǒng)論、控制論和信息論 的理論，采用現(xiàn)代管理的數(shù)學(xué)方法和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)環(huán)境問題和防止工程進(jìn)行系統(tǒng)分析，謀求整 體優(yōu)化解決。.環(huán)境系統(tǒng)的分類：環(huán)境保護(hù)對(duì)象：自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)，生態(tài)保護(hù)區(qū)系統(tǒng)，空氣污染控制系統(tǒng)，水污染控制系統(tǒng)，都市生態(tài)環(huán)境 系統(tǒng)環(huán)境管理功能：環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，環(huán)境執(zhí)法系統(tǒng)，環(huán)境規(guī)劃管理系統(tǒng)，排污申報(bào)管理系統(tǒng)，環(huán)境統(tǒng)計(jì)管 理系統(tǒng)，排污收費(fèi)管理系統(tǒng)污染物的發(fā)生與遷移過程產(chǎn)業(yè)類型：污染物發(fā)生系統(tǒng)，污染物輸送系統(tǒng)，污染物處理系統(tǒng)，接受污染物

3、的環(huán) 境系統(tǒng)，礦山環(huán)境系統(tǒng)，冶金環(huán)境系統(tǒng)，環(huán)保產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)第二章數(shù)學(xué)模型概述一元線性回歸分析（最小二乘法）兩個(gè)假設(shè):所有自變量的值均不存在誤差，因變量的值則含有測量誤差設(shè)有n對(duì)x.,y的值適合線性方程y=mx+b。如果已知b、m的值 量值與計(jì)算值的偏差，則：di = yiyi=yi（b+mxi）與各自測量點(diǎn)擬合最好的直線為能使各點(diǎn)到直線的豎向偏差的平方和最小的直線（也就是將盡可能地靠近所 有的點(diǎn)）。就可以根據(jù)自變量Xi的值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的因變量的值設(shè)為yi，另di為測z = Zdi2 = X yi - (b + mxi)2偏差平方和:i=1i=1為使平方和最小，他們必需滿足必要條件:解得:xixiyi

4、-yixi 2b = -i=i=2xi)i=1i=i=i2 - nExi2i=1xiyi-n Exiyim = -i=i=i=(Xxi)2-n Exi2i=1i=1.模型的檢驗(yàn)：（圖形表示法，相關(guān)系數(shù)法，相對(duì)誤差法）相關(guān)系數(shù)法：相關(guān)系數(shù)是用來度量計(jì)算值和觀測值的吻合程度的量，用r表示: (yi - y)(yi- yi)r = . i=1 (yi - y )2( yi- yi，)2i=1其中yi,為測量值和計(jì)算值y, yi為測量值和計(jì)算值的平均值。n yiyi，_(yi)(yi)n yi2 - ( yi)2 n yi12 - ( yi1 )2 為計(jì)算方便，可寫成:i=1i =1i=1i =1可以

5、證明: 當(dāng)R=1時(shí) 當(dāng)r=-1時(shí) 當(dāng)r=0時(shí)-11越大，相關(guān)性越好x,x,x,y完全線性相關(guān)；y完全負(fù)線性相關(guān)；y完全沒有相關(guān)性，完全線性不相關(guān);當(dāng)0r的絕對(duì)值1時(shí)，x, y有一定的線性相關(guān)性，其決定值越大，相關(guān)性越好。相對(duì)中值誤差:e = 0.67450.5 (yi- y )2_yn -13.靈敏度定義靈敏度的定義:在0 = *附近，（單個(gè)變量時(shí)的靈敏度）狀態(tài)變量（或目標(biāo)函數(shù)）相對(duì)于原值的變化率和參數(shù)0相對(duì)于60的變化率的比值，稱為狀態(tài)變量（或目標(biāo)函數(shù)）對(duì)參數(shù)的靈敏度。Sx =(鳥)000d0 0=00 x*Az裝，Az 0,A0=(A0暝00式中：Ax=x-x*Az=z-z*A0=0-00

6、當(dāng)A0 T 0時(shí)，Slkd/ dL、kd *01=(dkd)kd=0.1 F =24-561228 = -0.20式中：（dx）0=0（空）d0 70_0。和 =0分別稱為狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)對(duì)參數(shù)的一階靈敏度系數(shù)，它可以反應(yīng)系統(tǒng)的靈敏度特征。第三章環(huán)境質(zhì)量基本模型1.推流遷移：流或水流作用下污染物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移作用。推流作用只改變污染物的位置而不改變污染物的濃度。描 寫推流遷移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變量主要有污染物濃度C,氣流或水流速度U（ux,uy,uz）。推流作用下，污染物在x,y,z三個(gè)方向上的推流遷移通量fx, fy, fz,分別可以用遷移通量模型求出：f = u C f = u C f = u C分

7、散作用：污染物在環(huán)境介質(zhì)中的分散作用包含三個(gè)內(nèi)容:分子擴(kuò)散，湍流擴(kuò)散和彌散。污染物衰減和轉(zhuǎn)化進(jìn)入環(huán)境的污染物可分成守衡物質(zhì)和非守衡物質(zhì)兩大類。許多污染物的衰減過程基本上符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律：dt假定在X=0處，向環(huán)境中排放的污染物質(zhì)總量為A，其分布為直方狀，全部物質(zhì)通過X=0處的時(shí)間為At圖3-1(1)， 經(jīng)過一段時(shí)間該污染物的重心遷移至X=x，污染物質(zhì)的總量為a，如果只存在推流作用，則a=A；且在X=x處的污染物分布形狀與X=0處相同。如果存在推流遷移和分散的雙重作用(圖3-1(2)，則仍有a=A；但分布形狀與初始時(shí)不一(1)推流遷移(2)推流遷移+分散(3)推流遷移+分散+衰減A=aA=

8、aAa圖3-1推流遷移，分散和衰減作用 樣，延長了污染物的通過時(shí)間。如果同時(shí)存在推流遷移、分散和衰減的三重作用，則不僅污染物的分布形狀發(fā)生了變 化，且有 aA(圖 3-1(3)。一維基本模型的推導(dǎo)一維模型是通過一個(gè)微小體積元的質(zhì)量平衡來推導(dǎo)的。該體積元只有在x方向上存在著濃度梯度和 質(zhì)量交換。圖3-3示邊長為Ax、Ay和Az的體積元的質(zhì)量平衡關(guān)系，由于體積元在側(cè)面上不存在 物質(zhì)交換，只需考察流經(jīng)x方向兩端面上污染物量。單位時(shí)間內(nèi)，流經(jīng)端面的物質(zhì)總量應(yīng)為物質(zhì)通 量與面積的乘積，故單位時(shí)間內(nèi)輸入量為一 a c(J +1 )AyAz = u C - D ax-AyAz單位時(shí)間內(nèi)的輸出量為若體積元內(nèi)污

9、染物按一級(jí)反應(yīng)式衰減,衰減量為根據(jù)體積元的質(zhì)量平衡關(guān)系，有S CS CAx Ay A z u C D Ay A zS tx x SxSS C SS Cu C + 瓦(u C)Ax D x- + 瓦(-D )AxAyAz - KCAxAyAz 化簡上式，得d td.xS S C(uC)-瓦(-D -) - KC均勻流場中ux,Dx均作為常數(shù)，上式簡化為x d.x 2-u 巡-KCx d.x式中，C為污染物的濃度，它是時(shí)間t和空間位置x的函數(shù)；D為縱向彌散系數(shù)，ux斷面平均流速，K 為衰減速度常數(shù)。該模型常用于河流水質(zhì)的模擬和預(yù)測。.非穩(wěn)定源排放的解析解：（一維流場時(shí)瞬時(shí)點(diǎn)源排放）忽略彌散：若忽略

10、彌散作用，既Dx=0則耍 + ux 展 + kc 0用特征線法求解，得解析式:c c e - kt = c一一k工 e ux考慮彌散：當(dāng)Dx不為零時(shí)，解析解為:，、 M c (x, t).expA %/4 兀 D t(x i)2 exp - kt 4 D tx，/、 ，一 MIn ci (xi, ti)、tti = A *,/4兀 D(x - u ti )24 ti在瞬時(shí)投放下c0-MqQ Aux.穩(wěn)定源排放的基本模型解析解零維模型的穩(wěn)態(tài)解：在穩(wěn)態(tài)條件下:vdCdtQ(C0 - C) + S - KCVdc市一則解析解為c - % Q + kVc1 kv1 +QV式中：Q稱為理論停留時(shí)間d C

11、八 d 2 Cd.x=Du一維模型的穩(wěn)態(tài)解:d tx d.x 2xdc假定只在x方向上存在濃度梯度，則當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)說一a2 c e cukc 0ax2x ax這是一個(gè)二階常系數(shù)齊次線性微分方程，其特征根為:九1,2u qu 2 + 4Dxkx2Dxi ：i+也_J_j2 Dx2 DxA14冗 Dxtux(x u t)2,expx- exp( kt)4 Dxt%- a c o對(duì)于守恒或衰減的污染物，ax（取負(fù)值），所以初始條件為：x=0, c=c0,則r u x 八 4 . 4 Dxk c = c exp1 1 +02 Dx IV u 2,x/ kx、Qc + qcc c exp( )c =三T_

12、J對(duì)于一般河流：0ux Q + q , Q河流的流量，q：污染物流量，ci :本底.、 c濃度；2 :污染物濃度。若考慮彌散系數(shù)，則解析解:c (x, t) = -= exp- )2 exp( - kt)A %： 4兀 Dxt4 Dxt其中：M為瞬時(shí)投放的污染物的量，A為斷面平均面積。瞬時(shí)投放時(shí)：C0=M/Q, Q=Aux7.污染物在均勻流場中的分布特征（濃度場的正態(tài)分布）：一維流場（瞬時(shí)點(diǎn)源）濃度分布在投放點(diǎn)下游x斷面處觀測濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，可以得到如下所示的濃度隨時(shí)間過程線，它反應(yīng) 濃度分布的正態(tài)特征：- xt c （x, t）在斷面x處出現(xiàn)最大濃度值的時(shí)間是：ux （對(duì)稱軸），相應(yīng)的

13、最大濃度值：max式中；x表示圖中鐘形曲線的離散程度，在同一斷面，如果Ox越大，c（x）max越小，離散程度越好。二維流場中的分布(穩(wěn)定源), 、2Qu y2、V r(2nB y兒 V (2nB + y)2kx、c (x, y) = =exp( x) + 乙 expu + 乙 expu exp() x4 D xx 4 D xx 4 D xuu h4兀 D yyyx j = 2 D 令Y J x，則exp- kx- L= exp(- -)u *.：2兀2 j 2x表明：在污染物下游排放點(diǎn)下游X斷面上的污染物在橫向上呈正態(tài)分布，最大濃度發(fā)生在x軸c (x, J)上，max u h J2g jkx

14、exp ux擴(kuò)散羽的寬度：包含斷面上95%污染物量的寬度（4 J ）（無窮大環(huán)境中排放或者中心排放）或者2 J （邊界上排放），當(dāng)DJ越大， J越大，c（x J）max越小，同時(shí)隨著x越大，鐘形曲線越趨于扁平， 最后接近直線，即在整個(gè)斷面上達(dá)到污染物的均勻分布。.污染物到達(dá)邊界所需的距離污染物到達(dá)岸邊（或地面）所需的距離.定義：在二維環(huán)境中，污染物中心排放下，如果岸邊的污染物濃度達(dá)到斷面平均濃度的5%,則稱污染 物到達(dá)岸邊或地面，從污染物排放點(diǎn)到污染物到達(dá)岸邊的距離稱為污染物到達(dá)岸邊所需的距離。公式計(jì)算結(jié)果中心排放:0.0137u B2x xDj岸邊排放:0.055u B2x xDj.完成橫向

15、混合所需的距離定義：當(dāng)某一斷面上任意點(diǎn)的濃度與斷面平均濃度之比介于之間時(shí)，則稱該斷面已達(dá)到橫向混合，由排 放點(diǎn)到完成斷面橫向斷面的距離稱為完成橫向混合所需的距離。計(jì)算公式中心排放:0.1u B2 x xDj岸邊排放:0.4u B2 x xDj.擴(kuò)散羽寬度:中心排放:b = 4oj岸邊排放:b = 2oj.估計(jì)彌散系數(shù)作圖法：一維流場瞬時(shí)排放時(shí):MA、：4kD tQexp- (x 4Dx exp 一 kt xh4 兀Dkx、 f u J2、 exp(-)exp( - ) x / u u 4 D xxxJ在初始斷面攪拌均勻，在下游某斷面（距投放點(diǎn)為X）處測得一組濃度Ci （xi, ti）和ti的值

16、，Mci (xi, ti htti .exp寫出如下方程：A4 Dx(x - u ti)24 DXtiIn ci（xi, ti）、i =兩邊分別寫對(duì)數(shù)：(x 一 u ti)2xA ：4n D 4D tix xx作 ln ci (xi, ti)i(x 一 u ti)24 ti uDy 圖，則斜率=Dx對(duì)于二維模型，忽略Dxc (x, y )= y則解為：kxexp(一 一)exp(ux/.、“, u y 2c(x, yi) = A exp( xi) 4 D xu y2、 ln ci (x, yi) = In A - exp( xi)4 D xu yi2作1n ci(x, yi)4x ,矩法求解原

17、理：將污染物的分布曲線設(shè)為：丁=f(x)零階矩:M =cii=1一階矩:+8M = jxf (x) dx1一 8二階矩:j +8-g各階矩的物理意義：M0：污染物的總量；M1：污染物濃度分布重心的位置；乂2：分布的方差，濃度分布的離散程度M2X2Dy二M u 2 X 2x2n 2M3Dx= i第四章 內(nèi)陸水體水質(zhì)模型.污染物與河水的混合：豎向混合，橫向混合 然后在縱向繼續(xù)混合.大氣復(fù)氧：Cs=468/ (+T).完全混合模型：沃倫威德爾模型狄龍模型.對(duì)于可接受的磷負(fù)荷.一維河流水質(zhì)模型 (重點(diǎn))s-p模Sp模型的解dL = - kLdtdDdt式中，L為河水中的BOD值；D為河水中的氧虧值;k

18、 1為河水中BOD耗氧系數(shù)；k2為河流復(fù)氧系數(shù);t為河水的流動(dòng)時(shí)間。2L = L e - k1tD = 勺-0 (e-k 1t e-k21) + D e-k2 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark60 o Current Document k - k021式中，L為河流起始點(diǎn)的BOD值；飽和溶解氧Cs復(fù)氧曲線速度X耗氧曲線t c氧垂曲線/SS下式流行時(shí)間0D0為河流起始點(diǎn)的氧虧值。河流中的溶解氧c (O)為飽和溶解氧減去D值。D0溶解氧濃度最低的點(diǎn)(亦即氧虧值最大的點(diǎn))稱為臨界點(diǎn)(此點(diǎn)變化為0)用Dc表示由起始點(diǎn)到達(dá)臨界點(diǎn)的流行時(shí)間tc即臨界氧虧發(fā)生時(shí)間tc可由

19、 計(jì)算：tc= 1/ (KaKd) ln Ka/ Kd1-Do(KaKd)/ (Lo Kd) 6. s-p的修正模型托馬斯模型(2) S-P模型的修正型在S-P模型基礎(chǔ)上，引進(jìn)了沉淀作用對(duì) ROD去-除的塘響，其速度常數(shù)為Ks其 解為：D =出af+& y u t第七章大氣質(zhì)量模型1.污染源分類：按照污染物排放的幾何形態(tài)：點(diǎn)源(高架，非高架)，線源，面源(高架點(diǎn)源：不經(jīng)過排氣筒排放以及排放高度低于15m的排氣筒皆不視為高架點(diǎn)源)2.污染源源強(qiáng)：預(yù)測源強(qiáng)的一般模型Qi = K WQ丑）i i iQi為源強(qiáng)，對(duì)瞬時(shí)點(diǎn)源以kg或t計(jì)，對(duì)連續(xù)穩(wěn)定排放點(diǎn)源以kg/h或者t/h計(jì)。Wi為燃料的消耗量，固體

20、燃料kg液體燃料L,時(shí)間單位以h或者D計(jì)，為凈化設(shè)備對(duì)污染物的去除效率，Ki為某種污染 物的排放因子，i為污染物的編號(hào)3.箱式大氣模型(從零維模型推導(dǎo))模型的解：(k=0)Cp = Co + Q uh(k，0)廠廠 Q/h CokC = Co + u/l + k多箱模型：AC=D 7-11 7-13.高架連續(xù)排放點(diǎn)源模型計(jì)算中煙囪高度是指有效高度，有效高度He=H1+0HH1物理高度；力H煙氣抬升高度.高斯模型c (x, j, z; H )=-exp e2兀 u o oexp I(z H )2e2o 2z)r+exp)C：污染物濃度Z：承受黠距地面之高度H：有效煙囪高度x：下風(fēng)距離Q：排放率u

21、：平均水平風(fēng)速:水平垂直擴(kuò)散系數(shù)y：接受黠至理流中心之側(cè)風(fēng)距離。：高架連續(xù)點(diǎn)源的地面濃度模型9=0)c (x, j ,0; H e)exp 兀u o o-e2o 2z J基本模型:dClbh = ubh (C -C) + lbQ-kClbh dt0/：高架連續(xù)點(diǎn)源的地面軸線濃度模型(z=0, y=0)QH H 2、c(x,0,0; H ) =exp( 一 一)e兀 u o o2o 2J zzu He 2：高架連續(xù)點(diǎn)源最大落地濃度模型當(dāng)x=x*= 4Ez時(shí)2Q ozc(x,0,0;H )max_c(x*,0,0;H )_兀euxo,He2I2-oz.煙囪有效高度He*，uxoJ。(x max.大

22、氣質(zhì)量模型中的參數(shù)估計(jì)適用條件：霍蘭德公式-中性，中小型煙源較多 摩西，卡森公式-有風(fēng)情況下的大型煙源 康凱維公式-有風(fēng)情況下的中小型煙源 布里格斯公式-無風(fēng)條件適用.大氣穩(wěn)定度：大氣穩(wěn)定度是指大氣層穩(wěn)定的程度。帕斯奎爾分級(jí)法分6級(jí)特納爾分級(jí)法-分7級(jí).標(biāo)準(zhǔn)偏差 y和 z雷特爾模型: y =Btb z=Atat=x/u , u為平均風(fēng)速 其余是參數(shù)是大氣穩(wěn)定度的函數(shù)：Plugg2公式 y =Fxf z =Gxg均與大氣穩(wěn)定度和地面的粗糙程度有關(guān)第八章環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法與模型.等標(biāo)污染指數(shù)（等標(biāo)污染評(píng)價(jià)法）：所排放的某污染物超過該污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的倍數(shù)，亦稱污染物的超標(biāo)倍數(shù)CN 二 一i C0 iC

23、ij表示第j個(gè)污染源第i種污染物的排放濃度C C 0i表示第i種污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)Nij表示第j個(gè)污染源第i種污染物的等標(biāo)污染指數(shù).等標(biāo)污染負(fù)荷：反映了污染物總量的概念CPj= Cj Qij0 iPij表示第j個(gè)污染源第i種污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷Qij表示第j個(gè)污染源含有第i中污染物的介質(zhì)的排放流量.污染負(fù)荷比：污染負(fù)荷比是指某種污染物或某個(gè)污染源的等標(biāo)污染負(fù)荷在總的等標(biāo)污染負(fù)荷中所占的比重。污染負(fù)荷 比是確定某種污染物或某種污染源對(duì)環(huán)境污染貢獻(xiàn)的順序的特征量。第j個(gè)污染源內(nèi)，第i種污染物的 污染負(fù)荷比為Kj = Pj一個(gè)地區(qū)中某種污染源的污染負(fù)荷比為PKi = Pi一個(gè)地區(qū)中某種能夠污染物的污染

24、負(fù)荷比為 P.污染源預(yù)測一彈性系數(shù)法彈 性系數(shù)的定義為污染物的年增長率與國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的年增長率的比值.單因子指數(shù)：Ii= Ci/SiIi為第i中環(huán)境因子的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為第i種環(huán)境因子的實(shí)測濃度；Si為第i種環(huán)境因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)工 n WiIi.加權(quán)型多因子指數(shù)I= i=in為參與評(píng)價(jià)的因子數(shù).環(huán)境指數(shù)評(píng)價(jià)法一內(nèi)梅羅指數(shù)法某一種水用途j的分指數(shù)PIj計(jì)算，公式：I= (Ci/Si)2平均+(Ci/Si)2最大/2 1/2考慮水的一切用途的總的水污染指數(shù)PI計(jì)算，公式：兩個(gè)特點(diǎn)：兼顧考慮最高值與平均值；考慮了不同類的水用途對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域水體的影響。第九章水環(huán)境規(guī)劃.環(huán)境容量：一個(gè)環(huán)境單元在滿足環(huán)境目標(biāo)的前提下，所能接受的最大污染物量。、.允許排放量：在環(huán)境容量的約束下，污染源的最大排放量稱為允許排放量dC.河流環(huán)境容量：S=V dt -QCo+QC-rV.河流允許排放量：情形一：一維環(huán)境，集中排放，沒有混合區(qū)不存在降解容量G=Cs (Q+q) -CoQ=Q (Cs-Co)(如果污水流量相對(duì)