環(huán)境系統(tǒng)仿真與建模

1、環(huán)境系統(tǒng)仿真與建模一、名詞解釋環(huán)境質(zhì)量模型環(huán)境質(zhì)量模型就是以質(zhì)量平衡原理為基礎(chǔ)，對排放到環(huán)境介質(zhì)中的污染物的遷移變化的最基 本規(guī)律進行的數(shù)學描述。P模型S-P模型描述一維穩(wěn)態(tài)河流中的BOD-DO的變化規(guī)律，是關(guān)于河流BOD和DO耦合的基本 水質(zhì)模型。黑箱模型又稱為輸入-輸出模型，屬于純經(jīng)驗模型，它根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)建立各個變量之間 的關(guān)系，而完全不追究其內(nèi)在的機理。4 .人工神經(jīng)網(wǎng)絡人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種計算系統(tǒng)，包括軟件與硬件，它使用大量簡單相連的人工神經(jīng)元來模仿 生物神經(jīng)網(wǎng)絡的能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是生物神經(jīng)元的簡單模擬，它從外界環(huán)境或者其他神經(jīng) 元取得資訊，同時加以簡單的運算，輸出其結(jié)果到

2、外界環(huán)境或者其他人工神經(jīng)元。二、問答污染物進入環(huán)境介質(zhì)后，有哪些運動變化？答：隨著介質(zhì)的遷移運動；污染物的分散運動；污染物被環(huán)境介質(zhì)吸收或吸附；污染物的沉 淀；污染物的衰減與轉(zhuǎn)化。如何對水質(zhì)模型進行分類？答：(1)從使用管理的角度來分類，可分為：河流、河口(受潮汐影響)模型，湖泊、水庫 模型，海灣模型等。從水質(zhì)組分來分類：有機污染物、無機鹽、懸浮物質(zhì)、重金屬、放射性物質(zhì)，營養(yǎng)物 質(zhì)，浮游植物，水溫。從水質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)來分類：穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)，確定性和隨機性從混合程度來分類：完全混合型、平流型、平流擴散型從空間維數(shù)來分類：一維、二維、三維。P模型建立的基本假設答：(1)河流中的BOD衰減和DO的復氧都是

3、一級反應；（2）反應速度是恒定的；（3）河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復氧。寫出單組分一維河流水質(zhì)模型的基本方程組。答：包括以下三類方程（1）水流連續(xù)方程：B竺+絲=q dtdx（2）水流運動方程:dQ a,。Q2、4,8Z石+虱（3 3）+放否+ Jf）+華=0式中，Z為斷面平均水位；Q,A,B分別為斷面流量、過水面積、水面寬度；x，t為距離和時 間；q為旁側(cè)入流，負值表示流出；P為動量校正系數(shù)；g為重力加速度；J f為摩阻坡降， 采用曼寧公式計算，J / = g / C2 ；氣為單位流程上的側(cè)向出流流速在主流方向上的分量。（3）水質(zhì)變化方程冬 + 些_a 竺

4、）+ AkC = Sdt QxdxM dx1 m式中，C為污染物濃度；A為河道斷面面積；Q為河道斷面流量；Em為河段混合擴散系數(shù); 匕為污染物降解速率常數(shù)；Sm為源、匯項；x,t分別為距離、時間。三、計算證明已知某河段的BOD降解規(guī)律可用下式表示:L = L e - w0式中L0為河段起點的BOD濃度；L為流經(jīng)t時間后的BOD濃度；與為BOD的衰減速度 常數(shù)。若已知L0 =15mg/L，七=0.1d-1，假定與的變化幅度在土 10%，求t=2d處的BOD 濃度值及其變化幅度。解：由已知可得L *k. t=2 d=L e -kdt =15e -0.1x2 =12.28mg/L則BOD對kd的一階

5、靈敏度系數(shù)為,dk /d k =0.1d=L te-kd0t = 15(2)e-0.2 = -24.56 0BOD對七的靈敏度為(dL )(k )L( 0.1 Sl =40=24.56 k d1 dk JA1L * J112.28 J=0.1kd= 0.2dL _ ALdkd AkdAk_因為已知m= 10%，所以BOD的變化幅度為: kd 0ALL*=(0.2)(10%) = 2%由孔的變化引起的BOD預測值的絕對值的變化為：AL = L* (2%) = 0.25mg/L由于BOD的變化方向與kd相反，且幅度小于kd的變化幅度，所以上述模型屬于低靈敏度 模型。x軸方向與水流方向一致。假設滲流區(qū)域為無限平面，地下水流為縱向一維，即q=nv，在初始時刻在點P瞬時排入 質(zhì)量為m的污染物，且污染物擴散形式為二維彌散，介質(zhì)為多孔均質(zhì)，求彌散濃度分布。 解：取P點為坐標原點，該無限平面為xy平面， 根據(jù)給定條件，可寫出該問題的數(shù)學模型ac八 a 2 c 八 a 2 c=D + Datx ax 2y ay 2C (x, y,0) = 0+8+8ncdxdy = m18 8im c (x, y, t) = 0正8lim C (x, y, t) = 0【y T8先進行二維傅里葉變換，再進