環(huán)境模型 實習報告

廣東海洋大學實習報告姓名性別學號分院化學與環(huán)境學院專業(yè)環(huán)境科學班級實習單位廣東海洋大學實習崗位實習時間實習單位主要負責人姓名聯(lián)系方式實習單位指導教師姓名楊毓峰聯(lián)系方式實習單位地址廣東省湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)廣東海洋大學主校區(qū)企業(yè)郵箱實習單位簡介：廣東海洋大學（GuangdongOceanUniversity坐落于海濱城市湛江市，是廣東省人民政府和國家海洋局共建的廣東省重點建設大學之一，是一所以海洋、水產(chǎn)、食品學科為特色，理、工、農(nóng)、文、經(jīng)、管、法、教、藝等學科協(xié)調(diào)發(fā)展，以應用學科為主體的多科性海洋大學。是具有“學士、碩士、博士”完整學位授權(quán)體系的大學，也是廣東省高水平大學重點學科建設項目高校。實習內(nèi)容及時間安排：內(nèi)容較多時可增加頁面。標題號，宋體，左起頂格。內(nèi)容小4號，宋體。）一、 主要任務與目標：二、 主要內(nèi)容與基本要求：三、 計劃進度：

實習情況匯報：（請按實習時間或?qū)嵙晝?nèi)容順序進行陳述。要求000字（包括圖表）以上，小4號宋體，行距18?22磅）訓練一：模型分類、一維基本模型和穩(wěn)態(tài)解一、模型分類實際世界中應用模型分為具體模型和抽象模型兩大類，其中具體模型可分為模擬模型（如電模擬、模擬計算機模擬），實物模擬（如建筑模型、風洞模型等）；抽象模型可分為數(shù)學模型（如方程式、函數(shù)、邏輯關(guān)系等），圖像模型（如流程圖、方向圖、框圖等），計算機程序模型（如計算程序、模擬程序等）。在此基礎上還可以進一步細分。按照變量與時間的關(guān)系，可以分為動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型。模型變量隨著時間變化的模型稱為動態(tài)模型，反之則稱為穩(wěn)態(tài)模型。按照變量之間的關(guān)系，可以分為線性模型和非線性模型。前者各個變量之間呈線性關(guān)系，后者則為非線性關(guān)系。按照變量的變化規(guī)律可以分為確定性模型和隨機模型。變量的變化服從某種確定規(guī)律的模型稱為確定性模型，變量隨機變化的模型稱為隨機模型。按照模型的用途可以分為模擬模型和管理模型。模擬模型用于描述研究對象的運動規(guī)律，管理模型則用于輔助方案的選擇和決策。按照模型參數(shù)的性質(zhì)，可以分為集中參數(shù)模型和分布參數(shù)模型。在數(shù)學模型中存在模型變量、運算符號和各種參數(shù)。參數(shù)隨著時間、空間變化的模型稱為分布參數(shù)模型，否則稱為集中參數(shù)模型。二、一維基本模型一維基本模型是指描述在一個空間方向上存在的環(huán)境質(zhì)量變化即存在污染物濃度梯度的模型。一維模型較多地應用于比較長而狹窄的河流水質(zhì)模擬。均勻流場中的一維基本環(huán)境質(zhì)量模型：dCd2CdC喬=比喬-冷衣-沅式中，C為污染物濃度，它是時間t和空間位置x的函數(shù)；D為縱向彌散系數(shù)；n為斷面平x x均流速；k為污染物的衰減速度常數(shù)。三、穩(wěn)定源排放的基本模型解析解在環(huán)境介質(zhì)處于均勻穩(wěn)定的條件下，如果污染物穩(wěn)定排放，那么污染物在環(huán)境中的分布也將是穩(wěn)定的，這時污染物在某一空間位置的濃度將不會隨時間而變化，這種不隨時間變化的狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)（或稱動穩(wěn)態(tài)）一維穩(wěn)態(tài)模型的通解為：

對于保守或衰減物質(zhì)，久不應取正值；同時若給定初始條件為x=o時，C=C0，則一維穩(wěn)態(tài)模型式的解為：4kDv%4kDv%C=CQexpC=C^exp在推流存在的情況下，彌散作用在穩(wěn)態(tài)條件中往往可以忽略，此時:C=C^exp式中，C0表示起點處的污染物濃度;_Q^±+co=式中，Q表示河流的流量；q表示污水流量；C］表示河流中的污染物本底濃度;C2表示污水中的污染物濃度。訓練二：線性規(guī)劃、多變量時的靈敏度一、線性分析研究對象1、 有一定的人力、財力、資源條件下，如何合理安排使用，效益最高。2、 某項任務確定后，如何安排人、財、物，使之最省。問題的提出例如：某企業(yè)生產(chǎn)甲乙兩種產(chǎn)品，要用至A、B、C3種不同的原料。從工藝資料知道：每生產(chǎn)1噸甲產(chǎn)品，需要耗用3種原料分別為1,1,0單位；生產(chǎn)1噸乙產(chǎn)品，需要耗用3種原料分別是1,2,1單位。每天原料供應的能力分別為6,8，3單位。又知道每生產(chǎn)1噸甲產(chǎn)品，企業(yè)利潤收為300元，每生產(chǎn)1噸乙產(chǎn)品，企業(yè)利潤收為400元。問企業(yè)應如何安排生產(chǎn)計劃，使一天的總利潤最大?這樣一個簡單的生產(chǎn)計劃安排問題，就屬于我們-論的線性規(guī)劃范圍。建模過程為了準確地回答該問題，用數(shù)學語言來描述它。這個過程稱為建立其數(shù)學模型。假設所求甲、乙產(chǎn)品每天生產(chǎn)的數(shù)量分別為x1,x2,稱為決策變量，簡稱變量。因為產(chǎn)量是負數(shù)千，所以xl,x220，稱為非負約束。假設該企業(yè)在生產(chǎn)xl,x2的甲、乙產(chǎn)品后所得的總利潤為Z,顯然Z=3x1+4x2我們希望總利潤Z值能達到最大，這個關(guān)系或用公式表達:MaxZ=3x1+4x2給出的規(guī)劃問題往往講明了一些限制條件。如原料每天的耗用量不能超過每天的供應量8,3，這樣就約束了產(chǎn)品的生產(chǎn)量x1,x2o生產(chǎn)x1,x2甲、乙產(chǎn)品，其約束是對于A原料：x1+x2W6;對于B原料：x1+2x2W8;對于C原料：x2W3我們把數(shù)學公式歸納如下：MaxZ=3x1+4x2x1+x2W6x1+2x2W8x2W3x1,x220建模過程的一般形式線性規(guī)劃模型由三部分組成：一組決策變量；一個線性目標函數(shù)；一組約束方程。決策目標函數(shù)有些是求最大，而有些是希望目標函數(shù)最小，例如若目標表示生產(chǎn)費用，則希望生產(chǎn)費最小。無論最大還是最小，總之是求最優(yōu)。約束條件有些時候為小于某值，有些時候要求是大于某值，或者是等于某值。因此一般個決策變量，m個約束方程。二、多變量時的靈敏度1、 多變量時的靈敏度，設一個最優(yōu)化模型為MinZ=f(x,u,0)S.t.G(F,弘歹)=0式中，G為n維向量函數(shù)，2、 根據(jù)多元函數(shù)的微分方法，狀態(tài)變蜀維)對參數(shù)向量(p維)的一階靈敏度系數(shù)組成一個1Xp階矩陣：-dx{dxdx~oe3、目標函數(shù)對參數(shù)向量的一階靈敏度系數(shù)則組成一p維行向量：(dzmJ4、參數(shù)的變化除直接影響目標函數(shù)外，還通過狀態(tài)變量作用于目標函數(shù)，將狀態(tài)方程對參數(shù)微分：(dG\(de)=(o)如果的逆存在，則由上式得dxJ-dx{dxdx~oe3、目標函數(shù)對參數(shù)向量的一階靈敏度系數(shù)則組成一p維行向量：(dzmJ4、參數(shù)的變化除直接影響目標函數(shù)外，還通過狀態(tài)變量作用于目標函數(shù)，將狀態(tài)方程對參數(shù)微分：(dG\(de)=(o)如果的逆存在，則由上式得dxJ(dx'}(dGX'(dG\S0Jdx)de)將目標函數(shù)對參數(shù)微分，得(dz\\dd)\dx)\80)則目標函數(shù)對參數(shù)的靈敏度:pz^_(df\(dG\歹丿l飯丿{so)訓練三：水庫生態(tài)系統(tǒng)概念模型、WASP模型、水庫生態(tài)系統(tǒng)概念模型概念：湖泊水庫是一個比較封閉的水生生態(tài)系統(tǒng),有機磷、有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、等12個水質(zhì)項目。以磷為核心的湖泊水庫生態(tài)系統(tǒng)建模包括藻類、浮游動

含碳有機物的生化需氧量、溶解氧、總?cè)芙夤腆w和懸?。ˋD（ADIZ業(yè)丿+ in^+ GC-qC)AAininoutoutac+（v-v）ac二丄丄一般數(shù)學表達：at sazAazS式中：int表示發(fā)生在湖泊水庫內(nèi)部的各種過程。每個水質(zhì)項目C）的變化都可以看成是對時間的全微分,SdC—in^= —Adt二、WAPS模型原理：WAPS模型可對河流、湖泊、河口水庫等多種水體的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)進行模擬可以模擬水文動力學、河流一維不穩(wěn)定流、湖泊和河口三維不穩(wěn)定流、常規(guī)污染物（包括溶解氧、生物耗氧量、營養(yǎng)物質(zhì)以及海藻染）和有毒污染物（包括有機化學物質(zhì)、金屬和沉積物）在水中的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律，被稱為萬能水質(zhì)模型組成:WASP中由兩個獨立的計算機程序DYNHYD和WASP構(gòu)成，兩個程序可連續(xù)運行也可分開運行。力動力模型DYNHYD為水質(zhì)模擬提供必要的水力參數(shù)如流速、流量、水位等WASP由兩個子程序構(gòu)成，有毒污染物模型TOXI和富營養(yǎng)化模型EUTRO，分別模擬兩類典型的水質(zhì)問題：1.傳統(tǒng)污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律（包括DOBOD和富營養(yǎng)）2?有毒物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律（包括有機化學物質(zhì)、金屬、沉積物等）任意子模型都可和WASP連用。（一）水動力模型DYNHYD：適用于一維的水動力模擬，它描述在淺水系統(tǒng)中長波的傳播。適用條件：假流動是一維的，則它的流動加速度相對于流動方向可忽略；渠道水深可變動而水面寬度認為基本不變；波遠大于水深；底坡適度。巴一U巴+a+a+a運動方程：氏 金必f①幾au式中：at——時變加速度m/s2U竺dx——位變加速度m/s2ag入—沿渠道方向重力加速度m/s2阻力加速度m/s2a可，久 沿渠道方向風加速度m/s2

九一一渠道方向t 時間sU――沿渠道的流速m/sx――沿渠道的距離m6H 16Q 九一一渠道方向t 時間sU――沿渠道的流速m/sx――沿渠道的距離m6H 16Q ,,,連續(xù)性方程：/B式中：Q——流量m3/sB 寬度mH 水面寬度，m（二）WASP模型:可以用來分析多種水域的一個動態(tài)區(qū)段模型，以質(zhì)量守恒為基礎。這一原則要求對每種質(zhì)成分采用一種或幾種方法調(diào)查?；A方程是變化。公式如下：蘭=-—（UC）-—^UC）-—（UC）+—（EC）+?QC）+—（EC）+S+S+Sdt —x x —y y —z z —x x —y y —z zLBK式中水個平豺散遷移方程。它能描述任一水質(zhì)指標的時間與空間水質(zhì)成分濃度，mg/L時間，天Uz縱向、側(cè)向、垂直的流速m/sEz縱向、側(cè)向、垂直的擴散系數(shù)％2/s點源和非點源負荷g/'3d）邊界負荷（包括上游,動力轉(zhuǎn)換項（正為源,下游，底層和大氣）/'3d）負為匯）g/C3d）訓練四、建設項目環(huán)境風險評價流程、土壤侵蝕模型、建設項目環(huán)境風險評價流程二、土壤侵蝕模型

新一代土壤侵蝕模型WEPP:20世紀80年代中后期由美國USDA開發(fā)，該模型過程模擬清晰，可以直接應用于流域，但是計算量大，數(shù)據(jù)要求高。通用土壤流失方程USLE:綜合考慮了降雨、地形、植被、土壤及人為管理對土地侵蝕量的影響，被「泛應用于非點源模型中對土壤侵蝕的模擬。形式如下：X=RXKXLSXCXPx-土壤流失量；R-降雨侵蝕因子，是降雨侵蝕力的表征；K-土壤侵蝕因子，反應土壤容易遭受侵蝕的程度；LS-地形因子，是坡長和坡度的綜合影響因子；C-作物因子表示植物覆蓋和作物栽培對防止土壤侵蝕的作用；P-措施因子，反映土地處理措施對控制污染物的影響。雖然降雨侵蝕因子被用于表征土壤通用流失方程中的水也象條件，但該因子不能反映單場暴雨徑流對土壤的侵蝕。為了使通用土壤流失方程能用于預測暴雨事件中的土壤侵蝕過程，一USLE的修訂版把徑流因素的影響考慮到了方程中，以模擬單場暴雨土壤侵蝕和適應更復雜的地形。如下：A=11.8(VxQ)o.56xKxLSxCxPMUSLE： pA=(aR+bcVQiQxKxLSxCxPFoster和Meyer方程： pV-徑流的體積，m3；QP-峰值流量，m3/s；參數(shù)a、b和c為經(jīng)驗系數(shù)。其他可應用于非點源模型中土壤侵蝕模擬的模型還有一些基于物理過程的坡面流產(chǎn)沙和傳輸模型，這些模型考慮了一系列的水力學參數(shù)，如徑流量、流速和剪切力、水流能量等。他們可以被用作坡面流產(chǎn)沙和輸模型而被集成到非點源模型中。常用的坡面流沙模型有：卡林斯凱-布朗(Kalinske-Brown)方程 "雅林(雅林(Yalin)方程q=Pto.5（t-t）2s e伯格諾爾德(Bagnold)伯格諾爾德(Bagnold)方程q=yQhDj50qs-單位寬度坡面泥沙傳輸速率,g/(m?min)；t冰流剪切力，g/(cm?s2),剪切力定義為T=PgdSS-平均坡度，m/m；te-使泥沙開始傳輸?shù)呐R界剪切力,g/(cm?s)；-水的密度，g/cm3；g-重力加速度，cm/s2；訓練五：方案決策目標體系、情景風險方法、方案決策目標體系可按照方案總目標來細分，主要分為：環(huán)境目標、經(jīng)濟目標、工程目標、社會目標等。其中每個目標都可以再細分。環(huán)境目標：水質(zhì)目標、底質(zhì)目標、空氣質(zhì)量目標、噪聲目標、景觀目標、生物及生態(tài)目標污泥處置目標等。其中，水質(zhì)目標又含有：物理指標（懸浮固體、水溫增量）化學指標?H值、溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、非離子氨等）生物指標（大腸菌群、葉綠素等）、金屬指標（鎘、鎳、總鉻等）、營養(yǎng)物指標（總無機氮、總無機磷等）毒物指標（多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機磷農(nóng)藥等）經(jīng)濟目標:建設成本、土地機會成本、運行管理費用、凈現(xiàn)值等。工程目標：土地利用目標、工程可靠性目標、工程全性目標、工程兼容性目標、建設周期目標等。社會目標：城市建設目標、環(huán)境損益目標、人權(quán)健康目標水質(zhì)健康目標、水質(zhì)越界影響等。二、情景分析方法情景是預料或期望的一系列事件的梗概或模式對未來可能出現(xiàn)的情景進行分析，比較，選擇實現(xiàn)目標最為有利規(guī)劃的優(yōu)選情景，是情景分析的基本思路一個典型的情景分析過程應該包含一系列的階段，其中包情景生成、情景分析和情景決策三個主要步驟，整個情景分析過程是一個互動和不斷反饋的過程。情景分析的技術(shù)框架:階段一：認識問題闡明內(nèi)容一階段二：描述當前位置識別相關(guān)因素一階段三：分類、證明、選擇情景單兀f階段四：情景生成f階段五：情景分析f階段六：情景決策f情景推薦常用的項目風險識別方法及其分析風險識別是風險管理的基礎和重要組成部分，也稱作風險辨識，風險識別處于十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它為續(xù)的風險分析過程提供依據(jù)，有人認為，風險識別就是風險管理的開始。當前常用的項目風險識別方法大可以四類（1）通過專家經(jīng)驗獲取風險信息的識別方法包括頭腦風暴法、德爾菲法、咨詢法等;（2）參考現(xiàn)有、歷史資料獲取風險信息的識別方法，包括檢查表法、歷史資料法等）基于項目過程進行風險識別的方法，包括流程圖法、系統(tǒng)分解法、WBS法等;（4）其他風險識別方法，包括因果圖法、SWOT分析法等。訓練六：3E系統(tǒng)模型預測模型3E系統(tǒng)指的是:能源(Energy)一經(jīng)濟(Economy)一環(huán)境(Environment系統(tǒng)的研究主要是指為實現(xiàn)社會發(fā)展系統(tǒng)中能源、經(jīng)濟、環(huán)境三個子系統(tǒng)之間綜合平衡與協(xié)調(diào)發(fā)展寸各子系統(tǒng)之間交互作用程度測算方法和模型的研究。廣泛代表有MARKAL模型、MARKAI—MACRO模型、3Es模型。、MARKAL模型:是一個綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，在滿足給定的能源需求量和污染物排放量限制條件下，確定出使能源系統(tǒng)成本最小化的一次能源供應結(jié)構(gòu)和用能技術(shù)結(jié)構(gòu)。二、MARKAI-MACRO模型:是一個非線性動態(tài)規(guī)劃模型，耦合了MACRO模型與MARKAL模型。MACRO模型是宏觀經(jīng)濟模型，該模型中集成了新古典主義宏觀經(jīng)濟學的增長理論，其生產(chǎn)函數(shù)是以“柯布道格拉斯函數(shù)”為基礎建立的。曲卜靠嚴山⑺3同時MACRO模型是一個宏觀經(jīng)濟模型，生產(chǎn)函數(shù)采用比較簡單的嵌套不變替代彈性形式，基本投入要素為資本、勞動和各個部門的能源服務，產(chǎn)出用于投資、消費和支付能源費用，投資用于建立資本存量。生產(chǎn)函數(shù)方程如下：

MARKALMACROfdffl的眥川隔數(shù)如FiUTILITY=X hui/fj[Ie】^frt1LI *rIttf//<t)=JI門一 "wt/r-(/=- h洋i? Jrp廠-朗f"；i■仃、三、3Es模型:縊暮產(chǎn)陽爵加壞出于國申Bmpg*氓匸率璋由宏觀經(jīng)濟子模型、能源子模型和環(huán)境子模型組成。它包含31鎘方程模型，其中宏觀子模型包括81個方程，能原子模型包含550個方程。主要通過模擬宏觀經(jīng)濟、能源、環(huán)境三者之間的關(guān)系縊暮產(chǎn)陽爵加壞出于國申Bmpg*氓匸率璋由宏觀經(jīng)濟子模型、能源子模型和環(huán)境子模型組成。它包含31鎘方程模型，其中宏觀子模型包括81個方程，能原子模型包含550個方程。主要通過模