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1、环 境 系 统 分 析,第二章 环境问题的模型化,一、模型与模拟 1、模型 对真实系统的描述且是一种抽象。 形象模型（放大、缩小） 模型 抽象模型（符号、图表）,模拟模型（如电路 系统模拟力学系统等） 抽象模型（符号、图表） 概念模型（质点、理 想气体、原子结构） 数学模型（用数学语 言表达） 2、模拟 模型建立后，在人为控制的条件下，通过改变特定参数来观察分析模型的响应，预测真实环境条件下实际系统的行为，这一过程称为模拟。,主要采用计算机模拟，分为两大类。 连续模拟（用状态连续变化的模型） 模拟 离散模拟（用状态不连续变化的模型， 或将连续模型离散化后进行离散模拟） 河流水质模型可描述状态的
2、连续变化，但由于监测的不连续性常将问题离散化，进行离散模拟。,3、数学模型概述（着重于系统问题的数学模型） 定义：应用数学语言和方法来描述环境污染过程中的物理，化学，生物化学，生物生态以及社会等方面的内在规律和相互关系的数学方程。,建立过程: 它是建立在对环境系统进行反复的观察研究，通过实验或现场监测取得了大量的有关信息和数据，进而对所研究的系统行为动态、过程本质和变化规律有了较深刻认识的基础上，经过简化和数学演绎而得出的一些数学表达关系，这些表达关系描述了环境系统中各变量及其参数间的关系。,应用 在环境问题中的应用分三类： A、环境规划和管理中的应用 如：制定环境质量标准和排放标准。 确定减
3、少排放污染物的数量。 对不同治理方案的经济性，有效性的分析。,B、环境影响评价和环境质量预测中的应用 如：新、改扩工程的环境影响评价（污染因子识别，污染程度预测模式等）。 对城市结构变化、人口增长、污染物增长、能源结构改变和经济发展等造成环境质量变化进行预测。,C、污染物治理和给水、排水、水资源利用等方面应用 如：城市污水处理流程优化、污染治理最佳运行控制、给排水管网系统的优化、多目标水资源开发等。,系统模型化的基本理论（4种） a“黑箱”理论 对环境系统内部结构和行为不清楚，通过实验或现场实测方法得到系统输入输出规律，常用传递函数来描述系统。 b“白箱”理论 对环境系统内部结构和行为已掌握清
4、楚，应用已知的科学知识进行描述。,c“灰箱”理论 介于上述两者之间，对系统内部结构和行为的主要部分清楚，其他部分不清楚，是“白箱”与“黑箱”理论相结合的一种方法。 d数理统计和分析的理论 对属于“黑箱”但又不能进行实验的系统，采用数理统计和分析的方法建立系统模型的理论和方法。在环境系统预测模型中应用居多。,4、数学模型分类,a按模型变量的随机性分： 确定性模型：输入、输出均确定 非确定性模型：输入是随机的，解是不稳定的，不具有唯一性。 b按随时间变化规律分： 稳态模型：系统内物质量不随时间而变 动态模型：系统内的物持量随时间而变。,c. 按空间维数分： 一维模型，仅一个方向上有梯度。 二维模型
5、，二个方向上有梯度。 三维模型，三个方向上有梯度。 d按物质的输移特性分： 平流模型，可忽略扩散项时。 扩散模型，可忽略平流项时。 平流扩散模型，两项均不可忽略时。,e按反应动力学的性质可分为： 纯输移模型 纯反应模型 输移及反应模型 生态模型,5. 数学模型的建立步骤（5步）,参数估计：如弥散系数E、生物降解系数k1、大气复氧系数k2等的估值。 参数估计数值准确与否，关系到模型的实际应用中能否正确模拟实际情况，是项极其重要的工作。 实际上，水质模拟过程，也就是对系统模型进行识别，对模型参数进行估计，再用实际观测值进行检验、调整的反复试验过程。,模型检验：检验与实际情况的吻合程度。 原因：建模时作过一些假定。原始数据误差可能使参数估计产生误差。 灵敏度分析：模型参数变动时造成的影响。首先变动一个参数，其余参数保持不变，然后检查目标函数的变化程度，若变化不大，说明目标函数对这个参数不敏感，对这个参数的估计可不要求很准确，若特别不敏感，说明这个参数在该模型中是多余的，可剔除。,谢谢各位! 请提宝贵意见.,
