水质模型1-3章.ppt
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ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型水处理数学模型水处理数学模型(水质数学模型水质数学模型)山东建筑大学山东建筑大学山东建筑大学山东建筑大学市政与环境工程学院市政与环境工程学院市政与环境工程学院市政与环境工程学院李李李李梅梅梅梅ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型课程内容课程内容:
以环境(水环境)系统为研究对象以环境(水环境)系统为研究对象,通过分析、通过分析、综合综合,建立数学模型建立数学模型,以寻求系统的最优或较满意的规划方案。
以寻求系统的最优或较满意的规划方案。
环境系统规划:
环境系统规划:
运用现代科技的最新技术运用现代科技的最新技术系统工程和系统工程和计算机方法来解决环境系统的规划方法。
计算机方法来解决环境系统的规划方法。
环境系统特点环境系统特点:
v是一个涉及到社会、经济、环境、资源等方面的问题是一个涉及到社会、经济、环境、资源等方面的问题v是一个多变量、多目标、多层次的复杂系统问题是一个多变量、多目标、多层次的复杂系统问题水环境系统数学模型类型:
水环境系统数学模型类型:
v各类水体的水质模型、生态模型、污水处理和输送过程各类水体的水质模型、生态模型、污水处理和输送过程的模型的模型v各类工程实施的经济模型、效益费用分析模型各类工程实施的经济模型、效益费用分析模型v水质评价模型、规划模型水质评价模型、规划模型ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型课程内容课程内容Chapter1Chapter1系统与系统工程系统与系统工程系统与系统工程系统与系统工程Chapter2Chapter2系统分析系统分析系统分析系统分析Chapter3Chapter344最优化技术最优化技术最优化技术最优化技术(网络技术网络技术网络技术网络技术)ChapterChapter55环环环环境境境境系系系系统统统统数数数数学学学学模模模模型型型型(邢邢邢邢老老老老师师师师讲讲讲讲授授授授)Chapter6Chapter677系统预测系统预测系统预测系统预测(决策分析决策分析决策分析决策分析)ChapterChapter88城市污水排海工程城市污水排海工程城市污水排海工程城市污水排海工程Chapter9Chapter9环境污染控制系统规划环境污染控制系统规划环境污染控制系统规划环境污染控制系统规划ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型本课程主要参考书籍本课程主要参考书籍1.环境环境系统工程系统工程.韦鹤平韦鹤平.同济大学出版社同济大学出版社2.2.水污染控制系统规划水污染控制系统规划.傅国伟傅国伟,程声通程声通.清华大学出版清华大学出版社社33.河流水质数学模型及其模拟计算河流水质数学模型及其模拟计算.傅国伟傅国伟.中国环境中国环境科学出版社科学出版社4.4.系统分析系统分析.顾培亮顾培亮.机械工业出版社机械工业出版社5.5.中国水环境预测与对策概论中国水环境预测与对策概论.刘鸿亮刘鸿亮,韩国钢韩国钢.中国中国环境科学出版社,环境科学出版社,198819886.6.最优化技术应用最优化技术应用.韦鹤平韦鹤平.同济大学出版社同济大学出版社.7.7.优化与决策优化与决策.徐裕生徐裕生.陕西科学技术出版社陕西科学技术出版社.2004.2004ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型Chapter1系统与系统工程系统与系统工程1.11.11.11.1系统系统系统系统(System)System)System)System)集合性:
集合性:
2个要素构成集合体个要素构成集合体相关性:
内在要素的相互作用相互联系相关性:
内在要素的相互作用相互联系目的性:
有规定目的、功能目的性:
有规定目的、功能(不可控自然系统除外不可控自然系统除外)环境适应性:
适应系统外部环境的变化环境适应性:
适应系统外部环境的变化v基本特征基本特征:
“极其复杂的研究对象,即由相互作用和相互依赖的极其复杂的研究对象,即由相互作用和相互依赖的若干若干组成部分组合成具有特定功能的有机整体,它又组成部分组合成具有特定功能的有机整体,它又从属于一个更大系统的组成部分从属于一个更大系统的组成部分”(钱学森钱学森)。
v定义定义:
ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型(11)按组成的属性分为)按组成的属性分为v自然系统自然系统:
海洋、大气、生态系统等:
海洋、大气、生态系统等v人造系统人造系统:
工业、给排水、污染监测控制等:
工业、给排水、污染监测控制等v复复合合系系统统:
利利用用自自然然系系统统为为人人类类服服务务建建造造的的系系统统,气气象象预报等预报等(22)按形态分)按形态分v实体系统实体系统:
物体实体,如管道构件、机械:
物体实体,如管道构件、机械v概概念念系系统统:
由由概概念念、原原理理、法法规规等等组组成成,如如法法律律系系统统、教育系统教育系统v分类分类:
ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型(33)按所处的状态分)按所处的状态分v静态系统静态系统:
不随时间变化的系统:
不随时间变化的系统v动态系统动态系统:
随时间变化的系统:
随时间变化的系统(44)按照规模分)按照规模分v小型系统小型系统v中型系统中型系统v大型系统大型系统ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型1.21.2系统工程系统工程(SystemEngineering)SystemEngineering)系统工程是一门新兴的高度综合的科学,是一种组织管系统工程是一门新兴的高度综合的科学,是一种组织管理的科学方法。
把研究的对象看成一个系统,解决如何对系理的科学方法。
把研究的对象看成一个系统,解决如何对系统进行规划、治理、组织和管理,使之获得最佳效益。
统进行规划、治理、组织和管理,使之获得最佳效益。
vv系统工程的产生发展:
系统工程的产生发展:
系统工程的产生发展:
系统工程的产生发展:
20世纪世纪40年代正式形成年代正式形成5060年代逐步形成较为完整的体系年代逐步形成较为完整的体系70年代得到广泛应用,进入初步成熟阶段年代得到广泛应用,进入初步成熟阶段ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型环境系统工程的产生:
环境系统工程的产生:
人类社会的发展,环境问题越来越严重,尤其是二人类社会的发展,环境问题越来越严重,尤其是二人类社会的发展,环境问题越来越严重,尤其是二人类社会的发展,环境问题越来越严重,尤其是二战之后生产的工业化程度的提高,战之后生产的工业化程度的提高,战之后生产的工业化程度的提高,战之后生产的工业化程度的提高,八大公害事件的八大公害事件的八大公害事件的八大公害事件的发生发生发生发生。
与污染环境作斗争的三个经历:
与污染环境作斗争的三个经历:
与污染环境作斗争的三个经历:
与污染环境作斗争的三个经历:
u净水系统(净水系统(净水系统(净水系统(6060年代中期之前)年代中期之前)年代中期之前)年代中期之前)u污水处理系统(污水处理系统(污水处理系统(污水处理系统(6060年代末、年代末、年代末、年代末、7070年代初)年代初)年代初)年代初)u水环境系统水环境系统水环境系统水环境系统、生态环境系统等生态环境系统等生态环境系统等生态环境系统等(7070年代以后)年代以后)年代以后)年代以后)研究水污染控制系统,使水环境恢复,符合研究水污染控制系统,使水环境恢复,符合研究水污染控制系统,使水环境恢复,符合研究水污染控制系统,使水环境恢复,符合“可持可持可持可持续发展续发展续发展续发展”原则原则原则原则ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型vv系统工程的原则:
系统工程的原则:
1.整体性原则:
全面、整体整体性原则:
全面、整体2.综合性原则:
目标多样性,方法、方案多综合性原则:
目标多样性,方法、方案多样性样性3.优化性原则:
实现最佳目标体系优化性原则:
实现最佳目标体系4.模型化原则:
模拟与仿真模型化原则:
模拟与仿真5.交互性原则:
决策者与系统的信息交换交互性原则:
决策者与系统的信息交换ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型vv研究步骤:
研究步骤:
1.明确和提出问题明确和提出问题2.建立数学模型建立数学模型3.求解数学模型求解数学模型4.模型验证模型验证5.结果实施结果实施ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型1.31.3模型化模型化模型化模型化1.3.11.3.11.3.11.3.1分类分类分类分类物理模型图形模型数学模型宏观模型微观模型按基本分类按基本分类按基本分类按基本分类:
按问题出发点按问题出发点按问题出发点按问题出发点ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型水质模型大气模型生态模型经济模型预测模型决策模型最优化模型按对象可分为按对象可分为按对象可分为按对象可分为按用途可分为按用途可分为按用途可分为按用途可分为ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型1.3.21.3.2数学模型分类数学模型分类数学模型分类数学模型分类过程过程1.明确建模目的明确建模目的2.提出要解决的具体问题提出要解决的具体问题3.构思构思(构造构造)模型系统模型系统4.收集相关资料收集相关资料5.设置变量和参数设置变量和参数6.建模建模7.模型检验模型检验8.模型标准化模型标准化(归一化、通用性归一化、通用性)9.模型运行模型运行1.3.31.3.3模型化程序模型化程序模型化程序模型化程序静态静态数值数值解析解析数值数值解析解析动态动态确定确定随机随机数值数值解析解析数值数值解析解析确定确定随机随机数学模型数学模型ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型1.41.4系统工程的应用系统工程的应用系统工程的应用系统工程的应用1.4.11.4.1应用领域应用领域应用领域应用领域涉及人类活动的各个领域涉及人类活动的各个领域(p10p10表表1.1)1.1)自然环境保护(生态保护)古迹保护土壤保护水生保护野生保护草原保护森林保护环境管理固体废物管理城市规划管理土地利用管理工企环境管理水资源管理环境监测食品监测生物监测土壤监测水质监测大气监测污染控制废能控制固体废弃物控系统水体污控系统大气污控系统微波辐射热噪声振动环境保护系统1.4.21.4.2环境系统工程环境系统工程环境系统工程环境系统工程环境系统的构成ShandongJianzhuUniversity水质数学模型水质数学模型
(一)大环境系统一)大环境系统一)大环境系统一)大环境系统nn水域:
排污量,污径比(水域:
排污量,污径比(水域:
排污量,污径比(水域:
排污量,污径比(p13p13表表表表1.2)1.2)nn大气:
排污大气:
排污大气:
排污大气:
排污nn生态系统:
人类活动涉及的各个方面生态系统:
人类活动涉及的各个方面生态系统:
人类活动涉及的各个方面生态系统:
人类活动涉及的各个方面
(二)城市生态系统
(二)城市生态系统
(二)城市生态系统
(二)城市生态系统:
城市建设、生活生产环境与质量提高:
城市建设、生活生产环境与质量提高:
城市建设、生活生产环境与质量提高:
城市建设、生活生产环境与质量提高(三)污染控制(三)污染控制(三)污染控制(三)污染控制nn典型系统:
典型系统:
典型系统:
典型系统:
1.1.流域系统流域系统流域系统流域系统(如河流如河流如河流如河流)2.2.城镇给排水系统城镇给排水系统城镇给排水系统城镇给排水系统(取水、处理、排放等取水、处理、排放等取水、处理、排放等取水、处理、排放等)3.3.污水处理污水处理污水处理污水处理系统系统
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- 水质 模型