环境模型实习报告

广东海洋大学

实习报告

姓名		性别		学号
分院	化学与环境学院	专业	环境科学	班级
实习单位	广东海洋大学	实习岗位		实习时间
文具盒生产过程实习单位主要负责人姓名
实习单位指导教师姓名		杨毓峰
实习单位地址		广东省湛江市麻章区湖光镇广东海洋大学主校区
实习单位简介：广东海洋大学（Guangdong Ocean University）坐落于海滨城市湛江市，是广东省人民政府和国家海洋局共建的广东省重点建设大学之一，是一所以海洋、水产、食品学科为特，理、工、农、文、经、管、法、教、艺等学科协调发展，以应用学科为主体的多科性海洋大学。是具有“学士、硕士、博士”完整学位授权体系的大学，也是广东省高水平大学重点学科建设项目高校。
实习内容及时间安排：（内容较多时可增加页面。标题4号，宋体，左起顶格。内容小4号，宋体。）一、主要任务与目标：二、主要内容与基本要求：三、计划进度：
实习情况汇报： (请按实习时间或实习内容顺序进行陈述。要求2000字（包括图表）以上，小4号宋体，行距18～22磅) 训练一：模型分类、一维基本模型和稳态解一、模型分类实际世界中应用模型分为具体模型和抽象模型两大类，其中具体模型可分为模拟模型（如电模拟、模拟计算机模拟），实物模拟（如建筑模型、风洞模型等）；抽象模型可分为数学模型（如方程式、函数、逻辑关系等），图像模型（如流程图、方向图、框图等），计算机程序模型（如计算程序、模拟程序等）。在此基础上还可以进一步细分。按照变量与时间的关系，可以分为动态模型和稳态模型。模型变量随着时间变化的模型称为动态模型，反之则称为稳态模型。按照变量之间的关系，可以分为线性模型和非线性模型。前者各个变量之间呈线性关系，后者则为非线性关系。按照变量的变化规律可以分为确定性模型和随机模型。变量的变化服从某种确定规律的模型称为确定性模型，变量随机变化的模型称为随机模型。按照模型的用途可以分为模拟模型和管理模型。模拟模型用于描述研究对象的运动规律，管理模型则用于辅助方案的选择和决策。按照模型参数的性质，可以分为集中参数模型和分布参数模型。在数学模型中存在模型变量、运算符号和各种参数。参数随着时间、空间变化的模型称为分布参数模型，否则称为集中参数模型。二、一维基本模型一维基本模型是指描述在一个空间方向上存在的环境质量变化，即存在污染物浓度梯度的模型。一维模型较多地应用于比较长而狭窄的河流水质模拟。均匀流场中的一维基本环境质量模型：式中，C为污染物浓度，它是时间t和空间位置x的函数；Dx为纵向弥散系数；μx为断面平均流速；k为污染物的衰减速度常数。三、稳定源排放的基本模型解析解在环境介质处于均匀稳定的条件下，如果污染物稳定排放，那么污染物在环境中的分布也将是稳定的，这时污染物在某一空间位置的浓度将不会随时间而变化，这种不随时间变化的状态称为稳态（或称动稳态）。一维稳态模型的通解为：对于保守或衰减物质，λ不应取正值；同时若给定初始条件为x=0时，C=C0，则一维稳态模型式的解为：在推流存在的情况下，弥散作用在稳态条件中往往可以忽略，此时：式中，C0表示起点处的污染物浓度；式中， Q表示河流的流量；q表示污水流量；C1表示河流中的污染物本底浓度；C2表示污水中的污染物浓度。训练二：线性规划、多变量时的灵敏度一、线性分析研究对象 1、有一定的人力、财力、资源条件下，如何合理安排使用，效益最高。 2、某项任务确定后，如何安排人、财、物，使之最省。问题的提出卫星星历例如：某企业生产甲乙两种产品，要用到A、B、C 3种不同的原料。从工艺资料知道：每生产1吨甲产品，需要耗用3种原料分别为1，1，0单位；生产1吨乙产品，需要耗用3种原料分别是1，2，1单位。每天原料供应的能力分别为6，8，3单位。又知道每生产1吨甲产品，企业利润收为300元，每生产1吨乙产品，企业利润收为400元。问企业应如何安排生产计划，使一天的总利润最大？这样一个简单的生产计划安排问题，就属于我们讨论的线性规划范围。建模过程为了准确地回答该问题，用数学语言来描述它。这个过程称为建立其数学模型。（1）假设所求甲、乙产品每天生产的数量分别为x1,x2，称为决策变量，简称变量。因为产量是一个非负数千，所以x1,x2≥0,称为非负约束。（2）假设该企业在生产x1，x2的甲、乙产品后所得的总利润为Z，显然Z=3x1+4x2。我们希望总利润Z值能达到最大，这个关系或用公式表达：Max Z=3x1+4x2 （3）给出的规划问题往往讲明了一些限制条件。如原料每天的耗用量不能超过每天的供应量6，8，3，这样就约束了产品的生产量x1,x2。生产x1,x2甲、乙产品，其约束是对于A原料： x1+x2≤6; 对于B原料：x1+2x2≤8; 对于C原料：x2≤3 我们把数学公式归纳如下： Max Z=3x1+4x2 x1+x2≤6 x1+2x2≤8 x2≤3 x1,x2≥0 建模过程的一般形式线性规划模型由三部分组成：（1）一组决策变量；（2）一个线性目标函数；（3）一组约束方程。决策目标函数有些是求最大，而有些是希望目标函数最小，例如若目标表示生产费用，则希望生产费用最小。无论最大还是最小，总之是求最优。约束条件有些时候为小于某值，有些时候要求是大于某值，或者是等于某值。因此一般有n个决策变量，m个约束方程。二、多变量时的灵敏度 1、多变量时的灵敏度，设一个最优化模型为式中，G为n维向量函数， 2、根据多元函数的微分方法，状态变量(n维)对参数向量 ( p 维)的一阶灵敏度系数组成一个n X p 阶矩阵： 3、目标函数对参数向量的一阶灵敏度系数则组成一p维行向量： 4、参数的变化除直接影响目标函数外，还通过状态变量作用于目标函数，将状态方程对参数微分：训练三：水库生态系统概念模型、WASP模型一、水库生态系统概念模型概念：湖泊水库是一个比较封闭的水生生态系统，以磷为核心的湖泊水库生态系统建模包括藻类、浮游动物、有机磷、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、含碳有机物的生化需氧量、溶解氧、总溶解固体和悬浮物等12个水质项目。一般数学表达：式中：表示发生在湖泊水库内部的各种过程。每个水质项目（C）的变化都可以看成是对时间的全微分，即二、WAPS模型原理：WAPS模型可对河流、湖泊、河口水库等多种水体的稳态和非稳态进行模拟，可以模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物（包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染）和有毒污染物（包括有机化学物质、金属和沉积物）在水中的迁移和转化规律，被称为万能水质模型。组成：WASP 中由两个独立的计算机程序DYNHYD 和WASP 构成，两个程序可连续运行也可分开运行。水动力模型DYNHYD 为水质模拟提供必要的水力参数如流速、流量、水位等。WASP 由两个子程序构成，有毒污染物模型TOXI 和富营养化模型EUTRO ，分别模拟两类典型的水质问题：1.传统污染物的迁移转化规律（包括DO BOD 和富营养） 2.有毒物质迁移转化规律（包括有机化学物质、金属、沉积物等）。任意子模型都可和WASP 连用。（1）水动力模型DYNHYD：适用于一维的水动力模拟，它描述在浅水系统中长波的传播。适用条件：假定流动是一维的，则它的流动加速度相对于流动方向可忽略；渠道水深可变动而水面宽度认为基本不变；波长远大于水深；底坡适度。运动方程：式中：——时变加速度m/ ——位变加速度m/ ——包装内托沿渠道方向重力加速度m/ ——阻力加速度m/ ——沿渠道方向风加速度m/ ——渠道方向 ——时间s ——沿渠道的流速m/s ——沿渠道的距离m 连续性方程：式中：Q——流量/s B——宽度 m喷粉房 H——水面宽度，m （2）WASP模型:可以用来分析多种水域的一个动态区段模型，以质量守恒为基础。这一原则要求对每种水质成分采用一种或几种方法调查。基础方程是一个平移-扩散迁移方程。它能描述任一水质指标的时间与空间变化。公式如下：式中：水质成分浓度，mg/L 时间，天、、纵向、侧向、垂直的流速 m/s 、、纵向、侧向、垂直的扩散系数点源和非点源负荷边界负荷（包括上游，下游，底层和大气）动力转换项（正为源，负为汇）训练四、建设项目环境风险评价流程、土壤侵蚀模型一、建设项目环境风险评价流程二、土壤侵蚀模型新一代土壤侵蚀模型WEPP：20世纪80年代中后期由美国USDA开发，该模型过程模拟清晰，可以直接应用于流域，但是计算量大，数据要求高。通用土壤流失方程USLE：综合考虑了降雨、地形、植被、土壤及人为管理对土地侵蚀量的影响，被广泛应用于非点源模型中对土壤侵蚀的模拟。形式如下： -土壤流失量； -降雨侵蚀因子，是降雨侵蚀力的表征； -土壤侵蚀因子，反应土壤容易遭受侵蚀的程度； -地形因子，是坡长和坡度的综合影响因子； -作物因子表示植物覆盖和作物栽培对防止土壤侵蚀的作用；代码转换 -措施因子，反映土地处理措施对控制污染物的影响。虽然降雨侵蚀因子被用于表征土壤通用流失方程中的水文-气象条件，但该因子不能反映单场暴雨径流对土壤的侵蚀。为了使通用土壤流失方程能用于预测暴雨事件中的土壤侵蚀过程，一些USLE的修订版把径流因素的影响考虑到了方程中，以模拟单场暴雨土壤侵蚀和适应更复杂的地形。如下： MUSLE： Foster和Meyer方程： -径流的体积，m3；-峰值流量，m3/s；参数a、b和c为经验系数。其他可应用于非点源模型中土壤侵蚀模拟的模型还有一些基于物理过程的坡面流产沙和传输模型，这些模型考虑了一系列的水力学参数，如径流量、流速和剪切力、水流能量等。他们可以被用作坡面流产沙和传输模型而被集成到非点源模型中。常用的坡面流沙模型有：卡林斯凯-布朗（Kalinske-Brown）方程雅林（Yalin）方程伯格诺尔德（Bagnold）方程 -单位宽度坡面泥沙传输速率，g/(m·min)； -水流剪切力，g/(cm·s2)，剪切力定义为； -平均坡度，m/m； -使泥沙开始传输的临界剪切力，g/(cm·s)； -水的密度，g/cm3； g-重力加速度，cm/s2；训练五：方案决策目标体系、情景风险方法一、方案决策目标体系可按照方案总目标来细分，主要分为：环境目标、经济目标、工程目标、社会目标等。其中每个目标都可以再细分。环境目标：水质目标、底质目标、空气质量目标、噪声目标、景观目标、生物及生态目标、污泥处置目标等。其中，水质目标又含有：物理指标（悬浮固体、水温增量）、化学指标（pH值、溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量、非离子氨等）、生物指标（大肠菌、叶绿素a等）、金属指标（镉、镍、总铬等）、营养物指标（总无机氮、总无机磷等）、毒物指标（多环芳烃、多氯联苯、有机磷农药等）。经济目标：建设成本、土地机会成本、运行管理费用、净现值等。工程目标：土地利用目标、工程可靠性目标、工程安全性目标、工程兼容性目标、建设周期目标等。社会目标：城市建设目标、环境损益目标、人权健康目标、水质健康目标、水质越界影响等。二、情景分析方法情景是预料或期望的一系列事件的梗概或模式对未来可能出现的情景进行分析，比较，选择实现目标最为有利规划的优选情景，是情景分析的基本思路一个典型的情景分析过程应该包含一系列的阶段，其中包括情景生成、情景分析和情景决策三个主要步骤，整个情景分析过程是一个互动和不断反馈的过程。情景分析的技术框架：阶段一：认识问题阐明内容→阶段二：描述当前位置识别相关因素→阶段三：分类、证明、选择情景单元→阶段四：情景生成→阶段五：情景分析→阶段六：情景决策→情景推荐常用的项目风险识别方法及其分析风险识别是风险管理的基础和重要组成部分，也称作风险辨识，风险识别处于十分关键的环节，它为后续的风险分析过程提供依据，有人认为，风险识别就是风险管理的开始。当前常用的项目风险识别方法大致可以四类:(1)通过专家经验获取风险信息的识别方法，包括头脑风暴法、德尔菲法、咨询法等;(2)参考现有、历史资料获取风险信息的识别方法，包括检查表法、历史资料法等;(3)基于项目过程进行风险识别的方法，包括流程图法、系统分解法、WBS法等;(4)其他风险识别方法，包括因果图法、SWOT分析法等。训练六：3E系统模型预测模型 3E系统指的是：能源( Energy) —经济( Economy) —环境( Environment )系统的研究主要是指为实现社会发展系统中能源、经济、环境三个子系统之间综合平衡与协调发展,对各子系统之间交互作用程度测算方法和模型的研究。广泛代表有MARKAL模型、MARKAI－MACRO模型、3Es模型。一、MARKAL模型：是一个综合能源系统优化模型，在满足给定的能源需求量和污染物排放量限制条件下，确定出使能源系统成本最小化的一次能源供应结构和用能技术结构。二、MARKAI－MACRO模型：是一个非线性动态规划模型，耦合了 MACRO模型与MARKAL模型。 MACRO模型是宏观经济模型，该模型中集成了新古典主义宏观经济学的增长理论，其生产函数是以“柯布道格拉斯函数”为基础建立的。同时MACRO模型是一个宏观经济模型，生产函数采用比较简单的嵌套不变替代弹性形式，基本投入要素为资本、劳动和各个部门的能源服务，产出用于投资、消费和支付能源费用，投资用于建立资本存量。生产函数方程如下：三、3Es模型: 由宏观经济子模型、能源子模型和环境子模型组成。它包含631镉方程模型，其中宏观子模型包括81个方程，能原子模型包含550个方程。主要通过模拟宏观经济、能源、环境三者之间的关系能源、经济、环境三者之间存在相互联系相互制约的复杂关系．并构成一个大的系统。其中经济子系统是3E系统的核心，能源和环境都为这个核心服务：反过来，经済系统也为能源和环境提供资金和物质支持。环境子系统是3E系统的载体，为经济和能源活动提供场所：能源子系统是3E系统的物质基础．为经济发展和坏境保护提供动力支持。根据书本对3E系统各组成部分及其影响因素构建了联立方程模型．并利用单方程估计法和系统估计法得到结论为：（1）资本投入、能源消费与经济增长呈正相关．环境污染、劳动投入与经济增长呈负相关：（2）经济增长和坏境恶化都会引起能源消费量的增加，上期能耗量的增加会抑制本期能源的消费需求：（3）能源消费量的增加会使环境质量恶化，经济增长和第三产业比例的增加有利于降低坏境污染程度。环境数学模型应用技能训练实习报告评分标准：目的明确性： a（明确） b（较明确） c（一般）卧式双轴搅拌机 d（不明确）内容充实性：a（充实） b（较充实） c（一般） d（不充实）小结结论准确性：a（准确） b（较准确） c（一般） d（不准确）完成状况： a（好） b（较好） c（一般） d（不好）成绩： a（优） b（良好） c（及格） d（不及格）教师评语：该学生实习目的（明确/较明确/一般/不明确），报告内容（充实/较充实/一般/不充实），小结结论（准确/较准确/一般/不准确），完成状况（好/较好/一般/不好），总分为__________。教师签名：杨毓峰日期：年月日