[拼音]：huanjing shuxue moshi

[外文]：environmental mathematical model

環(huán)境體系變化規(guī)律的數學描述。在不改變原型體系的情況下，用于檢驗環(huán)境管理政策和污染控制措施的效果，或用于估計污染物的物理、化學和生物狀態(tài)變化對環(huán)境質量的影響。

建立環(huán)境數學模式的目的在于：預測環(huán)境的污染狀況，為規(guī)劃、控制環(huán)境污染和評價環(huán)境質量提供數據;為環(huán)境污染警報、環(huán)境管理系統(tǒng)運轉調節(jié)提供科學依據；研究環(huán)境污染特征以及環(huán)境容量、環(huán)境污染現象及其過程；驗證環(huán)境監(jiān)測數據。在環(huán)境設計付諸實施以前，環(huán)境數學模式可為模擬系統(tǒng)提供有效的方法。環(huán)境數學模式還可為環(huán)境設計家提供比較可選擇對象、評價兩個或多個作用過程之間增量效應的依據。借助于電子計算機，模式擴大了可選擇的處理對象，有可能獲得接近最佳情況的最終設計。

美國的環(huán)境衛(wèi)生工程師H.W.斯特里特和E.B.費爾普斯在1925年建立了第一個環(huán)境污染數學模式，稱為斯特里特－費爾普斯方程。數學模擬、系統(tǒng)分析和計算機技術同環(huán)境污染控制技術相結合，成為一個新的學科──環(huán)境系統(tǒng)工程。環(huán)境數學模式應用于環(huán)境科學的許多分支學科。它以環(huán)境科學各個分支學科的知識為基礎，反過來又促使環(huán)境科學各分支學科所研究的物質運動形態(tài)從定性描述發(fā)展到定量描述。

環(huán)境數學模式從理論上可以分為靜態(tài)的或是動態(tài)的，部分的或是完全的，集聚的或是解聚的，確定的或是隨機的。當在物理意義上將模式建立起來時，可以將它公式化，并且應用于預報和工程設計。

根據所描述的對象，環(huán)境數學模式可以分為區(qū)域污染模式、水體質量模式、地下水污染模式、水力模式、大氣污染模式）、大氣煙羽擴散模式、污染物遷移模式、熱污染模式和最優(yōu)化環(huán)境管理模式。

模式的建立步驟是：

（1）概念表述：確定模式在時間和空間上的規(guī)模和范圍；將物理體系描述為分立因素的一個連續(xù)區(qū)域，即具有一定形狀、體積以及系統(tǒng)的集合分量的空間關系的網絡。其中包括適當變量的選擇。

（2）函數表達:用數學公式來描述體系每一個分量的過程，功能以及相互關系；確定在其范圍內必須模擬的邊界條件；確定表征體系響應的參數，制作模式的結構。

（3）模式參數的估計和靈敏度的識別：在野外或實驗室的測量數據的基礎上，使用適當的參數估計方法來確定模式中所出現的各種參數。參數估計方法分為線外法和遞歸法（線內法）兩種。線外法是在每一次通過給定的一組 N個數據樣品的迭代之后來重復估計的一種“爬坡”參數估計法。遞歸法是在一組N 次取樣觀察中每一次取樣所采用的一種參數估計方法。模式的可變性是模擬過程所有階段的基礎，而模式的靈敏度正是這種可變性的一種量度。所謂靈敏度就是與另外一個因子的變化有關的某一因子變化的速度。如果這一步的結果不滿意，則必須重新建立模式并重復上述每個步驟。

（4）模式有效性的驗證：如果一個模式僅僅對于一套數據有重現性，那么它還沒有預報能力。為了確定已建立的模式是否具有預報能力，必須使用新的野外觀察數據（即與估計參數時所使用的數據無關的數據）來驗證模式的有效性。如果驗證結果不滿意，就必須從頭開始重復上述步驟來建立新的模式。

（5）計算表達和模式應用：選擇求解技術；變換函數表達式為適合于求解的形式；形成輸入和輸出；應用已建立的模式解決實際問題。

真實的環(huán)境是一個十分復雜多變的體系，所以模式只能近似地反映真實環(huán)境的情況。環(huán)境數學模式今后趨勢是向非點源模式和化學及生物反應模式發(fā)展，從而使模式能更充分地反映環(huán)境體系內部的真實狀態(tài)。

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標簽：環(huán)境數學模式

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文章名稱：《環(huán)境數學模式》

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