应用数理统计在市政工程中的运用

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1、正交试验在水处理中的应用研究摘要数理统计学是数学的一个分支学科。研究怎样去冇效地收集、整理和分析带冇随机性的数据，以对所考察问题作出推断或预测，直至为采収一定的决策和行动提供依据和建议。虽然应用数理统计从学科实质上來说属于数学的一个分支学科，但是它是应用性很强的一门学科，其关于数据釆集以及统计推断两方面的理论和研究方法在许多行业（如物理、化学、工程、牛物、经济、社会等）中得到广泛的应用，给人类认识真理发现真理提供了一种理论上的数据采集和处理手段。它能在一些使川常规手段无法完成的任务中给我们提供一种科学合理便捷的处理手段。例如，在面对亟

2、待解决的水资源枯竭以及污染带來的危害问题时，为解决这些问题，我们往往要收集人量相关数据进行统计学分析处理以便找出主要影响因素,或者运用」E交实验对影响水质的主要因素进行探究实验以便准确快捷的找出最优工况。木文将主耍对统计学相关数据处理方法（正交试验）在活性污泥法污水处理屮4个影响因素（如碳源、pH值、C/N比、溶解氧等）的肌型应用进行探究，通过极差分析法确定最优因素水平组合。关键词：应用数理统计；水资源；影响因素；正交试验1、问题提出与分析水资源是人类社会赖以生存发展的基础，在如今这个高速发展的时代更是成为一种必不可少的资源。当今世界

3、，经济在高速发展，我们对于水需求更大，而临着水资源极度紧缺的现状，我们面临着前所未有的水危机，加之国际上防治水污染和治理水污染技术发展的严重滞后，不可避免的造成了当前的水污染问题，尤其是城市小的水污染问题，其所造成的危害是巨大的。因此，有必要合理利用方便快捷的数理统计学相应数据处理方法，以便加快本行业对污水处理研究的进展，找出合理的应对措施。但是在实际中，影响某一水处理工艺效杲的因素并非单一的，常常需要同时对3个甚至3个以上的因素进行探究⑷。毫无疑问，这将对实验的设计、实施以及分析带来很大的不便，往往会使工作量变得十分巨大，且不利于对

4、实验结果的分析。更有甚者，可能会因为实验条件的限制而无法对工作量如此庞大的实验进行探究。为了解决以上矛盾，应用数理统计学科小的相关理论便可为我们提供科学快捷的处理手段。其中，正交实验设计就是安排多因素实验，寻求最优水平组合的一种高效率实验设计方法⑴。止交试验严格按照一套规范化的正交试验表进行实验安排，挑选具有代表性的因素水平进行实验探究,并对实验所得数据结果进行分析，进而得到相应的最优因素水平。%1.数学模型、原理及算法止交实验设计是利用止交表來安排与分析多因素实验的一种设计方法。其通过在众多影响因素中挑选出最具代表性的影响因素（需具

5、备“均匀分散，齐整叮比”的特点），并利用一套规格化的止交表安排实验进行探究实验，得到的实验结杲再用数理统计方法进行处理，进而选择出最优的水平组合［2】。运用正交实验方法具有如下基本特点［叭用部分实验来代替全面实验，通过对部分实验结果的分析，了解全面实验的情况。正因为正交实验是用部分实验来代替全面实验的，它不可能像全面实验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。虽然正交实验设计有上述不足,但它能通过部分实验在不影响实验结杲准确性的基础上避免进行大规模的实验研究，并找到最优水平组合。在实验安排中，每

6、个因素在研究的范围内选几个水平，就好比在选优区内打上网格，如杲网上的每个点都做实验，就是全面实验。如上例中，3个因素的选优区可以用一个立方体表示，3个因素各取3个水平，把立方体划分成27个格点，反映在图上就是立方体内的27个“点”。若27个网格点都实验，就是全面实验，其实验方案如表1所示。3因素3水平的全面实验水平组合数为33=27,4因素3水平的全面实验水平组合数为34=81,5因素3水平的全面实验水平组合数为3=243,这在科学实验中是有可能做不到的。表13因素3水平全面实验方案ABClC2C3AlBlA1B1C1A1B1C2A1

7、B1C3B2A1B2C1A1B2C2A1B2C3B3A1B3C1A1B3C2A1B3C3A2BlA2B1C1A2B1C2A2B1C3B2A2B2C1A2B2C2A2B2C3B3A2B3C1A2B3C2A2B3C3A3BlA3B1C1A3B1C2A3B1C3B2A3B2C1A3B2C2A3B2C3B3A3B3C1A3B3C3A3B3C3止交设计就是从选优区全面实验点(水平组合)中挑选出有代表性的部分实验点(水平组合)來进行实验，就是利用止交表L9(3?)从27个实验点中挑选出来的9个实验点。即：(1)A1B1C1(2)A2B1C2(3)

8、A3B1C3(4)A1B2C2(5)A2B2C3(6)A3B2C1(7)A1B3C3(8)A2B3C1(9)A3B3C2上述选择，保证了A因素的每个水平与B因素、CI大I素的各个水平在实验中齐搭配一次。对于A、B、C3个