第4章-环境规划与管理的数学基础ppt课件.ppt

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1、第四章环境规划与管理的数学基础第零节环境规划与管理对数学的依赖第一节环境数据处理方法第二节最优化分析方法第三节常用决策分析方法第五节环境数学模型第零节环境规划与管理对数学的依赖•在环境规划与管理中，会获得大量有关环境质量、污染物排放浓度、水文气象以及经济和社会发展的大量数据。这些数据的特点是量大、多元和不确定性。•如何整理分析这些基础数据，并从这些数据中获得有关环境的基本特征和概念？•如何从这些数据中探讨和分析各种环境因素之间的关系，预测各种环境因素和环境系统的变化发展趋势？•在环境规划时，如何将环境规划的决策问题简化为在预定目标函数和约束条

2、件下，对若干决策变量所代表的方案进行优化决策，建立此类优化决策的数学模型？0.1、环境规划与管理对数学的依赖①、数据处理的需要环境科学、环境规划与管理、环境工程和环境评价过程中有大量观测数据、调查数据、实验数据和工程数据，需要进行统计分析、拟合、回归、旨在从这些杂乱无章的数据中发现科学规律。②、对更高级别的环境系统模拟通过模拟达到对环境系统量化的认识，优化规划、准确预测以及科学决策的目的，定量化，模型化成为环境科学研究、环境规划和管理等实践工作的工具，这些是环境科学的发展趋势。③、环境规划、环境评价的核心技术之一环境规划很多时候需要求解几十个

3、到上百个变化的规划模型；环境影响评价中的环境影响定量预测，需要对模型进行大量计算，甚至要求解复杂的偏微分方程。相关的环境规划模型和评价模型的建立、求解、甚至模型运行结果的计算机直观图形表述都是环境规划、环境评价的核心技术。0.2、环境科学研究者用于模拟计算和数据处理的计算语言或软件一般分为四类：①、一般的高级计算机语言如VC++、VB、VFortran，这类语言的特点没有很强的针对性，可用于编程计算解决各类问题。除了计算机语言的熟练掌握，计算的数学原理和复杂的数值计算方法（如有限元法、有限差分分析等）。难度比较大。②、为解决某类数学问题而发展

4、起来的计算数学软件包目前流行求解线性规划问题的软件LINDO和求解非线性规划问题的LINGO软件，用于绘图的sufer软件（地质常用软件）和用于数据拟合和分析的origin软件、用于动态模型的Modelmake软件和stella软件、以及专门解决数理统计问题的spss和SAS软件包。③、专门为解决某一类环境模拟计算或数值分析问题而发展起来的专业计算或绘图软件目前针对河流、湖泊、大气和地下水等环境介质已有一些模拟模型软件系统。如下：WASP（waterqualityanalysissimulationprogram）：美国环保局开发的水质分析模

5、拟软件包；WQRRS（waterqualityforRiverandreserviorsyste）：水质动态和水流动力学分析计算软件包；CALPUFF：美国加州空气资源局开发的多种类，非稳态高斯烟团扩散模式软件包；ISC3是用于计算污染源排放的大气污染物扩散模型软件包；ISC-AERMOD是由美国LAKES公司开发、美国环保署（EPA）推荐的大气扩散模型软件，有汉化版本；EIAA：国内常用的大气预测软件（大气环评助手）。④、计算机数学语言此类计算机语言的特点是和数学运算紧密结合。典型的、算法成熟的数值计算和符号运算可直接通过命令调用（矩阵特征

6、值求解、逆矩阵的等），比较复杂一点的要编写程序，但是比高级语言要简单得多。A、MATLAB语言，美国Themathworks公司编写B、Mathematic语言，WolframResearch公司编写（类似于word的公式编辑器）C、Maple语言，WaterlooMaple公司编写D、Mathcard语言，Mathsoft公司编写具有编程快捷、数值计算功能强大、功能全面、可扩展行强等优点。在环境规划与管理中，有许多监测、调查所获得的数据需要处理后才能进行进一步的定量分析与研究。因此，掌握数据处理的方法至关重要。第一节环境数据处理方法本节

7、学习内容：1.1、数据的表示方法和数据特征1.2、异常数据的剔除1.3、数据的误差分析1.4、数据的标准化分析1.1、数据的表示方法和数据特征1.1.1、数据的表示方法第一节环境数据处理方法建立数学模型列表法图示法将数据列成表格，将各变量依照一定的形式和顺序一一对应将数据用图形表示出来，更加直观和形象的将复杂的数据变现出来（1）图示法（2）表格法Composition(wt%)ZeoliteXZeoliteACommercialgradeSynthetic(FA-ZX)CommercialgradeSynthetic(FA-ZA)SiO249

8、.3348.5342.8843.33Al2O334.7233.7534.7235.57Na2O18.8717.0116.8718.14Fe2O30.501.010.