環境系統分析

基本信息

環境系統分析

作者：寧平、孫暠 編著

出版日期：2018年3月

書號：978-7-122-30832-0

開本：16K　787×1092　1/16

裝幀：平

版次：1版1次

頁數：157頁

內容簡介

本書共分為6章，概述了系統分析的原理與方法，詳細論述了環境系統的模型化與最最佳化，並探討了環境系統規劃與環境系統決策的基本方法。書中列入了較多的算例，每一章都附有習題與思考題，具有較強的知識性和參考價值。

本書可作為高等學校環境科學與工程及相關專業的本科生、研究生教材，也可作為從事環境規劃、評價、設計等領域的技術人員、科研人員和管理人員的參考用書。

目錄信息

第1章緒論1

1.1環境科學是多原理綜合學科1

1.2系統和系統化2

1.2.1系統的含義2

1.2.2複雜問題的有限系統化3

1.2.3系統工程與系統間工程3

1.2.4環境科學問題的系統化3

1.3環境類問題的系統特點4

1.3.1系統的元素和元素的特徵4

1.3.2系統的層次4

1.3.3系統的功用和定義方式5

1.3.4環境科學的系統視角6

1.4環境系統的模型化7

1.4.1模型和模型方法7

1.4.2數學模型10

1.4.3環境系統的數學模型分類11

1.5關於規則和模型13

1.5.1規則和模型的多樣性13

1.5.2發現規則和建模13

1.5.3建立規則和建模14

1.5.4模型的驗證15

1.5.5不確定規則的支配原理16

第2章箱式動力學模型19

2.1幾種水環境轉化模型19

2.1.1淺海生態系統物質轉化模型19

2.1.2環境水體的氧濃度模型21

2.1.3湖泊污染物箱式模型24

2.1.4湖泊多箱體模型25

2.2反應系統動力學模型29

2.2.1化學反應動力學29

2.2.2微生物反應動力學30

2.3靈敏度31

2.4總結32

第3章流體動力學模型35

3.1擴散和傳輸35

3.1.1分子擴散菲克定律35

3.1.2濃度的擴散方程36

3.1.3物質的傳輸和擴散37

3.1.4濃度的傳輸-擴散方程37

3.1.5*關於濃度方程的進一步討論39

3.2流體的傳遞42

3.2.1流體的質量衡算方程43

3.2.2以分布和傳遞的視角觀察流體44

3.2.3流體的慣性和慣性的傳遞46

3.2.4關於動量通量和力47

3.2.5三種動量的傳遞方式48

3.2.6流體的黏性應力49

3.2.7流體動量傳遞的一般衡算方程53

3.2.8NavierStokes方程55

3.2.9流體狀態55

3.3一維河道的物質的遷移-轉化模型56

3.3.1聖維南（Saint-Venant）方程56

3.3.2一維河道的傳輸-擴散-轉化方程58

3.3.3河流模型的套用58

3.4二維淺水湖泊的物質遷移-轉化模型60

3.4.1二維淺水方程（Shallow Water Equations）60

3.4.2二維淺水湖泊的傳輸-擴散模型62

3.4.3算例演示62

3.5大氣的三維物質遷移-轉化模型64

3.5.1不可壓大氣模型64

3.5.2包辛涅斯克（Boussinesq）近似65

3.5.3特殊密度氣體的運動方程66

第4章對流-擴散-反應方程的有限差分解法69

4.1對流方程的有限差分解法69

4.1.1一維（階）對流方程的“迎風格式”69

4.1.2*一維（階）迎風格式收斂性討論71

4.1.3一維（階）迎風格式的改進和最佳化72

4.1.4改進的高維（階）迎風格式74

4.1.5*改進的高維（階）迎風格式的收斂性75

4.2擴散方程的有限差分解法76

4.2.1一維擴散定解問題的有限差分格式76

4.2.2*一維擴散定解問題差分格式的收斂性78

4.2.3三維擴散定解問題的有限差分格式81

4.2.4*三維擴散方程差分格式穩定性分析82

4.3反應方程的數值解法83

4.4傳輸-擴散-反應方程的數值解法85

第5章數學規劃87

5.1概述87

5.1.1數學規劃概念87

5.1.2數學規劃的分類87

5.1.3最小值點、極小值點和駐點88

5.2無約束問題求解89

5.2.1無約束規劃的駐點方程89

5.2.2求駐點方程的牛頓疊代法90

5.2.3一維搜尋91

5.2.4最速下降法92

5.2.5共軛梯度法94

5.2.6*搜尋相對全局最優解的一種方法97

5.3等式約束問題99

5.3.1等式約束問題及其必要條件99

5.3.2*拉格朗日極值條件的幾何解釋100

5.4一般規劃問題102

5.4.1一般規劃問題的鬆弛變數法102

5.4.2不等式約束規劃的逼近算法103

5.4.3混契約束規劃的逼近算法108

5.4.4*關於障礙函式法的數學分析110

5.5線性規劃115

5.5.1線性規劃及其標準形式115

5.5.2線性規劃解的結構116

5.5.3線性規劃的求解117

第6章環境規劃問題122

6.1利用最大熵原理得到粒徑分布122

6.1.1問題提出122

6.1.2利用最大熵原理得到分布函式124

6.2平原風電場風機的直線排布問題127

6.2.1問題的提出127

6.2.2阻力和功率128

6.2.3風速的衰減128

6.2.4風機直線排布規劃模型129

6.3山地風電場風機選址問題130

6.3.1問題的提出130

6.3.2模型框架133

6.3.3模型細化133

6.3.4模型求解134

6.4單線捷運趟次調度最最佳化問題136

6.4.1問題的提出136

6.4.2系統特徵變數136

6.4.3模型的建立138

6.5大氣污染物時間序列監測指標預報問題139

6.5.1問題概述139

6.5.2簡單時間序列模型140

6.5.3綜合預報模型142

6.5.4模型驗證143

6.5.5模型預報146

6.6海水入侵規劃問題146

6.6.1問題陳述146

6.6.2滲流方程147

6.6.3海水入侵問題規劃模型150

參考文獻156