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一维水质模型代码c语言

发布时间: 2023-05-16 18:03:51

⑴ 地理信息系统研究生需要会哪些编程语言,软件 想考试南京师范大学的这个专业研究生,可以给些建议吗

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⑵ 水环境容量

    我国《排放水污染总量控制技术规范》中已明确指出水环境容量是指:将给定水域和水文、水力学条件,给定排污口位置,满足水域某一水质标准的排污口最大污染物排放量,叫做该水域在上述条件下的所能容纳的污染物质总量,通称水环境容量。

    水环境容量计算方法分析2.1计算流程在计算水环境容量时一般遵循以下流程:第一步,对水功能区基本资料的调查收集及分析整理;第二步,对水功能区水质状况进行调查评估;第三步,对河流排污口的实际状况进行调查分析,并确定河流排污口的负荷状况;第四步,对水功能区设计水文条件;第五步,对水质目标进行确定;第六步,确定模型参数,并对水域环境的容量进行计算;第七步,对计算结果的合理性进行分析、验证及应用。

    计算模型水环境容量计算手段以数学模型为基础,并根据污染物类型的不同,进而将水环境容量模型分为难降解有机物环境容量、容易降解有机物的环境容量模型等。按照水环境容量公式所采用的水质数学模型维数的不同,又可将水环境容量模型分为零维水环境容量模型、一维水环境容量模型及二维水环境容量模型。下面重点介绍多排污口一维水环境容量模型及单排污口一维水环境容量模型:对于多排污口一维水环境容量模型表达式为W=(其中W 表示水环境容量,单位为kg/d ;Cs 为污染物控制浓度,单位为mg/L ;Co 为进口断面污染物浓度,单位mg/L ;k 为综合降解系数,单位I/d ;L 为河流水功能区长度,单位m ;u 为河道水流平均流速,单位m/s ;V 表示水体体积,单位m 3)。该模型主要是对污染源沿河均匀分布的相关假设,而在实际的应用中,其计算结果与零维水环境容量的计算模型之间有较大差异。对于单排污口一维水环境容量模型表达式为陪伍W=(Qo+q )Csexp[kx/u]-CoQo )(其中Qo 表示进口断面的入流流量,单位m 3/s ;q 表示污水入流流量,单位m3/s ;x 表示水质控制断面与排污口的距离,单位m ;其余含义与上述多排污口一维水环境容量模型相同)。若不考稿乱扮虑q 的影响,则可将上述模型转换为W=86.4×[QoC-sexp[kx/86400u]-Co]。该模型主要将混合区考虑在内,能够较好的实现水环境容量,该模型应用较为广泛。若不考虑弥散作用下的一维稳态水质模型,而是根据地下水沿河水连续补给,并将补给强度及污染物的浓度确定不变,进而可得到地下水连续补给下的一维稳态水质模型,表达式为C(x)= (其中C(x)表示河流实际污染物的浓度,单位为mg/L ;α为相对河流流量的地下水补给强度,单位为km-1;)Cso 表示河段起始断面污染物的浓度,单位为mg/L ;k 为含水层的渗透系数,单位为m/d ;v 表示断面间的河流平均流速,单位为m/s ;Cgo 表示低下水污染的浓度,单位mg/L 。根据C (x)= 公式可推导河流水环境容量的计算公式键灶,Es=S ·exp()(其中Es 、S 、Qp 分别表示水环境总容量(t/d )、河段水质标准(mg/L )、河段污水排放量(m3/s ),其余表示同前)。

⑶ 什么是一维稳态水质数学模型

一维是空间一维
稳态指的是水质参数(污染源、河流水质、降解系数等)不随时间变化

⑷ 水质数学模型的河流水质数学模型

河流水质研究较多,各国学者提出了许多模型。从河流点污染源、确定性单变量的水质数学模型方面说,大致有如下三种。 一般在河流纵向上,由于水流的推动,污染辩孝伍物的平流(又称对流)输送,远比扩散显着。根据流动方向上的推流作用,导出推流模型,近似地模拟(初始条件下河流横断面上水质浓度、流速分布是均匀的)水质变化。其一维模型为:
式中C为污染物质浓度;Q为河流流量;A为河流横断面积;t 为时间;x为河流纵向距离;S为河段中污染物的增添(又携或称源)或衰减(又称汇)。
如上游污水来量和水流都是稳定的,即
又在一个均匀河段里,河段平均流速即
可视为不变,则成为一维稳态模型。据此模拟有机污染生化需氧量(碳化阶段记为BODC)时,对ΣS(C,x)项,只考虑K1·C(K1为耗氧系数);在模拟氧亏量(即缺氧量D=饱和溶解氧-现存溶解氧),只考虑氧平衡的两项K1C 和K2D(K2为复氧系数)。导得简化的水质模型并解出:

式中下角标0和t分别为起始量和t 时后的量。两式分别称为古典的自净方程和氧垂方程。后者表示受污的单一河段中缺氧量沿河程或随时间的变化,可绘出一条曲线,呈下凹状,称氧下垂曲线。 污染物质进入河流,在初始横断面上基本均匀后往下流动时,由于断面流速不均匀,实际上慎山不仅存在推流作用,还存在着分(弥,离)散作用,因此应增加分散项,成为一维的扩散-推流模型,简称扩散模型。
式中唕x为顺流向的分散系数。
当污染物质在河流水深方向是均匀分布时,只存在横向与纵向的扩散作用,可以导出二维扩散模型,如果污染物在水深方向也是不均匀的,则可导出三维扩散模型。 这种模型按物质守恒原理把受污染的河流模拟为一系列连续搅拌即完全混合的串联水槽流,称为CSTR模型,其形式为
式中Vi为第i 河段的河水体积,i=1,2,3,…,n;Qi为第i河段河流流量;Ci为第i河段污染物成分浓度;Si为第i河段增添(源)与衰减(汇)项。

⑸ 什么是水质模型

分类: 教育/科学 >> 科学技术
解析:

·水质模型(water quality model) 根据物质知仔守恒原理用数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学和生态学诸方面的变化、内在规律和相互关系的数学模型。

水质模型可按其空间维数、时间相关性、数学方程的特征以及所描述的对象、现象进行分类和命名。从空间维数上可分为零维、一维、二维和三维模型;从是否含有时间变量可分为动态和稳态模型;从模型的数学特征可分为随机性、确定性模型和线性、非线性模型;从描述的水体、对象、现象、物质迁移和反应动力学性质可分为河流、湖泊、河口、海湾、地下水模型;溶解氧、温度、重金属、有毒有机物、放射性模型;对流、扩散模型以及迁移、反应、生态学模型等。

研究水质模型的目的主要是为了描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律,为水资源保护服务。它可用于实现水质模拟和评价,进行水质预报和预测,制订污染物排放标准和水质规划以及进行水域的水质管理等,是实现水污染控制的有力工具。

水质模型至今已有70多年的历史。最早的水质模型是于1925年在美国俄亥俄河上开发的斯特里特-菲尔普斯模型。它是一个DO-BOD模型。之后,经诸多学者改进,逐步完善。1977年美国环境保护局发表的QUALll型,是这类模型的代表。它的最新版本 QUAL2E(1982)能模拟任意组合的15种水质参数。80年代之后,随着水质研究的深入,另一类描述水中有毒物的模型应运而生。由于考虑了泥沙的作用,使这类模型变成了一个描述水流、泥沙和其他水质组分相互作用的气、液、固三相共存的复杂体系。它的代表作是美国环境保护局推出的WASP5模型(1994)。它能模拟搭帆汪有毒物质在水中发生的酸碱平衡、挥发、沉淀、溶解、水解、生物降解、吸附和解析、氧化还原、生物聚集、光解等过程以及大气的干、湿沉降物。与此同时,以食物链和能量传递为主线的生态学模型也有了长足的发展。

建立一个实用的水质模型一般需5个步骤:①资料的收集和实验设计。包括建模所必须的同步水文、水力、水质、气象等资料和轿岩所涉及的反应动力学常数,否则要现场监测和实验获取。②确定模型的结构。包括建立或选择模型的结构并进行平衡性、稳定性和灵敏性考察。③确定模型的参数(常数)并使其代入模型后能较好地重现一组观测数据,称为率定模型。④模型的检验。检查率定好的模型的计算值同另一组观测值的拟合度,衡量模型的预测能力。⑤应用。衡量模型能否满足建模目的。以上各步若不能满足需求,均需从头做起。

现代水质模型因其复杂性一般要采用各种数值解法,应用计算机来完成。一个好的水质模型需有水文学、水力学、化学、生物化学、水质、数学以及计算机等方面的专家通力合作。

⑹ swmm和swat哪一个比较难学

两个模型都用过,SWMM粗略了解,对SWAT了解比较多,SWAT略微复杂点。但是总体上说:模型应用不能看哪个难上手。单纯使用上来说,都是熟能生巧的事情,用几个月就熟悉凳脊了。关键是模型的用途和进阶的空间,举例来说,SWMM是典型的城市排水及面源污轮粗庆染预测模型,而SWAT属于典型大尺度流域综合水质模型,二者应用层面就不一样腊握。从模型架构来说,SWMM好像是C语言,SWAT是FORTRAN语言,两者汇编语言就存在差异,因此在进阶学习过程中,会出现不同的分支,自己要酌情考虑。难不难?开始学没有不难的,但是学会了才发现操作都不难,难在于进阶学习。

⑺ 数学分析模型(一):数据的无量纲处理方法及示例(附完整代码)

在对实际问题建模过程中,特别是在建立指标评价体系时,常常会面临不同类型的数据处理及融合。而各个指标之悄数间由于计量单位和数量级的不尽相同,从而使得各指标间不具有可比性。在数据分析之前,通常需要先将数据标准化,利用标准化后的数据进行分析。数据标准化处理主要包括同趋化处理和无量纲化处理两个方面。数据的同趋化启猜首处理主要解决不同性质的数据问题,对不同性质指标直接累加不能正确反应不同作用力的综合结果,须先考虑改变逆指标数据性质,使所有指标对评价体系的作用力同趋化。数据无量纲化主要解决数据的不可比性,在此处主要介绍几种数据的无量纲化的处理方式。

可以选择如下的三种方式:

即每一个变量除以该变量取值的全距,标准化后的每个变量的取值范围限于[-1,1]。

即每一个变量与变量最小值之差除以该变量取值的全距,标准化后各变量的取值范围限于[0,1]。

,即每一个变量值除以该变量取值的最大值,标准化后使变量的最大取值为1。

采用极值化方法对变量数据无量纲化是通过变量取值的最大值和最小值将原始数据转换为界于某一特定范围的数据,从而消除量纲和数量级的影响。由于极值化方法对变量无量纲化过程中仅仅对该变量的最大值和最小值这两个极端值有关,而与其他取值无关,这使得该方法在改变兆判各变量权重时过分依赖两个极端取值。

来计算,即每一个变量值与其平均值之差除以该变量的标准差,无量纲化后各变量的平均值为0,标准差为1,从而消除量纲和数量级的影响。虽然该方法在无量纲化过程中利用了所有的数据信息,但是该方法在无量纲化后不仅使得转换后的各变量均值相同,且标准差也相同,即无量纲化的同时还消除了各变量在变异程度上的差异。

,该方法在消除量纲和数量级影响的同时,保留了各变量取值差异程度上的信息。
(4)标准差化方法

。该方法是标准化方法的基础上的一种变形,两者的差别仅在无量纲化后各变量的均值上,标准化方法处理后各变量的均值为0,而标准差化方法处理后各变量均值为原始变量均值与标准差的比值。

综上所述,针对不同类型的数据,可以选择相应的无量纲化方法。如下的示例就是一个典型的评价体系中无量纲化的范例。

近年来我国淡水湖水质富营养化的污染日益严重,如何对湖泊水质的富营养化进行综合评价与治理是摆在我们面前的任务,下面两个表格分别为我国5个湖泊的实测数据和湖泊水质评价标准。

表1 全国五个主要湖泊评价参数的实测数据

表2 湖泊水质评价标准

(1)试用以上数据,分析总磷,耗氧量,透明度,总氨这4个指标对湖泊水质评价富营养化的作用。
(2)对这5个湖泊的水质综合评价,确定水质等级。

在进行综合评价之前,首先要对评价的指标进行分析。通常评价指标分成效益型,成本型和固定型指标。效益型指标是指那些数值越大影响力越大的统计指标(也称正向型指标);成本型指标是指数值越小越好的指标(也称逆向型指标);而固定型指标是指数值越接近于某个常数越好的指标(也称适度型指标)。如果每个评价指标的属性不一样,则在综合评价时就容易发生偏差,必须先对各评价指标统一属性。

(ⅰ)建立无量纲化实测数据矩阵和评价标准矩阵,其中实测数据矩阵和等级标准矩阵如下,

然后建立无量纲化实测数据矩阵和无量纲化等级标准矩阵,其中

得到

(ⅱ)计算各评价指标的权重
计算矩阵B的各行向量的均值和标准差,

最后对变异系数归一化得到各指标的权重为

(ⅲ)建立各湖泊水质的综合评价模型
通常可以利用向量之间的距离来衡量两个向量之间的接近程度,在Matlab中,有以下的函数命令来计算向量之间的距离;
dist(w,p): 计算中的每个行向量和中每个列向量之间的欧式距离;
mandist(w,p): 绝对值距离。
计算中各行向量到中各列向量之间的欧氏距离,

,则第个湖泊属于第级。

这说明杭州西湖,武汉东湖都属于极富营养水质,青海湖属于中营养水质,而巢湖和滇池属于富营养水质。

,则第个湖泊属于第级。

其评价结果与利用欧氏距离得到的评价结果完全一样。

所以,从上面的计算可以看出,尽管欧氏距离和绝对值距离的意义完全不一样,但对湖泊水质的评价等级是一样的,这表明了方法的稳定性。

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⑻ 水流、水质数值模拟基础模型

地下水在渗流场中的运动,随着时空的变化渗流速度、水流方向各不相同,渗流方程是描述地下水运动的基本方程,以基本微分方程的形式表达如下:

地下水型饮用水水源地保护与管理:以吴忠市金积水源地为例

式中:F——在承压水和潜水含水层中代表不同的表达式;

承压水含水层中F代表导水系数T,表达式为T=KM;

K——承压含水层渗透系数;

M——承压含水层厚度;

潜水含水层中F为Kh;

K——潜水含水层渗透系数;

h——潜水面高度;

在承压水含水层中和潜水含水层中E分别代表了贮水系数μ和给水度μ。

渗流方程描述了地下水运动的总体规律,根据相应的边界条枯键件和初始条件对研究区进行约束,求得其特定解,边界条件和初始条件合称为定解条件,渗流方程和其定解条件构成了描述实际问题的数学模型。

初始条件,给定某一时刻渗流区内各点的水头值:

H(x,y,z,t)|t=0=H0(x,y,z),(x,y,z)∈D (3.29)

式中:H——水头值;

D——研究区范围。

边界条件:

第一类边界条件,即给定水头边界

H(没段巧x,y,z,t)|τ1=φ1(x,y,z,t),(x,y,z)∈ τ1 (3.30)

式中:H——边界水头;

τ1——边界。

第二类边界条件,即给定流量边界:

地下水型饮用水水源地保护与管理:以吴忠市金积水源燃旅地为例

式中:τ2——流量边界;

n——边界τ2的外法线方向;

q2——已知流量函数。

第三类边界,混合边界:

地下水型饮用水水源地保护与管理:以吴忠市金积水源地为例

式中:α,β——已知函数,该类边界为两种类型边界的线性组合。

溶质在流体中的迁移运动主要包含两种不同机制的过程,由水动力条件引起的对流迁移和分子运动引起的扩散迁移,对流迁移假设溶质以平均线性流速迁移运动,主要受流体运动速度的影响,也称为溶质的机械弥散,当流速较大时,溶质运移以对流迁移为主,扩散迁移项非常小;但当流速较小时,扩散迁移影响显着,当溶质存在一定的浓度梯度时,扩散迁移运动增强,溶质在流体中的扩散迁移受到温度、压力的共同影响,溶质在流体中的运动是水动力弥散和分子扩散引起的迁移共同叠加的作用。