在环境科学中的应用PPT学习教案

1、会计学1在环境科学中的应用在环境科学中的应用2 MATLAB的运行环境 MATLAB4.0、4.1、4.2以上版本硬件要求： 基于IBM-PC的80386、80486或奔腾的各种机型；80386必须有相应的数学协处理器； 至少4MB内存，推荐使用8MB以上； VGA以上的彩显卡； 鼠标虽非必需，但为了能在Windows下工作轻松而迅捷，建议使用； 至少16MB的硬盘空间（不包括工具包Toolbox时）。 软件要求： S-DOS或PC-DOS3.3版以上的操作系统，以及Microsoft Windows3.x或Microsoft Windows9英文版； 当使用Notebook时，还需要MSWo

2、rd6.0或以上的中英文版。 第1页/共21页3 MATLAB的应用前景 MATLAB的功能和特点使它具备了对应用学科（特别是边缘学科和交叉学科）的极强适应力，并很快地成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺的基础软件。在国外的高等院校里，MATLAB已经成为大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能；在设计研究单位和工业部门，MATLAB已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。 MATLAB广泛流行的另一个表现是，国际上许多新版的科技书籍（特别是高校教材）在讲述其专业内容时都把MATLAB当作基本工具使用。在我国应用MATLAB的单位和个人近年来急剧增加，国

3、内一些理工类重点院校已经或正在把MATLAB作为攻读学位所必须掌握的一种软件。 第2页/共21页4 （2 2）MATLABMATLAB应用实例应用实例 MATLAB在水资源线性规划方面的应用 【例1】水资源系统规划调度常应用系统分析方法处理，以一个水资源分配问题为例，讨论线性规划问题。例：有甲、乙两个水库同时给A、B、C三个城市供水，甲水库的日供水量为28万m3/d，乙水库的日供水量为35万m3/d，三个城市的日需水量分别为A 10万m3/d，B 15万mm3/d，C 20万m3/d。由于水库与各城市的距离不等，输水方式不同，因此单位水费也不同。各单位水费分别为c112000元/万m3、c12

4、3000元/万m3、c134000元/万m3、c214500元/万m3、c223500元/万m3、c233000元/万m3。试作出在满足对三个城市供水的情况下，输水费用最小的方案。第3页/共21页5 设甲水库向三城市日供水量分别为xll、x12、x13，乙水库向三城市日供水量分别为x2l、x22、x23。 图4.10 供水简图第4页/共21页6 建立约束条件： x11 + x21 10 x12 + x22 15 x13 + x23 20 x11 + x12 + x13 28 x21 + x22 + x23 35 x11，x12，x13，x21，x22，x23，0 目标函数：minZ=c11x1

5、1+c12x12+c13x13+c21x21+c22x22+c23x23 这样的问题用单纯形法求解是非常繁琐的，而MLTLAB求解是十分简单的，只要在命令行输入： f=0.2 0.3 0.4 0.45 0.35 0.3； A=-1 0 0 -1 0 0；01 0 0 -1 0；0 0 -1 0 0 -1；1 1 1 0 0 0；0 0 0 1 1 1； b=-10 -15 -20 28 35； lb=zeros（6，1）； X，Zmin=linprog(f，A，b，lb)； 最后得出x=10 15 0 0 0 20万m3，Zmin=12.5万元。 第5页/共21页7 MATLAB在多项水质参数

6、综合评价方面的应用 【例2】一个拟建项目的废水含挥发酚和各种无毒有机物以及CN、As、Cd和石油类污染物，经过处理达标排入一条河流，该河的功能为II类水体，上列污染物的本底浓度和受纳该项目废水后的预测浓度见表4.9。该河的其它水质参数在受纳废水后仍保持I类水质。以下分别用幂指数法、加权平均法和向量模法对该项目废水排放前、后的河流水质作评价，并比较三种方法的特点。第6页/共21页8表4.9 河流本底浓度和和项目排水后预测浓度（mg/L） 水质参数本底浓度预测浓度水质参数本底浓度预测浓度溶解氧63CN0.0020.01BOD538总Cu0.0050.01CODCr632总Cd0.00050.01挥

7、发酚0.0010.005石油类0.32.0 多项水质参数综合评价小程序: M文件：function index1（） S1=7.5 3 15 0.002 0.005 0.01 0.001 0.05； % %各指标对应的级水质标准值 第7页/共21页9S S2 2=6 3 15 0.002 0.05 1 0.005 0.05=6 3 15 0.002 0.05 1 0.005 0.05；% %各指标对应的各指标对应的级水质标准级水质标准值值S S3 3=5 4 20 0.005 0.2 1 0.005 0.05;%=5 4 20 0.005 0.2 1 0.005 0.05;%各指标对应的各指标

8、对应的级水质标准值级水质标准值S S4 4=3 6 30 0.01 0.2 1.0 0.005 0.5;%=3 6 30 0.01 0.2 1.0 0.005 0.5;%各指标对应的各指标对应的级水质标准值级水质标准值S S5 5=2 10 40 0.1 0.2 1.0 0.01 1.0;%=2 10 40 0.1 0.2 1.0 0.01 1.0;%各指标对应的各指标对应的级水质标准值级水质标准值x x1 1=6.3 6.0.001 0.002 0.005 0.0005 0.3;%=6.3 6.0.001 0.002 0.005 0.0005 0.3;%各指标对应的河流水质本各指标对应的河流

9、水质本底浓度值底浓度值x x2 2=3 8 32 0.005 0.01 0.01 0.01 2.0;=3 8 32 0.005 0.01 0.01 0.01 2.0;S S= =S S2 2；% %各指标对应的河流水质预测浓度值各指标对应的河流水质预测浓度值A A=S1=S1， S2S2， S3S3， S4S4，S5S5，x1x1，x2 x2 ；W W=0.120 0.115 0.115 0.110 0.110 0.105 0.115 0.110 =0.120 0.115 0.115 0.110 0.110 0.105 0.115 0.110 ； % % %各指标对应的权值各指标对应的权值 第

10、8页/共21页10n=size(An=size(A，1)1)；w=1/nw=1/n；T=30T=30；DOf =468/(31.6+T)DOf =468/(31.6+T)；% % %溶解氧的计算方溶解氧的计算方法法: :index1=ones(1index1=ones(1，size(Asize(A，2)2)；index2=ones(1index2=ones(1，size(Asize(A，2)2)；index5= zeros(1index5= zeros(1，size(Asize(A，2)2)；for i=1:size (Afor i=1:size (A，2)2) if A(1 if A(1，i

11、) S(i)i) S(i) I(1 I(1，i)=abs(DOf-A(1i)=abs(DOf-A(1，i)/(DOf-S(i)i)/(DOf-S(i)； elseelse I(1 I(1，i)=10-9i)=10-9* *A(1A(1，i)/S(i)i)/S(i)； endendendendfor j=2:nfor j=2:n for i = 1:size(A for i = 1:size(A，2)2) I(j I(j，i)=A(ji)=A(j，i)/A(ji)/A(j，2)2)； endendend end 第9页/共21页11for i = 1 : size (A for i = 1 :

12、size (A ， 2)2)for j = 1 :nfor j = 1 :nindex1 (1 index1 (1 ，i) = index1 (1 i) = index1 (1 ，i) 3 power ( I (j i) 3 power ( I (j ，i) i) ，w) ;w) ;index2 (1 index2 (1 ，i) = index2 (1 i) = index2 (1 ，i) 3 power ( I (j i) 3 power ( I (j ，i) i) ，W(j) ) ;W(j) ) ;index5 (1 index5 (1 ，i) = power ( I (j i) = po

13、wer ( I (j ，i) i) ，2) + index5 (i) ;2) + index5 (i) ;endendindex5 (1 index5 (1 ， i) = sqrt (w 3 index5 (1 i) = sqrt (w 3 index5 (1 ， i) ) ;i) ) ;endendindex1index1； % % %幂指数法幂指数法( (等权值等权值) )index2index2； % % %幂指数法幂指数法( (不等权值不等权值) )index3 = sum (w index3 = sum (w * * I) I)； % % %加权平均法加权平均法( (等权值等权值)

14、)index4 = W index4 = W * * I I； % % %加权平均法加权平均法( (不等权值不等权值) )index5index5； % % %向量模法向量模法index = index1index = index1，index2index2，index3index3，index4index4，index5index5bar (index)bar (index)注：以上注：以上index index 编号次序与图编号次序与图1 1 中的水质综合指数编号一致。中的水质综合指数编号一致。第10页/共21页12运行结果:index= = 3710.141915. 23269.1975

15、99. 40933. 20000. 17118. 03905. 60793. 10500.108000. 38500. 10000. 15527. 08762. 61306. 12500.118125. 38333. 10000. 15464. 01706. 23830. 02084. 59409. 26484. 10000. 12833. 03715. 12646. 01538. 58539. 26069. 10000. 12431. 0同时生成柱状图如图4.11所示。第11页/共21页13图4.11 不同水质类别的综合指数值第12页/共21页14 MATLAB在城市固体废物管理规划方面的应

16、用 【例4.10】城市A和城市B的固体废物产量分别为700t/ wk和1200t/ wk。处理厂I计划建成焚烧厂，距离城市A 15km，距离城市B 10km；处理厂计划建成垃圾投海码头，距离城市A 5km，距离城市B 15km；卫生填埋场L 距离城市A 30km，距离城市B 25km；固体废物的运输费用是0.5元/ tkm。每个处理场的固定费用和可变费用及处理能力见表2。现要确定应如何规划处置设施， 使得两城市每年总的固体废物处置费用最小。 处置场代号处置方式固定费用（元a-1）固定费用（元kw-1）可变费用（元t-1）处理能力（twk-1）I焚烧2000003850121000O投海6000

17、0115016500L卫生填埋100000192061300表2 拟建固体废物处置场的费用和处理能力第13页/共21页15 a.模型建立 本规划的目的有两个，其一是使固体废物运输和处理的总费用最小，其二是两个城市产生的所有固体废物都必须全部处置掉。首先考虑是否采取某一种处理方式，这需要定义一类离散变量（x1x3）。该离散变量应取整数，即xi=1 （采取处理方式）；xi=0 （不采取该处理方式）。另一类决策变量为每个城市所焚化、投海和卫生填埋的垃圾量。定义如下：xij为从城市i 到处理场j 所处理的固体废物量（twk-1）。现把得到的最优化模型的系数如表4.11 所示（在计算程序中， 为简便起见

18、， 以变量名x4x9代替xij）。 第14页/共21页16表表3 3 固体废物处理最优化模型系固体废物处理最优化模型系数数 x1x2x3x4（x11） x5（x12） x6（x13） x7（x21） x8（x22） x9（x23）38501150192019.518.521.017.023.518.5=Z111=700111=1200-1000110-500110-1300110111111第15页/共21页17 b.应用MATLAB 求解 建立m文件planning： function z = planning (x) y = 3850 1150 1920 19.5 18.5 21.0 17

19、.0 23.5 18.5 ; % %固体废物处理最优化模型函数 z = y * x 建立m文件solidwaste: function solidwaste （） A = - 1000 0 0 1 0 0 1 0 0 ；0 - 500 0 0 1 0 0 1 0 ；0 0 - 1300 00 1 0 0 1 ；1 0 0 0 0 0 0 0 0 ；0 1 0 0 0 0 0 0 0 ； 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ；%最优化计算中不等式限制条件的系数矩阵 第16页/共21页18b = 0 0 0 1 1 1 ; % %最优化计算中不等式限制条件的系数矩阵Aeq = 0 0 0 1 1 1 0 0 0 ; 0 0 0 0 0 0 1 1 1 ； % %最优化计算中等式限制条件的系数矩阵beq = 700 1200 ； % %最优化计算中等式限制条件的系数矩阵x0 = 1 1 1 100 100 100 100 100 100 ； % %最优化计算的初始值定义lb = 1 0 1 0 0 0 0 0 0 ； % %最优化计算的下限值ub