数学建模环境问题精选(九篇)

第1篇：数学建模环境问题范文

他就是中国科学院寒区旱区环境与工程研究所南卓铜研究员。多年来，南卓铜研究员致力于地理信息系统与空间决策支持系统的建立、寒区水文／陆面过程建模及方法论的研究、科学数据共享，不断为传统的地学研究注入信息技术的新方法，并在此过程中取得了卓有成效的收获。

集大成：黑河流域地理空间决策支持系统

决策支持系统是流域科学研究成果转化的重要工具。受到国家自然科学基金项目、科技部高新技术863项目的支持，南卓铜研究员课题组结合地理信息系统技术、数据库技术和多种决策方法，围绕黑河流域中上游水土资源问题，设置水权转化、退耕还水、生态补偿、水源涵养林保护等情景，建立水土资源情景评估体系，演示基于决策支持系统为流域管理提供科学决策依据的能力，主要解决如何发展一个易于使用、便于扩展、集成多学科科学模型的满足流域集成管理需求的空间决策支持系统，以及如何集成多种学科模型从而提供中上游水土资源的情景评价能力，理解政策如何影响水土资源利用等关键科学问题。

目前南卓铜研究员等人已设计和建成了一个通用的基于科学模型的多准则决策支持系统，在易用性、扩展性、模型库集成方面做了大量的工作，并创新性地提出了一种支持多学科模型集成和技术层面解决模型多时空尺度集成难题的决策支持系统方案。对决策支持系统必需的知识系统进行了较细致的研究，尤其是对水文建模相关知识进行了较好的归纳和组织。成果特色在于将水文，陆面过程、生态、土地利用变化、社会经济等多学科模型集成在统一的决策支持系统框架内。他领导的课题组建成的决策支持系统已经初步部署在甘肃省水文水资源勘测局、甘肃省张掖市、县水务部门及33个灌区开展实际应用测试。

走新路：冻土分布和情景模拟

南卓铜研究员是国内较早将地理信息技术应用于冻土研究的学者。受到青藏铁路重大项目、国家重点实验室开放基金、科技部科技基础性工作专项的支持，他对青藏高原多年冻土分布进行较系统的研究，评价了国内外流行的多年冻土分布模型在青藏高原的适用性，其中基于年平均地温模型的模拟结果应用于2005年出版的《中国冰川冻土沙漠分布图》，是目前最新的被广泛应用的冻土图。该成果创新性地扩展了经典的尼尔森冻土分布模型，具备比原模型更好的模拟性能；较早地应用探地雷达进行野外多年冻土调查，证实了西大滩多年冻土退化的事实。结合气候变化情景，他们模拟了未来50年、100年的青藏高原多年冻土变化情况，并结合钻孔含冰量数据，第一次估计了青藏高原多年冻土含冰量。情景模拟和含冰量估算结果是青藏铁路重大项目的汇报内容之一。同时，这也是国内较早的将遥感和地理信息系统手段成功应用于青藏高原冻土分布、冻土区植被和土壤分类。

在目前承担的冻土工程国家重点实验室开放基金课题“Noah陆面过程模型热力学参数化方案改进及青藏高原冻土水热状况模拟”上，他们在Noah　LSM的热力学参数化方案评价的基础上，进行Noah　LSM的热力学参数化方案的改进以提高对冻土水热状况的模拟性能；利用改进后的Noah模型对青藏高原冻土水热状况进行分布式模拟，在此基础上，将探讨青藏高原多年冻土空间分布和冻土层含冰量时空分布等冻土学研究关心的问题。

填空白：地表过程建模环境

流域科学问题是复杂的多学科交叉问题，而多学科（水文、陆面过程、生态、社会经济等）模型集成是重要的工具，然而多模型的集成不仅涉及模型机理、尺度等科学问题，还有很大的技术工作量将模型代码连接到一起。依托计算机平台的建模环境是较好的进行模型集成的技术手段，实现高效的建模流程。国际上从上世纪80年代开始就考虑依靠计算机技术搭建模块化的建模平台，2000年后出现一些主要的用于水文和生态建模的平台。国内也开始e-Science等科研信息化的研究内容，但此工作一直是国内的空白。受中科院重点方向项目的支持，南卓铜研究员项目组围绕地表过程建模，突破了集成环境的模型控制、模型参数优化与数据匹配等关键技术方法，标准化和集成了近70个水文、陆面过程、生态、人文等地表子过程模型，建成了一个复杂地表过程综合建模环境平台，在模型重用、模块创建、基于知识的模块组合等方面具有特色，为地表过程集成建模奠定了坚实的基础，提高了地表过程建模的方法论研究。此工作填补了国内该领域的空白，此后国家自然科学基金委启动的“黑河流域水文一生态集成研究”重大计划开始启动类似研究的项目。

建门户：数据共享研究

受到国家自然科学基金重点项目、青海湖数据中心项目、科技部基础条件平台项目的支持，南卓铜研究员团队建成了基金委重点项目中国西部环境与生态科学数据中心，整理、规范和共享中国西部的环境和生态数据。从2006年试运行，截止到2012年11月，网站注册用户超7500人，来自80多个国家的20多万人次访问，数据总服务量50TB以上，向300多家国内外科研单位提供了数据服务，至少有369篇期刊文章显著标注了数据来源于西部数据中心。截止2012年10月，数据中心为50个973项目、11个863项目、114个自然科学基金项目、33个西部计划项目、39个国家科技支撑计划项目、10个中科院知识创新重大工程项目、45个基金委重大计划黑河流域计划项目、148个研究生论文等提供了数据支持，已经成为地学口数据共享的主要门户之一。数据服务成效得到了科技部主管领导的好评，并希望将经验推广到国内其他学科数据中心。

第2篇：数学建模环境问题范文

【关键词】初中数学；教学规律；探索；教学模式

“情境—问题—讨论—反思”教学模式建立在教育学、心理学的基础上，在现代教学理论、数学教学哲学指导下，以初中数学基本知识和数学基本思想为目标，形成相对稳定的、循环的、开放的课堂教学模式。这一模式有四个环节：(1)由学生熟悉的生活情境中提炼出数学问题，激起学生的己有经验和对新知识的求知欲;(2)师生在情境中提出问题，并进行独立思考，在个人的经验中各自寻找问题的解决方法;(3)对各个方案进行交流、比较、讨论，给出相对合理的结论;(4)对上述结论进行检验、反思，进一步观察是否包含新的问题，从而在结论中提出值得探讨的新问题。

1、初中数学“情境—问题—讨论—反思”教学模式的宗旨

国际21世纪教育委员会向联合国教科文组织提交的报告《教育——财富蕴涵其中》指出:面向21世纪教育的四大任务就是:培养学生学会认识;学会做事;学会合作;学会生存。作为中学基础学科的数学教学，担负着重要责任，要教会学生自己发现问题，会提出问题，然后经过主动思考解决问题，建构自己的知识体系。因此，现代数学教学应关注知识的发生和形成过程，关注数学思想方法，重视教学过程中的创造思维及创新意识的培养。然而，我在教学实践中深切地感受到，在初中流行的“教师讲学生练、一切为了考试”的单调重复的教学方式，正在一天天地消蚀学生的数学问题意识，即使教师有时意识到要用问题引起学生兴趣、导入教学过程，往往也是由教师单方面提出问题，问题的产生也缺乏特定情境(尤其是学生熟悉的情境)的烘托和激发，学生依然是木然地对待问题。因而，我在实践中尝试探索的初中数学课堂教学模式，始终贯穿“情境—问题—讨论—反思”这几个基本要素和环节，其主旨在于:创造性地体现数学新教材内涵的基本理念，提高学生的数学素养，为学生终身学习与发展奠基;关注学生的学习动机，以情境中隐含的问题激发学生的求知欲，引导学生自主地探索求知:关注学生的数学学习过程，在经常不断的思考、讨论和交流中，在迎接智慧挑战、有效解决问题的过程中，体验数学学习的成就与乐趣，不断增强数学学习的自信;关注不同学生的数学学习需要，提供多层次选择和发展空间;构建学生必须的共同基础，加强数学的应用和实践。

2、初中数学“情境—问题—讨论—反思”教学模式的基本结构

初中数学“情境—问题—讨论—反思”教学模式的基本结构是：“设置问题情境一提出数学问题一思考、讨论、交流一得出结论、反思提高”。设置问题情境是教学的前提;目的是在情境中产生围绕教学目标的数学问题，这些问题将带领师生开展思考、探究等教学活动;学生提出自己的意见或解决问题的方案，经过学生思考、讨论和交流思想，基本达成共识，得到相对合理的结论;对结论进行检验、反思;对已经解决的问题的结论进行讨论分析，提取其中包含的数学信息作为新的数学情境，进一步反思、质疑又提出更深层次的数学问题，就这样不断在提出问题与解决问题的探究过程中，提升学生的思维品质。这一教学模式的四个环节相互依赖，每一环节都为后一环节提供了广阔的思维空间，而后一环节又将教学活动推向新的阶段。

3、初中数学“情境—问题—讨论—反思”教学模式的特征

初中数学“情境—问题—讨论—反思”教学模式具有问题性、探究性、循环性和开放性特点。首先，带有较强的问题性。设置情境的目的，就是要让学生感受到情境中的数学问题。教师根据教学目标，针对学生的年龄特征和认识水平，创设他们熟悉的问题情境，引导学生自主地发现问题，并能适当地提出问题，然后以问题为导向，开展教学活动。所以，培养学生的问题意识、提高学生提出问题的能力，也是这一教学模式的主要任务之一。其次，具有明显的探究性。在该教学模式中，学生不仅仅要被动地回答教师提出的问题、或书本上的问题，更要回答自己提出的问题、其他同学提出的问题。学生从问题出发，经过思考、讨论与合作交流，主动提取数学信息，寻求解决问题的方案，探讨并检验问题的结论。因此，该教学模式自始至终体现着明显的探究性。第三，具有循环性。教学模式的基本结构是“设置问题情境、提出数学问题、思考、讨论、交流、得出结论、反思提高”。在最后一个环节“反思”阶段进行讨论，仍然可以提出新的有意义的问题继续研究，接着便开始了又一个新的“问题、讨论、反思”环节，将教学活动推向更高阶段。在最后可以以“讨论”环节结束，也可以以“问题”环节结束，还可以以“反思”环节结束，下节课应从后面的相应坏节开始。所以，这一教学模式的四个环节相互依赖、不断延伸，形成循环形式。第四，具有开放性。本模式的开放性表现在两个方面：从学生主体层面看，教学模式虽然有一定的教学目标作导向，但由于学生的个人兴趣、认知水平、思维方式等差异，对情境中呈现的数学信息的识别和分析的角度也不同。因而，学生提出的问题会灵活多样，甚至会提出超前的、目前难以解决的问题，为教学活动提供了一个开放的学习空间。从教师主导层面看，每堂课的结构和形式因课堂上师生的活动情况而不断变化;时间分配和教学进度因课堂的生成而需要适当调整。所以，一节课可以以提出问题、讨论、或者反思后带来的新的数学问题等任何一个环节结束，下次课当然以后面的相应环节开始。这样使本教学模式从内容到形式均具有明显的开放性。

参考文献

［1］郑毓信:《数学方法论》，广西教育出版社2001.9。

第3篇：数学建模环境问题范文

关键词：海洋经济 海洋环境 环境保护 海洋灾害

前言

随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世　界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。

在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。

一、海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究

以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。

在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能

够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。

针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。

应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。

能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。

二、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策

为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。

由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。

随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。

鉴于黄河三角洲海岸线不断依退所带来的国土面积减少、陆上设施受到威胁甚至破坏、对黄河三角洲湿地自然条件的毁灭性破坏等一系列问题，也是非常迫切需要研究的课题。此外，长江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸开发、滩涂围垦和岸滩保护及整治工程对水域影响所引起的环境问题及其对策，也切枰?重点研究的课题??BR>以主要经济发达的河口和海岸带地区以及主要海域的经济发展为背景，建立一个数字化的区域经济发展模拟系统。与防灾、抗灾和减灾决策支持系统一样，将环境工程、水利工程、土木工程与网络技术、计算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立模型，通过多媒体技术，形象化地针对经济发展规划，预测由于发展经济带来的海域环境水污染的恶化、海洋自然灾害（台风、巨浪、风暴潮、地震、冰害、地质灾害）频发的情况。人类活动特别是大规模工程建设所引起的海洋环境的变迁和海岸演变，以及它们之间的相互作用，用数字手段统一地加以处理，建立智能化的决策支持系统，以促进国民经济持续、健康地发展，将会是决策部门进行宏观决策和具体规划时的一个十分有

效的手段。

三、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究

海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。

在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。

我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。

近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。

以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。

海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。

第4篇：数学建模环境问题范文

鉴于以上理论，我们认为数学学习活动是学生通过自主探索建构模型，应用模型解决问题的过程。因此，我们提出了“自主建模，愉悦课堂”的教学模式，该模式的核心内涵是在现实情境中，教师引导学生通过自主探究、合作学习，建构数学模型，发展应用意识和创新意识，建设高效、愉悦的课堂，全面提升师生的数学素养。

一、“自主建模，愉悦课堂”（三段五环节）模式流程

二、“自主建模，愉悦课堂”（三段五环节）模式具体实施

1.创设情境，生成问题

利用学生生活中常见现象创设情境，提供丰富的素材，极易激发学生的热情，有效唤醒学生已有知识和生活经验，从而提出问题。教学“圆的认识”时，我创设了套圈游戏的情境：套圈位置距离狗熊玩具3米。找找套圈位置在哪里？一起看大屏幕，以这个点代表狗熊玩具位置，套圈者可以站在这里吗？还可以在哪里？如果随着这些位置继续增加，会形成一个什么图形？学生在脑海中抽象出圆。本节课情境创设贴近学生生活实际，问题自然生成，学生不禁会生成以下问题：圆与以前学过的平面图形有什么不同？圆又有什么特征？

2.主动探究，合作交流

“动手实践、自主探索、合作交流是学生学习数学的重要方式。”教学中教师应该给予学生足够的时间和空间，经历观察、探索、思考、交流，让学生在手脑并用中体验知识的形成过程，积累活动经验。“主动探究，合作交流”环节要注重：（1）课堂教学要努力营造开放、合作、探究的教学氛围。（2）探究活动的有效性，探究过程伴随着思考，探究之后引导学生进行方法提炼。（3）小组合作，组间交流是合作探究的有效形式。

3.分析归纳，自主建模

“数学建模的过程就是从现实生活或具体情境中抽象出数学问题，用数学符号表示数学问题中的数量关系和变化规律。”教师在教学中引导学生建立数学模型，不但要重视结果，更要关注学生自主建立数学模型的过程。学生在进行探究性学习的过程中，教师应注意引导学生用数学语言表述操作过程，用数学符号表示过程和发现，实现形象思维到抽象思维的过渡，帮助学生科学、合理、有效地建立数学模型。如教学“分数乘加应用题”时，教师引导学生从具体情境中提出问题，学生通过主动探究，合作交流，运用画线段图初步理解分数乘加应用题的解答方法，教师及时引导学生分析归纳，帮助学生经历了建立a+a×和a×（1+）数学模型的过程。方法（1）：去年班级数+今年比去年增加班级数=今年班级数，即24+24×1/4。方法（2）：去年班级数×（1+1/4）=今年班级数，即24×（1+1/4）。

4. 应用模型，巧练反馈

练习内容必须突出重点，抓住关键；练习方法要巧，突出练习的针对性、层次性、开放性和系统性；练习反馈要及时，弥补不足，完善模型。（1）练习设计应与课本习题紧密结合。既要以课本习题为主，又要大胆改编习题以实现巧练。（2）练习方法要灵活多样，激发学生练习兴趣。（3）巧练与反馈相结合，及时总结。

5.全课总结，内化知识

课堂总结要全面，给学生充分的思考时间，引导学生完整地表达，从知识、方法、情感上全面回顾学习过程，完整表达自己的收获与体会，实现知识重组、方法生成、思维创新、思想共鸣，构建知识的系统性。（1） 构建知识间的联系，自主建构网络图。（2）梳理知识间的结构，自主栽种知识树。

三、实施“自主建模，愉悦课堂”教学模式应注意的问题

1．重视学法指导，培养学生建模能力

引导学生独立思考、主动探索、合作交流，使学生理解和掌握基本的数学知识与技能，体会和运用数学思想与方法，获得基本的数学活动经验，培养学生自主建构数学模型的意识和能力。

2．发挥学生学习的自主性和教师的主导作用

教学活动要为学生提供自主提出问题、自主探索、自主解决问题的机会，充分体现学生学习的主体性，使学生学会学习，学会探索。

第5篇：数学建模环境问题范文

关键词：海洋环境污染海洋灾害

海洋工程与海洋环境相互作用随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。

在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。

一、海洋环境特征

对各类污染物的作用机理和规律研究以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。

在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。

针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N—S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。

应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。

能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。

二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。

90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。

在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。

我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。

近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。

以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。

海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。

因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。

为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。

三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。

人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。

由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。

随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。

第6篇：数学建模环境问题范文

关键词：矿山地质环境；评价；方法

        矿产资源是人类赖以生存和社会 发展 的重要物质基础，为国家建设做出巨大贡献的同时，其开发和利用对环境造成的负面影响也日益凸现，尤其是矿山地质环境问题最为明显。随着人类社会 经济 的不断发展，矿产资源的开发与利用进入了一个新的高强度大规模开发阶段。面对沉重的环境 历史 欠账和日趋严峻的生态环境发展态势，环境问题尤其是矿产资源开发利用所引发的地质环境问题已经引起了全世界的高度重视。因此，进行矿山地质环境评价已经成为人类社会发展不可回避的现实。矿山地质环境评价主要是通过调查和评价，摸清矿山地质环境现状，查明主要环境地质问题及其危害，为合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、整治矿山环境、恢复与重建矿山生态、实施矿山地质环境监督管理等提供基础科学资料和依据。

        1 确定矿山地质环境评价的重点内容

        1.1矿业活动引发的水资源、水环境变化，包括地表水漏失、地下水资源枯竭、区域水均衡破坏、水质污染等。

        1.2矿业活动对土地资源、土石环境的影响和破坏，包括改变土地利用现状、地面变形、土地荒漠化、土石污染等。

        1.3矿业活动引发地面隆起、沉降变形、山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的情况。

        1.4矿业活动对重要工程设施、房屋、厂矿和 自然 景观的影响和破坏情况。

        1.5矿山建设工程和设施可能遭受的地质灾害及其危害程度。

        2 矿山地质环境现状评价

        在充分查明评价前矿区存在的各类地质环境问题，包括地下水资源枯竭、地表水漏失、土地资源破坏、土石环境污染、崩塌、滑坡等，在规模、发育程度、危害对象和生产原因的基础上，对其影响和危害程度进行评价。 

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        2.1充分掌握评价区气象、水文、地形、地貌、地层岩性、地质构造、地震、地下水、工程地质等基础条件，查明评价区存在的地质环境问题的种类、规模、特征、发育程度，查明与相邻矿山矿业活动的相互影响特征与程度。

        2.2针对各种地质因素在不同局部区域的差异性和复杂性，要做到较为精确的评价，需将整个评价区域划分成若干个评价单元，统一评价单元在地质环境条件方面具有一致性，而不同的评价单元之间应具有可比性。

        根据各个小区域的具体地质环境条件，分别赋予所选定的评价指标以不同的属性，然后在根据这些属性进行区域评价。可采用三角形剖分法、正方形网格划分法和不规则多边形网格划分法。

        2.3依据具有针对性、简明性、普适性、数据易取性、指标可量化和动态与静态相结合的原则对评价区基础条件基本指标进行选取及数据标准化处理，确定地质环境评价指标权重。

        2.4建立数学模型（指数模型、概率统计模型、模糊数学模型和灰色系统模型）选用评价区各种矿山地质环境要素的各种质量参数和定量化指标，定量评价环境质量的优劣以及预测人类活动对矿山地质环境的影响。

        2.5根据数学模型的评价结果对评价区进行现状评价影响程度分区。

        2.6评价现状条件下评价区的地质环境质量情况、地质环境抗干扰的能力和矿山地质环境恢复治理的难度。

        3 矿山地质环境预测评价

        在现状评价的基础上，根据矿山类型和矿山开发利用方案确定的开采范围、深度、规模和采、选、冶方法，废弃物处置等，结合评价区地质环境条件及变化特征，预测新一轮矿业活动可能产生、加剧的地质环境问题和矿山建设发生地质灾害的危险性，并对其 发展 趋势、危害对象、影响程度和恢复治理难度进行评价。主要包括预测矿业活动可能引发和加剧的地质环境问题的种类、规模和原因以及其危害对象和危害程度，并对在本轮矿业活动结束时总体地质环境质量情况进行评价，对矿业活动引发的各种地质环境问题做出恢复治理难度分析。

第7篇：数学建模环境问题范文

介绍了计算机绿色建筑设计的模拟方法，结合我国绿色建筑设计的发展现状，阐述了计算机模拟技术在绿色建筑设计领域的应用与发展前景，对资源节约型与环境友好型社会的建设有积极的作用。

关键词:

计算机模拟技术，绿色建筑，发展前景，气候环境

环境问题是我国现阶段经济发展过程中所面对的一个重要问题。在社会对能源和环境的重视程度不断提升的情况下，绿色建筑设计理念的应用，对我国建筑行业的可持续发展起到了积极的促进作用。随着计算机技术的不断发展，计算机模拟技术的应用，可以让绿色建筑设计工作的工作效率得到有效的提升。从我国绿色建筑设计领域的发展现状来看，这一技术的应用是对我国的绿色建筑技术水平进行提升的一种措施。

1计算机绿色建筑设计模拟方法

风环境法、光环境法和声环境法的产生，是计算机模拟技术在绿色建筑设计领域的主要应用表现［1］。在风环境法的应用过程中，气象参数扮演的是关键信息的角色，它对解析结果的精确度有着至关重要的影响。室内风环境的分析主要是对建筑物的自然通风情况进行模拟分析的模拟设计方式。室外风环境分析是从建筑物所在区域的地形环境入手进行模拟分析的过程。光环境法涉及到了室内环境和室外光环境两大因素。它可以对建筑物所在区域的日照情况，光辐射情况和室内光环境所涉及到的照度问题和采光度系数问题进行分析。声环境法则是与建筑工程施工区域的噪声问题进行分析的一种设计模拟方式。从计算机绿色建筑设计模拟方法在实际应用过程中所发挥出来的作用看，设计阶段和评价阶段已成绿色建筑工程效率问题的一大发展难点。

2我国绿色建筑设计的发展现状

1)绿色建筑设计的出现。绿色建筑设计是在可持续发展战略目标的影响下所产生的新型设计理念［2］。这一设计理念的出现，可以让建筑与能源环境之间的联系性得到有效强化。为了对能源资源节约在社会发展过程中的作用进行充分发挥，有关单位需要对绿色建筑设计理念的宣传工作进行强化，以便让绿色建筑的功能和作用得到充分的发挥。2)我国绿色建筑设计的现状。我国的绿色建筑设计工作存在着发展起步较晚的问题。同其他国家的相关技术相比，我国的绿色建筑设计技术还存在着落后性的问题。这一问题的出现，可能会对绿色建筑的落实带来一些较为不利的影响。从我国绿色建筑设计方面的法律法规的建设情况来看，绿色建筑的审核监督机制还没有得到有效构建。计算技术的落后性，也给我国绿色建筑的发展问题带来了一些不利的影响。3)我国绿色建筑设计的深远意义。绿色建筑设计理念的应用，是促进经济社会可持续发展的一大重要措施。这一建筑理念的出现，是对能源环境对社会的影响进行重视的一种表现。它也可以为社会带来巨大的经济效益，因而，我们在现阶段需要对绿色建筑设计在未来社会的发展问题进行关注。

3计算机模拟技术在绿色建筑设计领域的应用

3．1计算机模拟技术在绿色建筑设计中的具体应用

模型构建是计算机技术在绿色建筑设计过程中所不可缺少的一项重要内容［3］。在这一过程中，工作人员需要将建筑模型导入到计算机模拟技术软件之中。在这一阶段，工作人员可以将建筑图形简化为只有墙和门窗等重要部位的模拟图形。在完成建筑模型导入后，设计人员需要在对建筑设计中涉及到的一些参数进行导入的基础上，对建筑物的区域设置进行确定。为了对画图工作进行简化，设计人员需要对平面设计模式进行应用，进而利用平面图对立体图形进行构建。计算机模拟技术中的Ecotect软件就在绿色建筑设计领域发挥出自身的辅助设计作用。在对该软件进行应用后，系统可以从某一地区的具体气候情况进行分析的基础上，通过模拟计算的方式来生成符合建筑师设计要求的建筑构件。在相关参数的设置过程中，相关设计人员需要对建筑物内各个区域的能源消耗问题进行计算。以便从相关区域的人数、空调和照明等多方面因素入手，对参数进行设定，在参数计算工作的开展过程中，工作人员可以从计算机模拟技术软件对不同区域的设置情况入手，在对各个区域进行分析以后，来解决这一问题。对绿色建筑设计的相关参数的计算，也是对绿色建筑所需的建筑材料进行计算的过程。例如，在建筑物的天花板施工中，施工人员需要对一些优质的混凝土材料进行应用。气象信息加载功能的运用，也可以让绿色建筑设计的时效性得到充分提升。在将建筑工程施工区域的气象数据导入到相关系统以后，工作人员可以从气象信息和施工区域的地理位置两方面入手，对工程的资源消耗情况进行计算。在上述工作完成以后，工作人员可以对工程每一月份所消耗的能源量进行统计。在计算机模拟技术的作用下，系统也可以导出一份与建筑物各个位置在每一天甚至是每一小时以内的温度情况有关的EXCEL表格。在对计算机模拟技术的应用问题进行分析的过程中，建筑物的朝向和建筑群的布局优化问题也是我们无法忽视的一个重要问题［4］。从建筑物的朝向问题来看，它与当地的主导风向和建筑所在区域的道路问题之间存在着一定的联系。房间内部的使用要求与光照问题也需要在建筑朝向的确定过程中有所考虑。在对这一问题进行处理的过程中，计算机模拟分析技术可以在对上述因素进行充分考虑的基础上，对建筑物的朝向问题进行确定。在对不同建筑布局所面对的风环境进行模拟分析以后，可以发现建筑布局对建筑的风环境特征有着较为重要的影响。对此，在不同的季风区域内，建筑人员需要从当地的气候环境特征入手，对建筑群的布局问题进行优化。CFD建筑风环境模拟技术就是一种建立在流体力学、计算机方法和计算机图形学基础上的一种模拟实验方式。它可以在对建筑物建成以后的外部风环境状况和内部风环境状况进行模拟的方式，在对自然通风风速、风压等模拟图进行建构的基础上，对建筑的设计方案进行修订。针对风压的影响作用，在仅对风压问题进行考虑的情况下，利用PHOENICS模拟的结果对不同架空空间中的最佳方案进行选择，是第一阶段的设计内容。在第二阶段，工作人员需要借助fluent软件，对设置室外通高中庭和未设置外通高中庭的两种建筑模型室外风环境情况进行分析。

3．2计算机模拟技术在绿色建筑设计领域的发展前景

计算机软件模拟技术在实际应用过程中所涉及到的信息主要由各个地区的气候信息、地理位置信息等要素组成。但是从计算机模拟技术的应用情况来看，地点选择的有限性是计算机模拟技术软件在实际应用过程中所表现出来的主要特点，在可选择地点相对固定的情况下，数据信息缺乏准确性和完整性的问题可能会让绿色建筑能源消耗的计算结果表现出缺乏准确性的问题。从我国社会的发展现状来看，在人口数量增速相对较快的环境下，资源消耗速度的增长，已经让绿色建筑设计成为了建筑设计领域的主要发展趋势。在建筑环境发生变化的情况下，建筑物的能源消耗计算工作也表现出了复杂性的特点，因此，计算机模拟技术在绿色建筑设计领域中仍然存在着较为广阔的发展前景。

4结语

绿色建筑设计理念的产生与发展，对资源节约型社会和环境友好型社会的建设有着积极的促进作用。计算机模拟分析在绿色建筑设计过程中的应用，可以对建筑物在环保节能方面的优势进行充分发挥。因而二者之间的融合也可以让人们的居住舒适度得到有效的提升。

参考文献:

［1］赵鹏．计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用研究［D］．济南:山东建筑大学，2012．

［2］邢炜．计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用［J］．自动化与仪器仪表，2014(9):99-100，103．

［3］刘百韬．计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用［J］．建材与装饰，2015(48):66-67．

第8篇：数学建模环境问题范文

【关键词】常微分方程;物体冷却;数学模型

1.物体冷却问题中常微分方程的数学模型

1.1常微分方程的定义

常微分方程是联系自变量和未知函数以及未知量函数的导数或微分的等式，其中未知函数的导数或微分形式必须出现在方程等式中，而且未知函数只受到一个自变量的变化而变化，则该方程称为常微分方程.

常微分方程中待定函数最高阶导数的阶数成为该方程的阶，n阶常微分方程的一般形式为：F（x，y，y′，y″…，y（n））=0或y（n）=F（x，y，y′，y″，…，y（n-1））.

1.2牛顿冷却定律

牛顿冷却定律 温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律.当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比.

推论2.1.1 温度高于周围环境的物体，它自身的温度变化率与物体自身温度和当时周围温度的差成正比.

1.3模型的建立

假设一个物体的温度为T，周围环境温度为Q（假设环境温度一直保持不变），比例常数为λ，t为时间.

分析：物体的温度的变化率为未知函数温度T对自变量时间t的一阶导数，即为dTdt，在根据推论1.1.1可以列出常微分方程，即得到物体温度变化率的模型：

dTdt=-λ（T-Q）

（1.3.1）

对上式方程进行分离变量[2]：

dTdt=-λ（T-Q）dTT-Q=-λdt.

对上式方程两边同时求积分：

∫dTT-Q=∫ λdtlnT-Q=-λt+C.

（C为任意常数）

elnT-Q=e-λt+c±（T-Q）=e-λt+cT-Q=±e-λt+cT-Q=±ece-λtT-Q=Ke-λt.

（K=±ec，为常数）

整理可以得到物体温度T随时间t变化的数学模型：

T=Q+Ke-λt（K=±ec，为常数）.

（1.3.2）

设物体的初始温度为T0，当t1时刻的物体温度为T1的时候有：

T0=Q+Ke-λ×0K=T0-Q，

T1=Q+Ke-λt1T1=Q+（T0-Q）e-λt1

T1-QT0-Q=e-λt1lnT1-QT0-Q=lne-λt1-λt1=lnT1-QT0-Qt1=-lnT1-QT0-Qλ.

从而将模型（1.3.2）变为：

T=Q+T0-QelnT1-QT0-Qλ×t.

（1.3.3）

此模型说明，只要测量出周围环境温度，物体初始温度，以及物体冷却过程中任意时刻的物体温度，就可以利用模型（1.3.3）求出将物体冷却到某一温度所用的时间或者可以求出者将物体冷却某一时间物体的温度.

2.常微分方程数学模型在物体冷却问题中的应用

在物体冷却的问题中，存在着因变量对自变量一阶导数的关系方程，因此，在物体冷却问题中，我们常常利用常微分方程数学模型来解决相应的问题.

建立数学模型的思想，可以把复杂的问题简单化，利用常微分方程的数学模型，可以更便捷的解决物体冷却中的一些问题，例如法医在推断尸体死亡时间时，可以通过尸体的温度和周围环境的温度，大致推断出死亡时间.再例如，可以通过数学模型计算出物体冷却过程中物体温度的变化随时间的变化之间的规律.

例题 把100℃的一杯水放在室温25℃的环境中进行冷却，经过15分钟水温为40℃，求水温达到30℃需要多长时间.

分析 此题利用数学模型（1.3.2），先有初始温度条件求出K的值，然后由经过15分钟水温为40℃的条件求出λ值，最后就可以求出30℃所用的时间了.

解题：开始（t=0）水温为100℃，由模型T=Q+Ke-λt可得到：

100=25+KK=75，T=Q+75e-λt

①

把已知条件t=0.25小时 时候T=40℃带入①中得到：40=25+75e-λ0.25.

315=e-0.25λln315=-0.25λ

λ=-14ln315≈0.40235.

把λ值带入①中得到：

T=Q+75e-0.40235t.

②

把T=30，Q=25带入②中得到：

30=25+75e-0.40235t115=e-0.40235tln115=-0.40235tt≈1.09.

则，需要经过约1.09小时后水才能达到30℃.

第9篇：数学建模环境问题范文

关键词：协同；资源与环境经济学；综合实验；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0277-02

一、引言

2014年总理在夏季达沃斯论坛上提出“大众创业、万众创新”的理念，其核心就是以简政放权的改革为市场主体释放更大空间。具体到教育领域，作为重要创业支撑平台的高校实验室资源，也同样需要引进新的管理运行模式。尤其是跨多种学科的本科专业，如何能充分整合社会资源，既解决人才培养的问题，又有助于调动大学生实现大众创业、万众创新的积极性，是一个亟需解决的问题。本文以资源与环境经济学本科专业为研究对象，重点研究如何整合多种资源的综合实验平台的构建原理。

二、资源与环境经济学专业特点及人才培养目标

本专业主要学习资源与环境经济学基本理论与基本知识，熟悉资源环境政策法规与交易规则，掌握资源与环境经济分析方法及管理技能。旨在培养适应社会经济发展需要，知识面宽，综合素质高，富有创新精神，实践能力强，德、智、体、美全面发展，能够在各级政府、资源与环境管理部门、农林牧渔各业和各类大中型企业以及相关科研院所等企事业单位，胜任相关专业工作的应用型、复合型、创新性高级专门人才。学习环境资源与发展经济学方面的基本理论和基本知识，接受相关业务的基本训练，具有在环境资源管理及相关领域实际工作的基本能力，这是提升应用型人才培养的重要途径之一。

三、已有的实验室运行现状及存在的问题

（一）资源与环境经济学专业实验室建设情况

目前，资环实验室具体开展的工作内容主要有区域大气环境影响评价、噪声环境影响评价、环境风险评价、资源价值评估、资源规划等。部分实验内容开展需要相关资源类或环境类理工科专业基础知识，而对在校的大学本科生而言，接触跨学科的专业知识毕竟相对有限。作为一个新本科专业，在专项资金支持下，实验室各项工作已经在筹备中，但资源与环境经济学专业要实现其社会价值，对技术、技能型人才培养的要求还有较大差距，学生的学习能力、工程实践能力、工程设计能力和创新能力还远远不能满足社会对资源与环境经济学专业的要求。从环境影响评价方向的实验教学体系来看，有利于培养学生理论应用能力、创新能力的实验实训设备不够系统与完善，如该专业方向的专业基础实验还需补充。目前已经购买了大气环境影响评价系统、噪声环境影响评价系统、环境风险评价系统等软件。这些软件基本能满足本实验室设计的环境影响评价模块的设计。但是这些软件的使用，如果要能结合实际情况，需要和地理信息系统相联系，才能实现与学校的石油、冶金等特色专业相结合，实现实际数据统计记录，得出具有指导意义的环境影响评价结论，为企业解决环境问题提供详尽的环评结果。目前在已有的软件情况下，只有通过其他途径直接获取相关数据资料，这样教学实践效果只能起到熟悉软件操作、明白环评程序的目的。环境核算体系以及资源价值评估等核心软件缺失，将不利于学生全方位掌握环境评估程序和独立实现环境评估操作实践，通过比较各个区域、各个产业等环评结果，借助经济学理论和计量经济学软件得出可靠的经济学研究结论，从而无法较系统、充分地培养学生理论联系实际、分析问题和解决实际问题的能力和创新能力。为了更有效率地改变现有的资环实验设施条件，需要改变以往的购置思维。

（二）可以整合的实验室资源

1.校内资源。重庆科技学院是一所以工为主，以石油与化工、冶金与材料、机械与电子、安全与环保为特色的高等学校。具有省部级重点（建设）学科4个，工程中心、重点实验室等省部级科研平台10个。现在大多数是按学科设置的专业实验室。重点特色实验设备较为先进，也建有专门的实践基地。这些实验室具有非常专业的实验教学资源。然而目前大多数院校的实验室运作基本上是在原有教育教学模式下进行实验室建设。由于学科差异性，各学科的学生基本固守在各自为营的二级学院实验基地、公共大实验平台为主的条件下接受实验实践教育。实验室运作并没有真正地将“协同创新”融入到实验室管理运作中。2.企业资源。重庆科技学院是以工为主的高校，正在努力建设成为国内高水平的应用科技大学，学校定位就是服务于区域经济发展和石油、冶金两大行业。随着校企产学研合作走向深入，学校与企业界合作机会增多，共同研究解决技术问题，双方都能从中获益。然而，在与企业的合作中，仅仅依靠学校内部的实验室资源，由于缺乏接受实际数据的软件、数据库等设备，以及环境影响评价、环境效能核算、资源价值评估等方面的设备，因此不能满足校企技术合作发展的需要。企业有技术实践背景，也具有丰富的数据资源，而学校具有研发团队，如果校企联合创办实验室，双方收益共享、风险共担，则将有利于调动双方的积极性，从而有利于协同创新。3.移动互联网资源。资源与环境、经济学大多与社会息息相关，资环专业实验部分涉及环境检测数据、政府政策等资料，从而更好地为地方经济建设服务。随着社会资源的信息公开，直接从互联网就可以查询到相关资源。其次，随着移动终端的快速崛起，天气状况、气温、地理位置等信息随时随地可查询，足不出户就可以查询到这些信息。这些信息是资环专业重要的实时资源，应该纳入综合平台中去。实验研究成果需要借助移动互联网平台进行宣传，吸引更多的社会关注，从而实现大众共同培养的目的。

四、整合多方资源共建综合实验平台

在现有的经管类实验室基础上，整合校内的石油冶金资源实验室资源、企业或政府资源、移动互联网资源等外部资源，共同构建资源与环境经济学综合实验平台。石油冶金等资源实验室主要为平台提供环境效果验证、资源耗能等专业实验验证功能，企业或政府资源主要为实验平台提供社会中发生的资源或环境等实践问题，并提供实验结果的实践论证；移动互联网主要为平台提供数据库支持，以及组织社会调研搜资等活动，同时还为研究成果提供宣传服务。现有的资源与环境经济学实验室主要是搜集数据，利用专业软件处理数据，解决问题的智力中心功能。该平台跨学科，校企联合共建，充分利用移动互联网资源，有助于全方位对资源与环境经济学本科专业应用型人才的培养，综合实验平台的研究成果可以借助移动互联网，实现关于平台人才培养模式。资环专业学生可以先学习基本资源与环境经济学专业理论，然后在校内理工科实验室加强对资源与环境相关的基本专业认知，结合企业或社会需要解决的资源与环境问题，借助实验平台进行综合研究，提出解决方案。平台运行模式。可以采用“收益共享，利益共担”的原则，平台共建充分借助虚拟的互联网手段实现，对于解决企业实践问题获得的收益，按照一定比例共享给相关参与方。此平台构建，不仅可以解决资源与环境经济学专业的本科人才培养，而且还有助于资源环境理工类学生经济管理类公共基础专业知识的欠缺，有利于复合型人才的培养，而且多学科合作，更容易研发创新。平台运作实际是政府与社会协同育人的一种机制上的创新，也是未来高等教育改革的发展方向之一。五、配套措施为实现平台构建，我们提出以下建议：一是改革实验室资源管理模式。打破原有的各自为政的实验管理模式，构建资源共享集中统一管理平台，避免重复建设。二是鼓励与企业合作，多参加社会调研。资源与环境经济学专业等一些文科专业，更需要了解社会，了解企业运营中遇到的问题，才能有目的的进行学习研究，加深解决实践问题的动力。三是对实验教师队伍的培训。一般学校的实验室建设都是由专业教师组成，专业教师需具备丰富的跨学科专业知识，而且需对社会问题较为敏感。这些都需要教师不断补充知识，扩大知识面。四是观念的创新。专业人员、管理模式改进以及数据库的欠缺，都需要转变思维观念，平台构建大胆引入“互联网+”模式，充分借助网络资源，实现大众创业、万众创新的应用型人才培养模式。

参考文献：

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