b 水库排污问题的数学模型(3)

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1、数学建模学号：3110801236姓名：诸震亚班级：数学1121911级数学《数学建模与数学实验(实践)》任务书一、设计目的通过《数学建模与数学实验(实践)》实践环节，掌握本门课程的众多数学建模方法和原理，并通过编写C语言或matlab程序，掌握各种基本算法在计算机中的具体表达方法，并逐一了解它们的优劣、稳定性以及收敛性。在熟练掌握C语言或matlab语言编程的基础上，编写算法和稳定性均佳、通用性强、可读性好，输入输出方便的程序，以解决实际中的一些科学计算问题。二、设计教学内容1线性规划（掌握线性规划的模型、算法以及Matlab实现）。整数线性规划（掌握整数线性规划形式和解

2、法）。2微分方程建模（掌握根据规律建立微分方程模型及解法；微分方程模型的Matlab实现）。3最短路问题（掌握最短路问题及算法，了解利用最短路问题解决实际问题）。行遍性问题（了解行遍性问题，掌握其TSP算法）。4回归分析（掌握一元线性回归和多元线性回归，掌握回归的Matlab实现）。5计算机模拟（掌握Monte-carlo方法、了解随机数的产生；能够用Monte-carlo解决实际问题）。196插值与拟合（了解数据拟合基本原理，掌握用利用Matlab工具箱解决曲线拟合问题）。 摘要本文针对水库突发性事故排污问题，首先通过建立二维水质污染物浓度模型，给出了单个水库对干流造成大

3、面积污染的可能性；然后建立两水库排污模型，分析了在另一水库有连续点源污染物排放及水流相互影响的情况下，两水库对干流造成大面积污染的可能性大小；并进一步针对第三种情况的发生，给出在短时间内控制污染的有效措施；且讨论了若污染物具有挥发性，上述各情况造成干流发生大面积污染的可能性大小，为水库事故性排污问题提供了有价值的理论依据。关键词：水库排污；污染物浓度；流量；水流速度19一、问题的提出近年来水库污染问题日益严重，某条江流上有2条支流，每条支流上都兴建了规模相当的水库。由于正处在雨水多发季节，因此两个水库都以一定规模的流量进行泄洪。某天晚上10：00，在其中的一个水库中发生了两

4、船相撞的事故，而其中的一条船装载的p吨化学物质（这里的化学物质可以是具有挥发性的，也可能是极难挥发的）全部泄漏至水库中。当水上航运事故处置中心接获事故报告，立即要求该水库关闭水库泄洪闸，以免化学物质随洪水流入干流，发生更大规模的污染。水库闸门开始关闭时，已经处在事故发生后的1个小时，而水库闸门彻底关闭也需要1个小时的时间。根据当地环境监测的有关规定，干流大面积污染的危险警戒值设为：三小时内q吨该化学物质发生泄漏。(1)试建立合理的数学模型，讨论由于此次事故的发生，干流发生大面积污染的可能性；(2)如果在另外的一水库中有一化工厂违规排放废料。废料中同样含有该化学物质。该工厂为

5、躲避环境监测站的监控，均在晚上9：00-12：00违规进行周期性排放。在这种情形下，讨论由于此次事故的发生，干流发生大面积污染的可能性；(3)如果以上两个水库间有一条人工修建的水渠相连接，水渠中的水流流向不定，但保证两水库之间的水流能够相互影响。那么上述结果是否会改变？请给出说明，若有改变，则给出修正的模型及结果；(4)针对第三种情况，试给出在短时间内控制污染模型。二、问题的分析由题目的背景知道，事故发生时两水库都正在泄洪，因此此时水库中的水流速水库较快。而泄露到水库中的化学物质不论是具有挥发性的，还是急难挥发的，它们对干流污染的情况总是类同的，因此我们总可以认为污染物是易

6、溶急难挥发性物质。为使我们的模型简单，我们可以先假设事故发生在水库1中，污染物在水库中的分布是符合零维迁移模型的，此时流入水库的污染物能以很快的速度与水库中的水均匀混合，水库中任何部份水体的污染状况都是一样的，污染程度与水体在水库中的位置无关。而实际上，污染物在水中达到分布均匀是有一个迁移过程，符合污染物一维迁移方程，但在这样一个突发事件要求短时间内得到控制的问题中，我们总可以用污染物瞬时混合均匀状态模型来代替污染物一维迁移的过程。在解答问题一时，我们只要考虑在事故发生到关闭水库的两个小时内，流出水库的污染物的质量小于吨即可。问题二中提到的情况只是将干流的污染源从一个增加到

7、两个，那么发生大面积污染的可能性就要增大。由于两个水库之间没有联系，我们只需要单独考虑2库的排污情况，然后加上1水库的污染物排放情况，最后综合考虑两个水库所排污染物的总量对干流的影响就可以了。问题三中建立人工水渠就是在问题二的基础上使水库1和水库2发生联系。由于水都是从高水位流向低水位，因此，我们只需考虑从1水库向2水库的流入情况，而不必考虑从2水库向1水库的流入情况。19分析问题四，干流已经发生大面积污染，对比水体污染物处理的各种手段，不论是化学、物理还是生物手段都不可能在短时间内除去污染物，因此我们只能通过稀释