本书是一本讲授环境系统分析的指导性教材，着重讲解环境系统最优化和数学建模与分析。主要包括三部分内容：其一为环境系统最优化模型及应用，包括线性规划、整数规划、非线性规划和动态规划等最优化模型及其在环境系统中的应用；其二为环境系统的数学建模与分析，包括水环境系统数学建模与分析、大气环境系统数学建模与分析；其三为环境构筑物的数学建模与分析。
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环境系统分析是环境科学与工程专业的基础课程之一。本书是一本环境系统分析的指导性教材，着重讲解环境系统最优化和数学建模与分析。数学建模即应用数学语言和方法来描述环境污染过程中的物理、化学、生物化学等内在规律和相互关系的数学方程。所以该门课程理论性很强，涉及数学公式、数学过程推导较多，历届学生普遍反映该门课程难度较大、抽象和枯燥。为解决上述问题，本书在编写过程中，强调以下原则：①案例的设计和运用。通过围绕案例教学，激发学生学习系统分析和数学模型的兴趣，使学生在解决环境问题的同时，提升理论水平和分析问题的能力。②多媒体动画在教学中的运用。将抽象性与直观性相结合，强化感官认识和视觉冲击。③MATLAB和FLUENT软件工具的使用。通过引入软件，大大提高学生解决问题的能力和效率，有利于对问题的深入分析和理解。④学生的主动和深入参与。通过老师课上和课下指导、学生亲自建模，使学生能够运用所学方法来解决环境问题。学生通过亲自参与，把抽象的数学公式变成生动直观的视觉结果，将会产生强烈的学习热情和成就感。
本书主要包括三部分内容：其一为环境系统最优化模型及应用，包括线性规划、整数规划、非线性规划和动态规划等最优化模型及其在环境系统中的应用；其二为环境系统的数学建模与分析，包括水环境系统数学建模与分析、大气环境系统数学建模与分析；其三为环境构筑物的数学建模与分析，主要利用GAMBIT软件和FLUENT软件对平流式沉淀池、旋风除尘器、卡鲁塞尔氧化沟等环境构筑物进行数学建模与系统分析。
全书由中国计量大学丁涛老师统稿。2012级、2013级、2014级环境工程专业的本科学生参与了本书的编写工作，包括2012级的程夙、谢斌晖、潘肖健等同学；2013级的阮唯佳、柴铮巍、朱家辉等同学；2014级的胡来钢、胡新华、邵鑫等同学。张瑞芬、应承希、王伟等硕士研究生在全书编排中也做了大量工作，在此一并表示感谢。
本书编写过程中参考了许多相关资料和书籍，在此不一一列举（详见书后参考文献列表），编者对这些参考文献的作者表示真诚的感谢。本书的出版得到国家自然科学基金项目（51579046）、浙江省“安全科学与工程”重点学科和浙江省高等教育课堂教学改革研究项目的资助，在此深表感谢；同时感谢科学出版社文杨老师在本书出版过程中给予的支持和帮助。
目录
前言
第1章 环境系统分析导论 1
1.1 系统的概念、特征和分类 1
1.2 环境系统 2
1.3 环境系统最优化导论 7
1.4 环境系统数学建模与分析导论 8
1.4.1 环境系统数学模型定义和特征 8
1.4.2 数学模型的分类 9
1.4.3 数学模型的基本结构 10
1.4.4 数学模型的建立步骤 11
1.4.5 数学模型的应用 12
1.5 环境构筑物数学建模与分析导论 17
1.5.1 计算流体力学 17
1.5.2 FLUENT软件基本结构 18
1.5.3 FLUENT的基本模型 19
第2章 环境系统最优化 24
2.1 环境系统最优化模型概述 24
2.1.1 环境系统最优化模型 24
2.1.2 最优化模型求解方法 24
2.2 线性规划 26
2.3 整数规划 32
2.4 非线性规划 34
2.5 动态规划 37
第3章 水环境系统数学建模与分析 41
3.1 污染物在环境介质中的运动与转化特征 41
3.1.1 推流迁移 41
3.1.2 分散运动 41
3.1.3 污染物的衰减和转化 44
3.1.4 推流迁移、分散和衰减之间的关系 44
3.1.5 环境质量基本模型 45
3.2 湖泊与水库水质建模 46
3.2.1 湖库的水文和水质特征 46
3.2.2 湖库箱式水质模型 48
3.3 河流水质建模和仿真 52
3.3.1 河流水质过程分析 52
3.3.2 河流一维水质模型 55
3.3.3 河流二维水质模型 64
3.4 河口及近海水质建模和仿真 65
3.4.1 潮汐对河口水质的影响 65
3.4.2 河口水质模型基本方程 66
3.5 基于FLUENT软件的河流突发性污染物三维水质模拟 68
3.5.1 背景 68
3.5.2 利用GAMBIT软件构建河道几何模型 68
3.5.3 FLUENT求解计算 71
3.5.4 计算结果分析 76
第4章 大气环境系统数学建模与分析 78
4.1 大气污染的特征分析 78
4.1.1 大气污染源分析 78
4.1.2 大气的垂直分层及边界层 80
4.1.3 大气污染物扩散过程 81
4.2 大气污染物高架点源扩散模型 84
4.2.1 高架点源扩散模型的基础 84
4.2.2 高架连续排放点源模型 88
4.2.3 多点源排放条件下的浓度计算 96
4.3 大气污染物线源扩散模型 101
4.3.1 风向与线源垂直 101
4.3.2 风向与线源平行 102
4.4 大气污染物面源模型 102
4.4.1 单箱模型 103
4.4.2 多箱模型 105
4.5 AREMOD大气预测模型及应用 107
4.5.1 AREMOD模型简介 107
4.5.2 AREMOD模型要求 108
4.5.3 AERMOD模型应用 110
4.5.4 结果分析 116
4.6 基于FLUENT软件的烟气扩散模拟 122
4.6.1 烟气扩散的几何建模和网格划分 122
4.6.2 网格文件导入与网格操作 124
4.6.3 模型相关的定义操作 124
4.6.4 控制方程求解方法的设置及控制 125
4.6.5 计算结果的处理与分析 126
第5章 环境构筑物数学建模与分析 128
5.1 平流式沉淀池建模与分析 128
5.1.1 平流式沉淀池的几何建模和网格划分 128
5.1.2 网格文件导入与网格操作 131
5.1.3 模型相关的定义操作 131
5.1.4 控制方程求解方法的设置及控制 133
5.1.5 模拟结果显示和分析 134
5.2 旋风除尘器建模与分析 138
5.2.1 旋风除尘器的几何建模和网格划分 138
5.2.2 网格文件导入与网格操作 141
5.2.3 求解类型的定义 141
5.2.4 计算求解 142
5.2.5 计算结果的显示和分析 143
5.3 卡鲁塞尔氧化沟数学建模与分析 149
5.3.1 卡鲁塞尔氧化沟的几何建模和网格划分 150
5.3.2 网格文件导入与网格操作 154
5.3.3 模型相关的定义操作 155
5.3.4 控制方程求解方法的设置及控制 156
5.3.5 计算结果显示 157
5.3.6 氧化沟在不同工况下的模拟结果分析 159
参考文献 162
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