数学模型在环境保护中的应用探讨

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数学模型思想在小学数学教学中的应用

作者：程芳

来源：《新课程·小学》2018年第09期

摘 要：时代的发展引发对知识深入挖掘的需要，就数学这一对社会发展影响显著的学科而言，更是人们得以借助其展示世界的有效手段，因此其重要意义不言而喻。《义务教育数学课程标准（2001年版）》实现了这一学科发展的“四基”目标，并且确定了学科建构过程中的十个核心概念。其中，从“思想”的角度衍生了重要的数学概念——“模型思想”，足以彰显这一概念之于义务教育阶段数学学科的重要程度。拟结合小学数学教学为例，探讨模型思想在教学过程中的“渗透”问题，并结合教师的具体实施等相关问题，给予一定的实施建议，如强化相关的理论学习、注重课标实际要求的落实和实施等。

关键词：数学建模；模型思想；小学数学

就当前国内的小学数学教学教学现状而言，以数学模型为核心的研究少之又少，基本处于萌芽状态。与此同时，数学思维的培养和建立离不开小学阶段的数学学习，因此对于学生数学建模能力的培养应当渗透到小学阶段的教学中去，为这一能力的培养打下良好的基础，同时在这一能力的形成过程中，更有利于学生的数学学习。

一、数学模型思想概述

简而言之，数学模型是一种用数学语言表述的数学结构，这一表述可以是进行的相应概括，也可能是根据事物的特征及相应之间的联系进行的近似表述。学生在进行模型思想的建立时，可以更为深刻地将数学与现实世界联系在一起，理解学科的实用价值。模型的建立需要经历一个过程。例如学生可以在实际生活中发现数学问题，借助数学中的函数、不等式来阐释其中的数量关系，并以此讨论出相应结果。这一建构和求解的过程，可以有效促进学生对于这一学科学习积极性的激发，更有助于学生模型思想的建立和成熟，提高将数学应用于实际生活的意识。

二、数学模型思想在小学数学教学中的应用现状

▲HUANJINGYUFAZHAN

239工作论坛水文地质在环境保护中的应用探讨 付妍（河北省地矿局第六地质大队，河北石家庄050085）摘要：水文地质工作关系着其他工程及环境问题，虽然现阶段相关技术得到了长足的发展，但仍然存在部分单位不重视水文地质导致引发一系列安全事故的现象发生。因此，文章从水文地质的特征入手，分析了水文地质的危害，并提出一定预防做好水文地质的防护工作，以期为相关工作人员提供经验借鉴。关键词：水文地质；地质灾害治理；环境保护；具体应用中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2018)02-0239-02DOI:10.16647/15-1369/X.2018.02.143Application of hydrogeology in environmental protectionFu Yan(Sixth Geological Brigade, Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources, Shijiazhuang Hebei 050085, China)Abstract: Hydrogeology work relations with other engineering and environmental problems, although the current related technology got rapid progress, but there are still some units do not take the hydrogeological lead to cause a series of safety accident happened. Therefore, this article from the characteristics of hydrogeology, analyzed the hydrological geological hazards, and puts forward some prevention to do a good job of protection of hydrogeology, in order to offer experience for reference to related staff.Keywords:Hydrogeology; Geological disaster management; Environmental protection; The specific application水文地质是目前我国一类新型的学科，其内容主要是研究地下水的构成与影响，以及各类水体的变化与运动。它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等[1]。因此，只有切实做好水文地质的考察工作，将考察结果加以具体分析运用，才能更好保护环境，进一步做好地质灾害预防工作。1 水文地质勘察的特征水文地质的地形是根据地下水的分布与流向，根据其岩石、泥浆等地理面貌，水流流动、运动、完成补给的过程。水文地质的特征也是决定了其危害程度、可能引发的安全隐患等。其特征具体如下：第一，水文地质拥有一定的边界类型与构造组合，没有相关地形的支持水文地质无法有效形成，其勘察工作也无法进行。第二，水文地质拥有一定的容积与内部组合，没有容积则地下水不能够较好地留存。第三，水文地质的形成的必备条件是拥有在空间内能量转换的能力，包括势能转换为动能等多个能量转换的方式。第四，水文地质必须拥有一套自身的代谢系统，保证其内部的水量循环，也只有依靠水体循环，才能支撑起水文地质的运动过程。第五，水文地质通常来说不是独立存在的，在一定范围的区域内，水文地质间互相具有联系[2]。因此其勘察工作可从一块水文区域至另一块区域，确保整个工作的完整性。2 水文地质对岩土工程的影响2.1 流沙现象由于水文地质的影响，一旦在其上部开展施工，会引发地下水逆流向上的现象发生。地下水逆流会直接导致上方的砂石倾流，从而引发流沙。流沙会导致地面滑动，导致上方的建筑结构不稳，引发诸多的安全隐患。同时，流沙现象最大的隐患在于其隐蔽性较强且潜伏周期很长。部分施工单位没有做好相关的勘察工作，直接在水文地质的基础上建造建筑物，尽管建筑物能够较好地稳定在地面上，但由于长期的压力与自身建筑带来的惯性，会给予地面较大的压力。此时流沙现象加剧，引起地面松动，最终导致建筑崩塌，造成不可估计的巨大经济损失，给人们的生命安全带来不小的隐患。2.2 沙土振动液化水文地质中拥有大量的地下水，同时地下水是活性动态的，因此会在长期的实践中不断振动，对土壤内的砂石与其他结构产生影响。在长时间的振动作用下，沙土之间的有效应力会不断降低，导致整个土壤结构的抗压能力降低，最终使得其抗压能力不匹配上层的建筑所施加的压力，引起安全隐患。当地下水压力完全与砂石间的有效应力互相匹配抵消后，会导致沙土呈现液体化。需要注意的是，此时的液体化并非砂石直接由固态转变为液态，而是其性质、反应的能力趋于液态。而液态的特点是光滑、抗压能力较弱，因此其上方的建筑容易发生沉降现象，地表也会发生冒水、冒沙等状况。2.3 水文地质的腐蚀性尽管水文地质中的地下水是流通且活动的，但由于其活动范围有限，仅在地下有流动和能量转换的现象存在。因此，其水源的质量与成分都不能与地上水相比，通常情况下水文地质的水资源腐蚀性较强。由于其水中含有大量的硫酸根离子、镁离子、氯离子等离子，导致其水的酸度较高。一旦因水文地质而产生流沙现象或沙土振动液化现象，其从地下渗出的腐蚀性较强的水，会对建筑物产生腐蚀作用，从而危害地表上的建筑物，腐蚀建筑地基的基本结构，使建筑物的压力不能均匀地分解至土地内。从而导致建筑物的结构不稳定，随时有坍塌的可能[3]。3 水文地质地下水的水位变化带来的影响3.1 水文地质地下水位上升带来的影响地下水的上升势必带来地下水向上产生逆流淌的过程，从而导致土壤的水层结构破坏。一旦形成长期性的水位上升的现象，突然会趋于沼泽化。针对建筑用地而言，沼泽化会带来如建筑结构不稳的安全隐患。而针对农业用地，沼泽化会带来非常严重的后果，不仅土壤失去耕地的作用，在沼泽化初期地下水中的化学成分可能会影响植物的正常生长发育，一旦人类食用了该土地种植的农作物，会引发一系列的健康问题。同时，地下水位上升还可能带来突然盐化的问题，由于地下水中拥有丰富的盐类成分，尽管其大部分是中性的，但水中仍然还有较多的腐蚀性盐类。这些盐类会导致土壤富营养化，难以继续投入使用。3.2 水文地质中地下水位下降的影响不仅是地下水位上升具有一定的不利，同时地下水位的下降也会带环境与发展

数学模型在生态环境保护中的应用

近年来，随着环境问题的日益严重，环境保护变得越来越重要。在环境保护中，数学模型的应用越来越受到重视。本文将探讨数学模型在生态环境保护中的应用，包括数学模型的基本概念、数学模型在生态环境保护中的应用示例、以及数学模型在未来的应用前景。

一、数学模型的基本概念

数学模型是利用数学方法对某个实际问题进行抽象和简化后得到的数学描述，用来预测和解释某些实际问题的行为特征和规律。数学模型的建立一般分为四个步骤：问题的分析与抽象、模型的建立、模型的求解和模型的验证。模型的建立是数学模型中最重要的一步，它决定了模型的运用。模型的建立需要掌握相关的专业知识和信息，需要对实际问题进行深入的研究和思考，同时需要运用高深的数学工具和算法。

二、数学模型在生态环境保护中的应用示例

数学模型在生态环境保护中有着广泛的应用。其中，常见的应用包括生态系统模型、气候模型、水文模型、环境风险评估模型等。下面，我们将介绍生态系统模型和气候模型两个应用示例。

1. 生态系统模型

生态系统模型是对生态系统的结构、功能及其动态变化规律进行数学描述的模型。通常采用数理统计方法，对种间和种内的关系进行分析和建模。具有定量性、可重复性和可预测性等特点，能够对生态环境进行全面和准确的评估。

生态系统模型可以应用于生态保护区的管理和规划，农田生态系统的评估和调控，生态系统恢复和重建，等等。例如，在野生动物的保护中，可以利用生态系统模型分析物种的生态需求和适宜分布区，阐明生态环境对物种丰富度的影响，为制定保护措施提供了依据。在农业生态系统评估中，可以运用生态系统模型分析土壤污染、农药残留和养殖废弃物的处理等问题，为制定农业生态保护政策提供支持。

2. 气候模型

气候模型是对地球气候系统进行描述的模型，包括大气、海洋和陆地系统。气候模型运用物理过程、数学方法和计算机技术，模拟气候系统的变化和演化。

气候模型不仅可以用来研究未来气候变化的趋势，也可以用来预测天气，评价灾害风险，以及制定气候政策等。例如，气候模型可以用来预测全球变暖对海平面上升的影响，测评针对海岸线、港口、城市和农业等领域的风险。气候模型还可以用来研究大气环境中的温室气体排放和吸收过程，评估碳交易政策的实施效果，推动低碳经济的发展。

数学模型在环境工程中的应用

近年来，全球范围内环保话题愈加受到重视，环境工程的重要性也随之增加。而数学作为一门基础学科，其所拥有的建模和分析能力早已被应用在环境工程的诸多领域，为环保事业的顺利推进提供了有力的科学支持。

一、水质模型

水质模型是环境工程中常见的数学模型之一，主要用于模拟水体中的污染物传输与转化规律。在现代环保领域，这种模型已被广泛应用于潮汐河道漂浮物清理、城市排水系统优化设计、水库调度等方面。例如，对于潮汐河道漂浮物的清理，数学模型可以通过对漂浮物浮力、水流流速等因素的分析，快速计算漂浮物的分布和清除难度，提高环保工作效率。

二、大气模型

大气模型是指用数学方法来分析气体扩散、传输和化学反应等规律。在环保领域中，大气污染成为了一个备受关注的问题。通过数学模型，我们可以更好地了解污染物的来源和扩散途径，并提出有效的治理方案。例如，城市交通污染严重，为此可以利用大气模型对交通流量、风向等变量进行监测和研究，以便在设计更有效的城市交通规划时考虑更多的环保因素。

三、垃圾填埋模型

垃圾填埋通常是处理城市生活垃圾的一种方式，但有时也会对环境造成污染。在当前环保背景下，垃圾填埋模型成为了环境工程中应用最为广泛的数学模型之一。通过这种模型，可以预测垃圾随时变化的重量、体积和堆积高度，从而设计合理的填埋控制策略。同时，还可以进一步分析垃圾填埋过程中的化学反应，以便更好地防范污染物的产生。

四、环境预测模型

环境预测模型包括地质、生态、气候等多个领域，主要应用于对环境的预测和评估。受到气候变化、全球变暖等问题的影响，用过人类对环境理解的深入，这种数学模型也越发重要。例如，可以利用生态模型来评估某一地区的生态恢复能力，估算植被覆盖面积和特征等因素；又如气象模型，通过对全球各地气象数据的收集和模拟，可以更加精准地预测气象情况，为本地区环保工作提供科学支撑。

总体来看，数学模型在环境工程中的应用已经越来越广泛。这种技术不仅能够分析环境污染问题，也可以为环保行业制定科学合理的治理方案提供有效的支持。然而，在环境问题越来越严峻的现实背景下，我们离不开科技的支撑，更需要不断创新，利用新技术和新手段为保护环境孕育出更加广阔的未来。