生化需氧量BOD和溶解氧 DO模型分析.docx

1、生化需氧量BOD和溶解氧 DO模型分析生化需氧量（BOD）和溶解氧 （DO）模型分析摘要：以全球变暖为主要特征的全球气候变化已经对脆弱的生态系统和社会系统造成了严重影响,并受到国际社会的普遍关注。气候变化对水资源的影响多关注水资源量的变化，对水环境的影响研究并不多见。近年来研究表明，气候变化已经成为影响水环境变化的重要因素之一，逐渐引起了国内外学者和各国政府的高度关注，然而，气候变化如何影响水环境质量，以及影响程度如何等关键问题在国内外学术界尚存在很大争议。随着中国经济腾飞和工农业迅速发展，水体环境质量也呈现普遍恶化和逐步加重的趋势，严重影响了经济的可持续发展与和谐社会的构建，然而，水环境研究

2、和治理工作中较少考虑气候变化的影响，定量研究气候变化对水环境的影响的文献更是鲜见报道，因此，定量研究完结环境因素对水环境的影响程度，确定较为敏感性指标有利于更加清晰地认识气候变化对水环境的重要性，并能够为进一步深入考虑综合气候要素等对水环境的影响机理指明方向，相关工作的开展具有重要的理论和现实意义。BOD，生化需氧量（BOD）是一种环境监测指标，主要用于监测水体中有机物的污染状况。一般有机物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有机化合物时需要消耗氧，如果水中的溶解氧不足以供给微生物的需要，水体就处于污染状态。生化需氧量（BOD）和溶解氧 （ DO） 反是映水质受到有机 污 染 程 度 的综

3、合指标，决定水 质 洁 净 程 度 的重要参 数 之 一 。有机当污染物排入水体后，OD度便迅速上升，浓水体中的水生植物和微生物取有机物并分解时，耗水体 中的溶解氧，溶解氧下消使降，时水生植物的光合作用 要放出氧气 ，同空气也不断向水中补充溶解氧量， 因此微生物吸取BOD的过程是在耗氧和复氧同时作用下进行的。当微 生物吸取、解BOD的分速率和大气复氧的速率相等时，点为临交界点，点的溶解氧最少，此亏氧量最大， 该点在排放口以下多少距离出现，及溶解以氧浓度为多大是水质预测中必须掌握的资浓度的三次方成比例。关键词：回归分析、生化需氧量BOD、溶解氧DO正文：气候变化对河流和湖泊的水环境影响，是一个复

4、杂的过程，其中既有人类经济活动、包括排污的影响，又有温度增加和降水变化等气候因素改变对水环境的高阶影响，如温度变化直接控制着水体中水文、生态条件；而降雨、蒸发量控制着地表径流量，改变着洪涝干旱的发生频率和量级，影响到水体内的污染物和营养盐的迁移转化过程，不仅改变水体的物理性质，也影响着水体中的化学和生物特性。开展气候变化与水环境关系研究多是利用经验统计方法，寻找气候变化敏感性水质指标，这种方法需要大量的历史气象水质资料，且研究区域受人类活动影响较少时更为有效.本文对BOD-DO模型利用回归分析及相关辅助分析进行分析。1.1 用SPSS对实例进行线性回归分析1.1.1操作步骤（1）打开SPSS1

5、7.0软件，在文件中新建数据。（2）数据输入:建立所需变量视图，在对应的数据视图中输入数据。（3）进行线性回归分析，选择分析中的线性,打开对话框，分别将Y1、Y2导入变量框中，将X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7导入因变量框中，在对应模型中选择相应的模型；单击确定按钮，得到线性回归结果。1.1.2结果分析根据上述操作步骤可以得到下面的回归结果。输入移去的变量模型输入的变量移去的变量方法1流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l, 水温T, 河流流量Qa.输入a. 已输入所有请求的变量。输入移去的变量模型输入的变量移去

6、的变量方法1流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l, 水温T, 河流流量Qa.输入a. 已输入所有请求的变量。表1.1.2.1 表1.1.2.2表1.1.2.1和表1.1.2.2表明使用全部引入法将变X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7全部引入,分别将Y1、Y2做为因变量进行回归分析。 模型汇总b模型RR 方调整 R 方标准估计的误差1.953a.907.8151.76324a. 预测变量: (常量), 流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l,

7、 水温T, 河流流量Q。b. 因变量: BOD浓度模型汇总b模型RR 方调整 R 方标准 估计的误差1.985a.971.942.37719a. 预测变量: (常量), 流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l, 水温T, 河流流量Q。b. 因变量: 氧气浓度表1.1.2.3 表1.1.2.4表1.1.2.3显示了Y1的相关系数R=0.953，调整R 方为0.907，估计标准误差为1.76324. 表1.1.2.4显示了Y1的相关系数R=0.985，调整R 方为0.971，估计标准误差为0.37719.Anovab模型平方

8、和df均方FSig.1回归212.935730.4199.784.004a残差21.76373.109总计234.69814a. 预测变量: (常量), 流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l, 水温T, 河流流量Q。b. 因变量: BOD浓度Anovab模型平方和df均方FSig.1回归33.46674.78133.604.000a残差.9967.142总计34.46214a. 预测变量: (常量), 流过该河段所需的时间t, 排污口流量g, 初始断面的氧气浓度C0, 初始断面的BOD浓度L0, 污水BOD浓度l, 水

9、温T, 河流流量Q。b. 因变量: 氧气浓度表1.1.2.5 表1.1.2.6系数a模型非标准化系数标准系数tSig.B标准误差试用版1(常量)-7.18325.016-.287.782初始断面的BOD浓度L0-.219.470-.117-.466.656初始断面的氧气浓度C0-1.179.994-.254-1.187.274水温T.536.444.7211.209.266河流流量Q-.031.024-.979-1.305.233排污口流量g-10.4508.170-.571-1.279.242污水BOD浓度l-.002.009-.090-.279.789流过该河段所需的时间t212.4541

10、24.451.6791.707.132a. 因变量: BOD浓度 表1.1.2.7表1.1.2.5、表1.1.2.6是方差分析表，表1.1.2.5回归平方和SRR=212.935，残差平方和SSE=21.763，总偏差平方和SST=234.698，对应的自由度7 7 14，回归均方MSR=30.419，残差均方MSE=3.109，回归方程的显著性检验统计量F=9.784，检验P=0.0040.05,则拒绝H0：Y1与X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7之间无线性回归关系，接受H1：Y1与X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7有线性回归关系。系数a模型非标准化系数标准系数tSig.B标准误

11、差试用版1(常量)-17.5875.351-3.287.013初始断面的BOD浓度L0.211.101.2952.097.074初始断面的氧气浓度C0.023.213.013.108.917水温T.140.095.4911.476.183河流流量Q.020.0051.6423.918.006排污口流量g3.0361.748.4331.737.126污水BOD浓度l.003.002.2521.397.205流过该河段所需的时间t43.47126.622.3631.633.147a. 因变量: 氧气浓度 表1.1.2.8同理：由表1.1.2.6是方差分析表得Y2与X1、X2、X3、X4、X5、X6

12、、X7有线性回归关系. 表1.1.2.7显示了对于Y1回归分析中的系数。常数项为-7.183，1的系数-0.219，2的系数-1.179，3的系数0.536，4的系数为-0.031. 5的系数为-10.450，6的系数为-0.002，7的系数为212.454.同理由表1.1.2.8可以得到对于Y1回归分析中的系数。表1.1.2.9 表1.1.2.10 P-P图是一种散点图,对应于正态分布的P-P图,就是由标准正态分布的分位数为横坐标,样本值为纵坐标的散点图. 要利用P-P图鉴别样本数据是否近似于正态分布,只需看P-P图上的点是否近似地在一条直线附近,而且该直线的斜率为标准差,截距为均值. 用P

13、-P图还可获得样本偏度和峰度的粗略信息.P-P图是根据变量的累积比例与指定分布的累积比例之间的关系所绘制的图形。通过P-P图可以检验数据是否符合指定的分布。当数据符合指定分布时，P-P图中各点近似呈一条直线。如果P-P图中各点不呈直线，但有一定规律，可以对变量数据进行转换，使转换后的数据更接近指定分布。由以上两表得：P-P图中各点近似呈一条直线，说明Y1、Y2数据是否符合指定的分布。1.2 用SPSS对实例进行曲线估计回归分析1.2.1操作步骤进行线性回归分析，选择分析中的回归的曲线估计,打开对话框，将Y1导入变量框中，将X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7导入因变量框中，分别将Y1、Y2

14、导入变量框中。在对应模型中选择相应的模型；单击确定按钮，得到线性回归结果。1.2.2结果分析根据上述操作步骤可以得到下面的回归结果。模型描述模型名称MOD_1模型名称MOD_2因变量1因变量因变量12初始断面的BOD浓度L02初始断面的BOD浓度L03初始断面的氧气浓度C03初始断面的氧气浓度C04水温T4水温T5河流流量Q5河流流量Q6排污口流量g6排污口流量g7污水BOD浓度l7污水BOD浓度l方程1流过该河段所需的时间t方程1流过该河段所需的时间t自变量BOD浓度自变量自变量常数包含常数常数其值在图中标记为观测值的变量序号其值在图中标记为观测值的变量其值在图中标记为观测值的变量用于在方程

15、中输入项的容差.0001用于在方程中输入项的容差用于在方程中输入项的容差表1.2.2.9由表1.2.2.9得导入的自变量与因变量的描述由曲线估计回归多重回归曲线分析发现所有都接近于3次，从而有如下发现：Y1与X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7之间线性关系Y1=2.612565900279259 + -0.8295057240594526 * x1 + 0.2756289474449106 * x1*x1 + -0.01448849365851333 * x1*x1*x1Y1=1.266956525483097 + -1.247115645927012 * x2 + 0.169014925

16、0196511 * x2*x2 + -0.006902191620377347 * x2*x2*x2Y1=10.40653871623493 + 1.643424943359949 * x3 + 0.1189392966121199 * x3*x3 + -0.01044363968880614 * x3*x3*x3Y1=671.4797144839408 + -187.051250080133 * x4 + 17.95643716330454 * x4*x4 + -0.5479502221753676 * x4*x4*x4Y1=0.2772222171942746 + 0.4420606673

17、470408 * x5 + -0.05602585502598817 * x5*x5 + 0.002010210475082053 * x5*x5*x5Y1=-411.3167557701252 + 328.851367487128 * x6 + -39.16477068975436 * x6*x6 + 1.370372109498615 * x6*x6*x6Y1=0.1228134948595809 + -0.008308870078424549 * x7 + 0.0003758131022881773 * x7*x7 + 1.649929310300698e-007 * x7*x7*x7Y

18、1与X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7之间线性关系Y2=1.866925334674431 + 1.653626546643347 * x1 + 1.878921282496041 * x1*x1 + 0.3169473194102568 * x1*x1*x1Y2=-0.4674387941569801 + 1.37161767135896 * x2 + 0.6241609069086922 * x2*x2 + 0.09304425151806813 * x2*x2*x2Y2=15.23010005862819 + 6.175387821925972 * x3 + 5.391240927

19、669319 * x3*x3 + 0.7720277386039856 * x3*x3*x3Y2=356.4785592524448 + 40.80816335578324 * x4 + -45.50557114468286 * x4*x4 + -8.995671708129354 * x4*x4*x4Y2=0.9562152274302881 + -0.2453618863983963 * x5 + -0.03329121093247391 * x5*x5 + 0.003699080066068768 * x5*x5*x5Y2=136.4984623165813 + -29.41145005

20、392173 * x6 + 69.90503787706112 * x6*x6 + 15.34051072914807 * x6*x6*x6Y2=0.1051371403603392 + -0.01042877737556518 * x7 + -0.01038295386790905 * x7*x7 + -0.001517516213912596 * x7*x7*x7以上10个图分别表示Y1与Y2分别于X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7之间的关系模型。2.1 用SPSS对实例进行检验分析2.1.1操作步骤（1）进行描述统计，在分析的描述中选择描述进行描述；（2）进行检验分析，选择分析中比

21、较均值,打开对话框，选择配对检验，进行配对；单击确定按钮，得到检验回归结果。2.1.2结果分析根据上述操作步骤可以得到下面的回归结果。成对样本检验成对差分tdfSig.(双侧) 差分的 95% 置信区间均值标准差均值的标准误下限上限对 1Y1 - X12.066673.71223.95849.010904.122432.15614.049对 2Y1 - X26.579334.671941.206293.992109.166575.45414.000对 3Y1 - X3-13.918003.12538.80697-15.64878-12.18722-17.24714.000对 4Y1 - X4-

22、194.9559200131.176219733.8695543-267.5988892-122.3129508-5.75614.000对 5Y1 - X54.12909334.07837711.05303241.87056346.38762333.92114.002对 6Y1 - X6-278.63133151.7540339.18272-362.66991-194.59275-7.11114.000对 7Y1 - X75.1799334.1032391.0594522.9076357.4522314.88914.000对 8Y2 - X1-5.068673.26864.84396-6.87

23、878-3.25855-6.00614.000对 9Y2 - X2-.556001.16422.30060-1.20072.08872-1.85014.086对 10Y2 - X3-21.053336.857901.77070-24.85111-17.25555-11.89014.000对 11Y2 - X4-202.0912533126.517564332.6666946-272.1543451-132.0281615-6.18614.000对 12Y2 - X5-3.00624001.6529772.4267969-3.9216283-2.0908517-7.04414.000对 13Y2

24、 - X6-285.76667154.2949839.83879-371.21238-200.32096-7.17314.000对 14Y2- X7-1.9554001.558704.402456-2.818582-1.092218-4.85914.000对 15Y1 - Y27.135335.486611.416644.0969510.173715.03714.000注：Y1BOD浓度，Y2氧气浓度，X1初始断面的BOD浓度L0，X2初始断面的氧气浓度C0，X3水温T，X4河流流量Q，X5排污口流量g，X6污水BOD浓度l，X7流过该河段所需的时间t对于Sig.(双侧)，只有对9的检验P=0

25、.0040.05，接受H0：1=2,即说明Y2氧气浓度与X2初始断面的氧气浓度C0之间无影响；其余检验P0.05,则拒绝H0：1=2，说明像胡子之间有影响。之间存在函数关系。生化需氧量（BOD）和溶解氧 （DO）都与X1初始断面的BOD浓度L0， X3水温T，X4河流流量Q，X5排污口流量g，X6污水BOD浓度l，X7流过该河段所需的时间t有密切关系，Y1BOD浓度与X2初始断面的氧气浓度C0有密切关系，Y2氧气浓度与X2初始断面的氧气浓度C0之间无影响。参考文献： 1傅伟国, 程声通. 水污染控制规划 M . 北京: 清华大学出版社, 1985. 2 谢永明. 环境水质模型概论 M . 北京

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