2025年大学《数理基础科学》专业题库—— 数学在环境安全中的应用.docxVIP

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2025年大学《数理基础科学》专业题库——数学在环境安全中的应用

考试时间:______分钟总分:______分姓名:______

一、选择题(本大题共5小题,每小题3分,共15分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。)

1.某城市空气中的PM2.5浓度(单位:μg/m3)在一天内可视为关于时间t(单位:小时)的函数C(t),则导数C(t)的物理意义可能是:

(A)PM2.5浓度的最大值

(B)PM2.5浓度在时刻t的变化率

(C)空气质量的指数评分

(D)PM2.5的总排放量

2.在建立湖泊富营养化数学模型时,常使用Logistic方程?=ry(1-Y/K)来描述藻类密度Y的变化,其中r为内禀增长率,K为环境容纳量。该方程体现了:

(A)藻类密度随时间呈指数增长

(B)当藻类密度很大时,其增长率会趋于零

(C)环境容纳量是藻类密度的一个绝对上限

(D)藻类生长速率与当时的藻类密度成正比

3.对于描述某区域地下水污染物迁移的二维稳态对流-扩散方程?C/?x+?C/?y=D(?2C/?x2+?2C/?y2),其中D为扩散系数,假设污染源位于原点并沿x轴正方向迁移,以下哪个选项描述了浓度C在y=0平面上的可能分布形态?

(A)一个随x指数衰减的脉冲函数

(B)一个随x线性增长的函数

(C)高斯分布函数,中心在x轴上移动

(D)常数函数

4.在进行环境风险评价时,需要估计某工厂排放的某种致癌物质对周边居民的健康风险。通常采用哪种数学方法来计算个体年风险?

(A)矩阵运算求特征向量

(B)统计回归分析预测浓度

(C)概率论中的条件概率计算

(D)最优化模型寻找最小风险方案

5.若一个包含三个主要污染物的环境监测网络采用线性代数模型Ax=b来描述污染物浓度与监测站点读数的关系,其中A是3x3矩阵,x是3维列向量表示未知浓度,b是3维列向量表示监测读数。若矩阵A的行列式|A|=0,则意味着:

(A)三个污染物完全线性相关

(B)监测网络无法唯一确定污染物浓度

(C)至少有一个污染物浓度为零

(D)监测数据存在测量误差

二、计算题(本大题共3小题,共45分。)

6.(15分)假设某河流中污染物A的迁移转化过程可以用以下一阶微分方程描述:dC/dt=-kC,其中C(t)表示时刻t时单位河长内的污染物浓度(mg/L),k为衰减系数(天?1)。已知在t=0时刻,河段内污染物初始浓度为C?=10mg/L。

(1)求污染物浓度C(t)随时间t变化的表达式。

(2)若k=0.1天?1,求污染物浓度衰减至初始浓度一半所需的时间(半衰期)。

7.(15分)已知某城市某区域空气中NO?的浓度(C,单位:ppb)与风速(v,单位:m/s)和工业排放强度(Q,单位:g/s)存在如下关系:C=kQ/v,其中k为比例系数。现测得当风速v?=5m/s时,浓度C?=40ppb;当风速v?=8m/s时,浓度C?=25ppb。

(1)求比例系数k的值。

(2)若该区域要求NO?浓度不超过30ppb,且风速至少为3m/s,求工业排放强度Q的最大允许值。

8.(15分)为了评估某工业园区对邻近居民区水体的影响,建立了简化的二维水质模型。假设污染物在x-y平面上扩散,其浓度C满足拉普拉斯方程?2C/?x2+?2C/?y2=0。边界条件为:x=0时C=C?(排污口浓度),y=0时C=0(河岸浓度),x→∞和y→∞时C=0(远场浓度)。

(1)写出该边界条件下的定解问题。

(2)利用分离变量法,导出该问题的一个可能解的表达式(无需求解积分常数)。

三、建模与应用题(本大题共2小题,共40分。)

9.(20分)假设一个封闭生态系统(如一个湖泊或水库)中某种非生物资源(如溶解氧)的存量N随时间t变化,受到自然生成率a和因生物活动消耗率b*N的影响。同时,该资源存量也会因系统内外交换而发生变化,假设交换速率为c*N,其中c为常数。建立描述资源存量N(t)变化的微分方程模型,并分析其平衡态及其稳定性。

10.(20分)考虑一个城市区域,存在两种主要的交通方式:公共交通(P)和小汽车(C)。人们选择交通方式时,除了考虑出行时间外,还受到两种方式便利性(用指标I表示,I越高越便利)和成本(用指标Cost表示,COST越低成本越低)的影响。假设选择公共交通的概率p_P和选择小汽车的概率p_C满足L

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