淡水養(yǎng)殖池塘水華發(fā)生及池水凈化處理數(shù)學(xué)建模論文

1、淡水養(yǎng)殖池塘水華發(fā)生及池水凈化處理隨著社會的的發(fā)展，越來越多的人加入到水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，而其中池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量約占 淡水養(yǎng)殖的70%但是隨著淡水生態(tài)系統(tǒng)水體污染和富營養(yǎng)化進(jìn)程的加劇，經(jīng)常導(dǎo)致有 害藍(lán)藻、輪蟲等常見的浮游生物高密度發(fā)生，很容易誘發(fā)大面積水華。水華造成嚴(yán)重的 環(huán)境污染及水體污染，對養(yǎng)殖業(yè)是一個(gè)嚴(yán)重的打擊。本文主要采用了 MATLAB?序中的相關(guān)系數(shù)分析，模糊綜合評價(jià)，單側(cè)檢驗(yàn)等方法 對淡水養(yǎng)殖池塘水華發(fā)生及池水凈化處理的相關(guān)問題進(jìn)行了分析，建立相關(guān)模型。針對問題一，首先將題目中要進(jìn)行分析的量給找出來，同時(shí)將他們運(yùn)用MATLABfi行相關(guān)系數(shù)分析，在此基礎(chǔ)上分析水體、底泥與間隙水中常見主要理

2、化因子之間的關(guān)系， 并分析原因。分析水體、底泥與間隙水中常見主要理化因子之間的關(guān)系，并分析原因。針對問題二，建立模糊綜合評價(jià)。首先，對數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，并利用層次 分析法和因子分析法確定各指標(biāo)因素的權(quán)重，最后利用確定的權(quán)重，建立池塘水體質(zhì)量 的綜合評價(jià)模型，對池塘水體質(zhì)量進(jìn)行分級。針對問題三，建立單側(cè)檢驗(yàn)相關(guān)性模型。首先，運(yùn)用SPSS軟件分析理化因子與水華發(fā)生的相關(guān)性；然后進(jìn)一步分析，得出結(jié)論。針對問題四，利用 MATLABS立魚類生長周期體重模型，運(yùn)用二次函數(shù)建立關(guān)于體 重與生長周期的擬合方程。建立浮游植物密度與時(shí)間的關(guān)系模型并得到圖像。針對問題五，通過網(wǎng)上查閱資料結(jié)合附件資料分析，可

3、以得到有利于池水養(yǎng)殖池塘 水體的自凈化的方法，并據(jù)此提供建立生態(tài)養(yǎng)殖模式的方案。關(guān)鍵詞：單側(cè)檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)分析回歸分析綜合評價(jià)一、問題重述目前在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖中，池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量約占淡水養(yǎng)殖的 70%近年來，隨著淡水生 態(tài)系統(tǒng)水體污染和富營養(yǎng)化進(jìn)程的加劇，經(jīng)常導(dǎo)致有害藍(lán)藻、輪蟲等常見的浮游生物高 密度發(fā)生，很容易誘發(fā)大面積水華。水華造成嚴(yán)重的環(huán)境污染及水體污染，對養(yǎng)殖業(yè)是 一個(gè)嚴(yán)重的打擊。水華的發(fā)生不僅直接影響了養(yǎng)殖對象的正常生長發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)大量排泄廢水造 成淡水資源污染，還會破壞養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致養(yǎng)殖對象的不同程度死亡，造成 巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此我們通過研究淡水養(yǎng)殖池塘相關(guān)主要理化因子，主要浮游

4、生物數(shù)據(jù) 及魚蝦生成等數(shù)據(jù)分析水華發(fā)生的原因，控制并預(yù)測水華的發(fā)生，從而提高養(yǎng)殖產(chǎn)量， 減小環(huán)境污染等。通過對水華發(fā)生的了解，加強(qiáng)大家環(huán)保意識。根據(jù)附件1-8完成如下問題：1）通過附件1中數(shù)據(jù)分析水體、底泥與間隙水中常見主要理化因子之間的關(guān)系， 并分析原因。2）通過附件2中數(shù)據(jù)對四個(gè)池塘水體質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)及分類，分析蝦池與魚池對水 體的影響。3）建立主要理化因子和常見浮游生物致害密度發(fā)生關(guān)系的模型，給出水華發(fā)生時(shí) 主要理化因子的范圍，預(yù)測淡水養(yǎng)殖池塘水華發(fā)生（1號池發(fā)生輕微水華）。4）結(jié)合附件及以上分析，建立魚類生長與體重相關(guān)模型。在養(yǎng)殖鯉魚、腦魚等的 生長過程中可以攝食浮游生物，凈化某些藻類，

5、構(gòu)造一個(gè)與1號池相同大小的凈化池，通過水循環(huán)，并放養(yǎng)鯉魚或浦魚，放養(yǎng)多少才能凈化1號池中的藻類，凈化效果如何。5）結(jié)合附件及通過查閱資料構(gòu)建一種生態(tài)養(yǎng)殖模式，有利于池水養(yǎng)殖池塘水體的 自凈化。通過以上養(yǎng)殖從而使淡水養(yǎng)殖減少向江河湖海養(yǎng)殖廢水排放。二、問題分析對于問題一，對附件1中的六種理化因子與池水、間隙水和底泥的進(jìn)行分析和整理， 并用MATLAB寸數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)處理，并分析原因。對于問題二，根據(jù)水池取樣點(diǎn)報(bào)告中，采用均方差法確定各水池的各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重， 并用隸屬度函數(shù)對水質(zhì)進(jìn)行檢測，最后用模糊綜合評判模型對水質(zhì)進(jìn)行評判得出水池的 水質(zhì)類型。對于問題三，要求建立主要理化因子和常見浮游生物致害

6、密度發(fā)生關(guān)系的模型，并 給出水華發(fā)生時(shí)主要理化因子的范圍， 再根據(jù)理化因子的范圍預(yù)測淡水養(yǎng)殖池塘水華發(fā) 生?？紤]對主要理化因子和常見浮游生物密度利用單側(cè)檢驗(yàn)建立模型對問題進(jìn)行相關(guān)性 和顯著性分析。對于問題四，由附件6里體重和體長的數(shù)據(jù)，利用 MATLAB1立魚類生長體重模型, 運(yùn)用二次函數(shù)建立關(guān)于體重體長的擬合方程。根據(jù)附件 4中浮游植物密度的數(shù)據(jù)利用 MATLAB1立浮游植物密度與時(shí)間的關(guān)系模型并得到圖像。對于問題五，通過網(wǎng)上查閱資料結(jié)合附件資料分析，可以得到有利于池水養(yǎng)殖池塘水體的自凈化的方法，并據(jù)此提供建立生態(tài)養(yǎng)殖模式的方案。為解決上述五個(gè)問題，我們將采用 Excel、SPSS MATL

7、A舒軟件來協(xié)助分析。三、模型假設(shè)1 .假設(shè)附件中給出的數(shù)據(jù)全部真實(shí)有效.假設(shè)不會發(fā)生任何天災(zāi)影響四個(gè)池塘.假設(shè)池塘主人不會對池塘疏于管理四、符號說明s(k)歸一化均方差P確定某個(gè)因子是否 顯著f(D。隸屬度函數(shù)P浮游植物密度xe隸屬度N浮游植物的個(gè)數(shù)xk每次檢測值m浮游植物的質(zhì)量xi評價(jià)指標(biāo)v池塘1的體積Xs第s個(gè)評價(jià)點(diǎn)的總 評價(jià)系數(shù)M放養(yǎng)魚的質(zhì)量r：第s個(gè)站點(diǎn)第e個(gè) 等級的隸屬度B(s)第s個(gè)站點(diǎn)的評價(jià)模 型R第s個(gè)站點(diǎn)的評價(jià) 矩陣五、模型的建立及求解問題一的模型建立及求解此問題要求對附件1中數(shù)據(jù)分析水體、底泥與間隙水中常見主要理化因子之間的關(guān) 系，并分析原因。運(yùn)用MATLAB?序?qū)Ω郊?中

8、的數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析。（程序代碼見附錄 1-12）表1：池塘1池水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.950.71-0.00.020.48398819285411805930061磷酸 鹽磷0.95988110.628607-0.038570.0510130.380394總氮0.7192850.62860710.0718940.0229630.550647硝態(tài) 氮-0.04118-0.038570.07189410.7426750.331797亞硝 態(tài)氮0.0205930.0510130.0229630.74267510.400354錢態(tài) 氮0.48006

9、10.3803940.5506470.3317970.4003541由以上相關(guān)系數(shù)矩陣發(fā)現(xiàn)所有元素之間有正相關(guān)的也有負(fù)相關(guān)的， 以0.5作為衡量 標(biāo)準(zhǔn)，可以看出超過0.5的相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性較高，而低于 0.5的則相關(guān)性較低，而相 關(guān)系數(shù)為負(fù)的則不相關(guān)。由表中數(shù)據(jù)可以得到：在池塘1中，總磷與磷酸鹽磷、總氮相關(guān)系數(shù)較大；磷酸鹽 磷與總磷和總氮的相關(guān)系數(shù)較大；總氮和總磷、磷酸鹽磷以及俊態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較高；硝 態(tài)氮與亞硝態(tài)氮的相關(guān)系數(shù)較大。 因此，在池塘1中，總磷、磷酸鹽磷、總氮顯著相關(guān)； 亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮顯著相關(guān)。表2:池塘2池水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總

10、磷10.4963580.2703880.0798830.154939-0.16755磷酸 鹽磷0.49635810.1411470.4095240.4637390.082663總氮0.2703880.1411471-0.11129-0.206020.067132硝態(tài) 氮0.0798830.409524-0.1112910.803121-0.02717亞硝 態(tài)氮0.1549390.463739-0.206020.8031211-0.03923錢態(tài) 氮-0.167550.0826630.067132-0.02717-0.039231由表中我們可以得到：在池塘2中的池水中，硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較

11、大，則 硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān)。表3:池塘3池水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.7882870.546012-0.083280.368530.287627磷酸 鹽磷0.78828710.5765250.1308080.6964970.491296總氮0.5460120.5765251-0.177430.3020940.058583硝態(tài) 氮-0.083280.130808-0.1774310.5216860.32549亞硝 態(tài)氮0.368530.6964970.3020940.52168610.505326錢態(tài) 氮0.2876270.491296

12、0.0585830.325490.5053261由表中可以得到：在池塘3中的池水中，總磷、磷酸鹽磷、總氮相關(guān)系數(shù)較大；磷 酸鹽磷、亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；俊態(tài)氮、亞硝態(tài)氮 相關(guān)系數(shù)較大。因此，總磷、磷酸鹽磷、總氮顯著相關(guān)；磷酸鹽磷、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān); 硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān)；俊態(tài)氮、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān)。表4:池塘4池水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.9607710.7643330.5146730.5685740.852377磷酸 鹽磷0.96077110.7607780.3979060.4821190.853247總氮

13、0.7643330.76077810.1380180.3161320.905362硝態(tài) 氮0.5146730.3979060.13801810.8246550.28407亞硝 態(tài)氮0.5685740.4821190.3161320.82465510.455221錢態(tài) 氮0.8523770.8532470.9053620.284070.4552211由表可以得到：在池塘4的池水中，總磷、總氮、磷酸鹽磷、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、 錢態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；因此，總磷、總氮、磷酸鹽磷、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、俊態(tài)氮顯著 相關(guān)。表5:池塘1底泥中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷1

14、0.4819080.5938450.146465-0.244230.208662磷酸 鹽磷0.48190810.5098890.232456-0.082310.131286總氮0.5938450.5098891-0.28262-0.212740.456345硝態(tài) 氮0.1464650.232456-0.2826210.003727-0.2112亞硝 態(tài)氮-0.24423-0.08231-0.212740.0037271-0.11637錢態(tài) 氮0.2086620.1312860.456345-0.2112-0.116371由表中可以得到：在池塘1的底泥中，磷酸鹽磷、總氮相關(guān)系數(shù)較大；總氮、總磷

15、相關(guān)系數(shù)較大。因此，磷酸鹽磷、總氮顯著相關(guān)；總氮、總磷顯著相關(guān)。表6:池塘2底泥中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷1-0.062180.357413-0.36049-0.11488-0.03401磷酸 鹽磷-0.0621810.320124-0.46552-0.054990.321014總氮0.3574130.3201241-0.76848-0.500110.466109硝態(tài) 氮-0.36049-0.46552-0.7684810.239611-0.55745亞硝 態(tài)氮-0.11488-0.05499-0.500110.2396111-0.23727錢態(tài)

16、 氮-0.034010.3210140.466109-0.55745-0.237271由表中可以得到：在池塘2中，底泥中的主要理化因子大多負(fù)相關(guān)，即沒有相關(guān)性, 也有少許是正相關(guān)，但其相關(guān)系數(shù)很小。表7:池塘3底泥中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.0369510.088021-0.125450.0393830.209577磷酸 鹽磷0.03695110.8031880.09345-0.055870.3222總氮0.0880210.80318810.192693-0.249880.431674硝態(tài) 氮-0.125450.093450.1926931-

17、0.25643-0.55889亞硝 態(tài)氮0.039383-0.05587-0.24988-0.256431-0.1616錢態(tài) 氮0.2095770.32220.431674-0.55889-0.16161由表中可以得到：在池塘3中，磷酸鹽磷、總氮相關(guān)系數(shù)較大，因此，磷酸鹽磷、 總氮顯著相關(guān)。表8:池塘4底泥中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷1-0.00290.161555-0.093970.3068270.154051磷酸 鹽磷-0.00291-0.08431-0.50081-0.295590.347434總氮0.16-0.081555843189230

18、991367硝態(tài) 氮-0.09397-0.500810.15892310.075438-0.49824亞硝 態(tài)氮0.306827-0.295590.1009910.07543810.100489錢態(tài) 氮0.1540510.3474340.08367-0.498240.1004891由表中可以得到：在池塘4中，底泥中的主要理化因子大多負(fù)相關(guān)，即沒有相關(guān)性, 也有少許是正相關(guān)，但其相關(guān)系數(shù)很小。表9:池塘1間隙水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.3766210.535111-0.06287-0.38990.617302磷酸 鹽磷0.37662110.0

19、74662-0.41363-0.226960.090285總氮0.5351110.0746621-0.31275-0.613910.284653硝態(tài) 氮-0.06287-0.41363-0.3127510.712261-0.01146亞硝 態(tài)氮-0.3899-0.22696-0.613910.71226110.015164錢態(tài) 氮0.6173020.0902850.284653-0.011460.0151641由表可以得到：在池塘1中，總磷、總氮、俊態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；因此，總磷、總 氮、俊態(tài)氮顯著相關(guān)。表10:池塘2間隙水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總

20、磷10.8951150.519241-0.26906-0.302450.55173磷酸 鹽磷0.89511510.689465-0.31863-0.317410.772288總氮0.5192410.6894651-0.39573-0.269180.68079硝態(tài) 氮-0.26906-0.31863-0.3957310.947526-0.27211亞硝 態(tài)氮-0.30245-0.31741-0.269180.9475261-0.22274錢態(tài) 氮0.551730.7722880.68079-0.27211-0.222741由表可以得到：總磷、磷酸鹽磷、總氮、俊態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮

21、相關(guān)系數(shù)較大。因此，總磷、磷酸鹽磷、總氮、俊態(tài)氮顯著相關(guān)；亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮顯 著相關(guān)。表11:池塘3間隙水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.6994110.444919-0.34321-0.27257-0.06792磷酸 鹽磷0.69941110.420465-0.29155-0.09431-0.13973總氮0.4449190.4204651-0.11398-0.065590.339116硝態(tài) 氮-0.34321-0.29155-0.1139810.688261-0.1626亞硝 態(tài)氮-0.27257-0.09431-0.065590.68826

22、11-0.09781錢態(tài) 氮-0.06792-0.139730.339116-0.1626-0.097811由表可以得到：總磷、磷酸鹽磷相關(guān)系數(shù)較大；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大 因此，總磷、磷酸鹽磷顯著相關(guān)；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān)。表12:池塘4間隙水中的主要理化因子的相關(guān)系數(shù)總磷磷酸 鹽磷總氮硝態(tài) 氮亞硝 態(tài)氮錢態(tài) 氮總磷10.635940.247643-0.34721-0.308080.285353磷酸 鹽磷0.6359410.227267-0.2445-0.410770.013332總氮0.2476430.22726710.3657970.5236980.064822硝態(tài) 氮-0.3

23、4721-0.24450.36579710.843259-0.42254亞硝 態(tài)氮-0.30808-0.410770.5236980.8432591-0.22215錢態(tài) 氮0.2853530.0133320.064822-0.42254-0.222151由表可以得到：總磷、磷酸鹽磷相關(guān)系數(shù)較大；總氮、亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大；硝 態(tài)氮、亞硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)較大。因此，總磷、磷酸鹽磷顯著相關(guān)；總氮、亞硝態(tài)氮顯著 相關(guān)；硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮顯著相關(guān)。問題二模型的建立及求解5.21模型的準(zhǔn)備1/2(Xki -X(k)1/2(Xki -X(k)2，k =1,2, 3, 41，k =1,2, 3, 4公式1_n -

24、1 t求其均方差，將均方差歸一化，得權(quán)重指標(biāo)(0.6075, 0.55,0.47,0.51325)隸屬度函數(shù)的定義長江水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)帶有一定的誤差，為了真正反映評價(jià)對象屬于某一類水的程度, 需要確定評價(jià)對象的隸屬度，6個(gè)評價(jià)等級，以溶解氧為例，建立隸屬度函數(shù)1,x .7.5f1(DO)= *5, 6.75 x 7.50.75X-4, 4Mx5f31,x .7.5f1(DO)= *5, 6.75 x 7.50.75X-4, 4Mx5f3(DO) = 1,士空 5.5- 6f2(DO) =1,0.56 _ x _ 7.5x 8.25, 7.5 :二 x 8.25-0.75x -2.5- c,2.5

25、: x : 3f4(DO) =1,0.53 _ x _ 5x x -6.75, 6；x：6.75-0.75x - 5.5,5 ：二 x : 5.5-0.5x-11 二 x :二 2f5(DO) = x-11 二 x :二 2f5(DO) = 1,2 MxM31,0MxM2x -43 : x : 4f6(DO)= 3, 2; x； 2.5.-0.5-1對評價(jià)指標(biāo)公式對評價(jià)指標(biāo)公式25.22計(jì)算單因素評判矩陣對評價(jià)指標(biāo)X (i =1,2, 3,4),第s個(gè)站點(diǎn)屬于第e個(gè)評價(jià)等級的評價(jià)系數(shù)(隸屬度)p為x(es)= fe(xk) (e = 1,2，,6), xk表示每一次檢測的值。 k 1(i =1

26、,2,3),第s個(gè)站點(diǎn)屬于各個(gè)評價(jià)等級的總評價(jià)系數(shù)為6(s) _ *(s)xi= ： xieezi對所有檢測值就評價(jià)指標(biāo)Xi (i =1,2, 3),第s個(gè)站點(diǎn)屬于第e個(gè)等級的隸屬度為rie(s) ierie(s) ie公式3(s)第S個(gè)站點(diǎn)就評價(jià)指標(biāo)Xi (i =1,2,3)對于各類別的水質(zhì)的單因素評判向量(S)(S)(s)(s)ri= (ri1 ,ri2 ,ri6 )公式4將第s個(gè)站點(diǎn)的全部指標(biāo)對于各評價(jià)等級的評價(jià)向量綜合后，得到第 s個(gè)站點(diǎn)對于 各評價(jià)等級的評價(jià)矩陣： TOC o 1-5 h z ri116O (s):R公式53)喟，5.23模糊綜合評價(jià)對第s個(gè)站點(diǎn)做綜合評價(jià)，模型為B=

27、A R=(b,b；s),，b6s)公式6根據(jù)maxbjs)確定第s個(gè)站點(diǎn)近兩年的水質(zhì)情況所屬類別。1 J i6 J模糊綜合評判結(jié)果分析各因素?cái)?shù)據(jù)整理放入Excel文件Data.xls中，作為程序輸入的數(shù)據(jù)文件，綜合評判 結(jié)果如下：表13： 4個(gè)池塘水質(zhì)模糊綜合評判結(jié)果序號池號評價(jià)結(jié) 果(水質(zhì) 類別)序號池號評價(jià)結(jié)果(水質(zhì)類 別)11#A0.7551(1)53#A0.3652(2)21#B0.5784(1)63#B0.7975(1)32#A0.4708(2)74#A0.3504(2)42#B0.4976(2)84#B0.4413(2)由表中數(shù)據(jù)我們可以得到如下結(jié)論：1號池塘是1類水質(zhì)；2號池塘是

28、2類水質(zhì)；3 號池塘是1類水質(zhì)；4號池塘是2類水質(zhì)。5.3問題三模型的建立及求解5.31模型準(zhǔn)備I單側(cè)檢驗(yàn)理論10當(dāng)所設(shè)H0為總體參數(shù)等于某一定值，而 H1為僅從一個(gè)方向上偏離此定值者，為單 側(cè)檢驗(yàn)。單側(cè)檢驗(yàn)有如下幾個(gè)性質(zhì)：.檢驗(yàn)兩組的差異顯著性時(shí)，只考慮 A B之意義，不考慮A B之可能性。.檢驗(yàn)差值均數(shù)的顯著性時(shí)，只考慮正值的意義，不考慮負(fù)值之可能性。.檢驗(yàn)相關(guān)的顯著性時(shí)，只考慮正相關(guān)的意義，不考慮負(fù)相關(guān)的可能性。.為檢驗(yàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)組與一個(gè)對照組之差異而進(jìn)行多重比較時(shí)，只考慮在一個(gè)方向 上的差異，不考慮在另一方向上出現(xiàn)差異之可能性n顯著性檢驗(yàn)理論顯著性檢驗(yàn)就是事先對總體（隨機(jī)變量）的參數(shù)或總

29、體分布形式做出一個(gè)假設(shè)，然 后利用樣本信息來判斷這個(gè)假設(shè)（原假設(shè)）是否合理，即判斷總體的真實(shí)情況與原假設(shè) 是否顯著地有差異?；蛘哒f，顯著性檢驗(yàn)要判斷樣本與我們對總體所做的假設(shè)之間的差 異是純屬機(jī)會變異，還是由我們所做的假設(shè)與總體真實(shí)情況之間不一致所引起的。抽樣實(shí)驗(yàn)會產(chǎn)生抽樣誤差，對實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行比較分析時(shí)，不能僅憑兩個(gè)結(jié)果（平均 數(shù)或率）的不同就得出結(jié)論，而是要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，鑒別出兩者差異是抽樣誤差引起 的，還是由特定的實(shí)驗(yàn)處理引起的。通常我們會引入p值作為檢驗(yàn)樣本觀察值的原假設(shè)可被拒絕的最小顯著性差異水公式 7 P(X=x)P = 0.05 為“顯著(significant) ”公式 8 P

30、(X=x)P = 0.01 為“極顯著(extreme significant)5.32模型建立與求解因?yàn)閱栴}中給出1號池發(fā)生了輕微水華，因此主要對1號水池進(jìn)行具體分析就可以 得出水華發(fā)生的具體區(qū)間從而解決問題。建立總磷、磷酸鹽磷等六種理化因子與浮游生 物密度的關(guān)系，對1號池塘每周的六種理化因子在 A和B兩個(gè)點(diǎn)的值求平均，得到數(shù)據(jù)表14:理化因子與浮游生物密度總和周數(shù)浮游生物密度總磷磷酸鹽磷總氮硝態(tài)氮亞硝態(tài)氮冢態(tài)觀152.7310.189050.06748.87431.164118.700818.70082296.128.37210.04328.39051.257120.0818520.081

31、853274.418.7440.06767.818951.0429523.653523.6535495.949.362550.064858.37970.5971525.2354525.235455231.888.4130.07698.067151.438222.221322.22136172.299.905350.06066.47731.755730.352530.35257505.655.59320.06462.757551.159811.2676511.267658185.536.99440.066454.101252.0283516.2683516.26835936.249.905850

32、.0774.83852.3164521.674921.674910262.4110.880450.069556.734252.597217.6683517.6683511466.1211.862450.155858.25140.8091527.01427.014122908.79850.062458.117650.794312.026312.026313554.7112.538350.08499.59581.4326.7651526.76515141064.8213.64640.197758.34911.65124.093924.093915954.7114.266850.21367.3688

33、1.0051519.763319.763311根據(jù)得出的表14,利用SPS欹件對得出的數(shù)據(jù)表進(jìn)行單側(cè)檢驗(yàn)，分析相關(guān)性和顯 著性。（置信區(qū)間為0.95）得出相關(guān)性表15和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表16表：15相關(guān)性游 生 物 密 度孚 總磷磷 酸鹽 磷總氮硝 態(tài)氮亞 硝態(tài) 氮氨 態(tài)氮浮Pearson相關(guān)性1.617.847.147-.154.037.037游顯著性（單側(cè)）.007.000.301.292.448.448生N5151515151515物BootstrapaBit()-.047-.059.004-.014.002.002密標(biāo)準(zhǔn)誤差().234.202.202度5%9下 限-.240.233-.354

34、-.593-.377-.377置信上1.890.951.572r.308.431.431區(qū)間限由上表可知浮游生物密度與總磷、磷酸鹽磷、總氮、亞硝態(tài)氮和氨態(tài)氮呈現(xiàn)正相關(guān)和硝態(tài)氮呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。由表中數(shù)據(jù)可知磷酸鹽磷的相關(guān)顯著性 P0.05,所以浮游生物密度與磷酸鹽磷的相關(guān)性極為顯著與總磷、總氮、 亞硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的相關(guān)性不顯著。表16：描述性統(tǒng)計(jì)量StatisticBootstrap aBit標(biāo)準(zhǔn)誤差95%置信區(qū)間下限上限浮游生 物密度均值362.9040.840877.4991213.6780516.5483標(biāo)準(zhǔn)差304.44268-19.4199168.19416128.98332393.919

35、54N15001515總磷均值9.9648333-.0082094.60016548.815559811.1249343標(biāo)準(zhǔn)差2.37958599-.10987416.402896841.440479183.03993168N15001515磷酸鹽 磷均值.091513-.000010.012959.068354.119619標(biāo)準(zhǔn)差.0525303-.0036050.0131662.0100794.0674941N15001515總氮均值7.208147-.013550.4847016.1186318.060250標(biāo)準(zhǔn)差1.9167706-.0914789.3932895.96191772.4

36、989239N15001515硝態(tài)氮均值1.403107-.000320.1457171.1227571.692687標(biāo)準(zhǔn)差.5755389-.0313641.0988979.3357250.725821912N15001515亞硝態(tài) 氮均值21.119153-.0336541.37608718.34423923.737109標(biāo)準(zhǔn)差5.4086829-.2089932.85047203.46098746.8488482N15001515冢態(tài)觀均值21.119153-.0336541.37608718.34423923.737109標(biāo)準(zhǔn)差5.4086829-.2089932.85047203.4

37、6098746.8488482N15001515a. Unless otherwise noted, bootstrap results are based on 1000 bootstrap samples由上表可以得出總磷、總氮等六種理化因子均值的置信區(qū)間的上下限。如下表:表17:理化因子均值的置信區(qū)間的上下限理化因子置信T限置信上限總磷8.815559811.1249343磷酸鹽磷.068354.119619總氮6.1186318.060250硝態(tài)氮1.1227571.692687亞硝態(tài)氮18.34423923.737109冢態(tài)觀18.34423923.737109因?yàn)?號水池只發(fā)生了輕

38、微水華，因此將 1號水池考慮為發(fā)生水華的最低臨界值,總磷、磷酸鹽磷等六種因素在置信區(qū)間低于 8.8155598、0.068354、6.118631、1.122757、 18.344239、18.344239 時(shí)不發(fā)生水華，在置信區(qū)間高于 11.1249343、0.119619、8.060250、 1.692687、23.737109、23.737109時(shí)水華嚴(yán)重，位于置信區(qū)間內(nèi)時(shí)只發(fā)生輕微水華。因此我們推測當(dāng)理化因子的在水池中的含量大于置信上限時(shí)發(fā)生嚴(yán)重水華；當(dāng)理化因子的在水池中的含量小于于置信下限時(shí)不發(fā)生水華；當(dāng)理化因子的在水池中的含量位于置信區(qū)間內(nèi)時(shí)發(fā)生輕微水華。問題四模型的建立與求解對于

39、問題四，要求建立體重與生長關(guān)系的模型，分析附件6里體重和體長與生長時(shí)間的關(guān)系，運(yùn)用二次函數(shù)建立關(guān)于體重與生長關(guān)系的擬合方程，y = p(1)*t.2 p(2) *tp(3)然后利用MATLAB出魚類生體重與生長的關(guān)系的圖像如下。(程序見附錄13)13根據(jù)所得圖像忽略誤差，得到體重與生長關(guān)系模型，由圖像可知隨著時(shí)間增加體重 增長，并且邊際體重增長率遞減，并在后期趨于平穩(wěn)。題目要求構(gòu)造一個(gè)與1號池相同大小的凈化池，通過水循環(huán)，并放養(yǎng)鯉魚或浦魚來 凈化1號池中的藻類。根據(jù)附件4中浮游植物密度的數(shù)據(jù)利用MATLA建立浮游植物密度與 時(shí)間的關(guān)系模型，并得出如下圖像。程序見附錄 14由附件7 “某地區(qū)某湖

40、水中各齡鯉魚、腦魚餌料生物的季節(jié)性變化”得到鯉魚與第魚的餌料種類，發(fā)現(xiàn)鯉魚的餌料種類包括需要凈化的五種浮游植物，而腦魚的餌料種類 僅包含硅藻、綠藻兩種浮游植物，因此判定投放鯉魚可達(dá)到凈化浮游植物的最佳效果。由浮游植物密度與時(shí)間圖像，我們看出隨時(shí)間變化浮游植物有一個(gè)最大峰值，查閱 生物學(xué)中種群的增長與控制相關(guān)知識可知，當(dāng)種群達(dá)到最大值時(shí)，選取種群最大值一半 的時(shí)候，作為投放捕食者的最佳時(shí)間段，此時(shí)的浮游植物增長速率最快。假設(shè)放入的鯉魚能夠在最大生長速率時(shí)抑制浮游植物生長，即浮游植物生長速率=魚類生長速率，假如不考慮環(huán)境因素和其因素的影響，我們近似地認(rèn)為在投入魚類的質(zhì)量=魚的餌料質(zhì)量。由附件4中的

41、具體數(shù)據(jù)知在第14周時(shí)浮游生物密度達(dá)到最大值 P =1064.82 X1410A6 個(gè)/L ,由附件5可知池塘1水體體積v =5.3 X10A3 X 0.6=3.18 X10A3L ,由此得到浮游生物的個(gè)數(shù) N = P X v =3.386127 乂 10A12個(gè)，查閱資料知微型種類只鑒別到門，按大、中、小級的平均質(zhì)量計(jì)算。極小的 (5 pm)為0.0001 mg/104 個(gè)；中等的(5 pm10 pm訥 0.002 mg/104 個(gè)；較大的(10 仙 m20 仙 m訥 0.005 mg/104個(gè)，根據(jù)查閱資料可知，五種藻類的平均質(zhì)量較大水平，因此浮游生物的質(zhì)量m=162.794kg ,由附件

42、7中浮游生物占餌料的比例得出魚的餌料質(zhì)量，即魚的質(zhì)量M =237.65kg ,因此應(yīng)該在建立的凈化池里放入 237.65kg 的鯉魚能夠得到凈化水質(zhì)的最佳效果。且在最佳時(shí)間段投入能夠保持浮游植物生長速率=魚類生長速率，構(gòu)成一個(gè)水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。問題五的模型建立與求解通過網(wǎng)上查閱資料結(jié)合附件資料分析， 可以得到有利于池水養(yǎng)殖池塘水體的自凈化 的方法為以下幾點(diǎn)(1)利用水生生物吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì) 的方法。利用大型水生植物污水處理系統(tǒng)凈化富營養(yǎng)化的水體。大型水生植物包括鳳眼 蓮、產(chǎn)葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等許多種類，可根據(jù)不 同的氣候條件

43、和污染物的性質(zhì)進(jìn)行適宜的選栽。 水生植物凈化水體的特點(diǎn)是以大型水生 植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水。(2)投放河蚌、鯉魚等水生動物凈化水體。河蚌具有強(qiáng)大的濾水濾食功能，能有效 降低氮、磷等含量。而鯉魚的餌料成分中浮游植物占 68%可達(dá)到清除水華、凈化水體 的目的。六、問題模型的評價(jià)與檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑u價(jià)模型的優(yōu)點(diǎn)從題意出發(fā)，充分運(yùn)用 MATLABSPSS excel等軟件繪制了大量的圖表，使得數(shù)據(jù) 分析和處理更加具備科學(xué)性和合理性。在分析問題的過程中建立的合理的模型和方法，主要運(yùn)用相關(guān)系數(shù)分析，判斷各理 化因子之間的差異性；運(yùn)用隸屬度函數(shù)、模糊綜合和評價(jià)，判斷出每個(gè)水池的水

44、質(zhì)類型; 運(yùn)用單側(cè)檢驗(yàn)，顯著性檢驗(yàn)，分析了浮游生物與理化因子的相關(guān)性；利用擬合檢驗(yàn)建立 了體重與生長關(guān)系模型和物種生態(tài)性構(gòu)建了一個(gè)水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。運(yùn)用上述方法，使問 題得到解決，文章以圖表程序相結(jié)合，使問題分析更具體和形象。模型的缺點(diǎn)顯著性檢驗(yàn)在一定程度上會產(chǎn)生抽樣誤差，由于定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，在比 較分析實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，不能僅憑部分結(jié)果的不同就得出結(jié)論，鑒別兩者差異是抽樣誤差引 起的，還是由特定的實(shí)驗(yàn)處理引起的還是需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。15在問題處理時(shí)，有些問題沒有得到更好的解決。在處理數(shù)據(jù)和求解過程中不可避免 各種誤差，在一定程度上也影響到模型求解的精確度。模型的檢驗(yàn)經(jīng)初步檢驗(yàn)每個(gè)問題

45、所建立的模型基本符合建立模型的初衷，有助于合理地分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，最終得出具有有效的結(jié)論。七、模型推廣依據(jù)題目中提供的附件一到附件八，運(yùn)用 MATLAB與SPSS對提供數(shù)據(jù)進(jìn)行 數(shù)理 統(tǒng)計(jì)與分析，建立了相關(guān)性分析模型，了解了各理化因子之間的相關(guān)關(guān)系，并用隸屬度函數(shù)得到了不同池塘水質(zhì)類型，還運(yùn)用了單側(cè)檢驗(yàn)和擬合，建立了浮游植物關(guān)系模型 和水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。我們建立的模型可以拓展運(yùn)用到農(nóng)業(yè)水生態(tài)循環(huán)，魚類養(yǎng)殖和水質(zhì) 鑒定等方面。八、參考文獻(xiàn).盛驟.謝式千.潘承毅概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)單側(cè)檢驗(yàn)的相關(guān)性分析和置信區(qū)間教材-浙江大學(xué).百度百科：富營養(yǎng)化http:/link?url=OShRgznmQPuhTW

46、Iv5XGt00b5KpSC2VnF_fQLn97xTW9 LVOsTjv3Vz5afEzjdg4_GVm2dkLQVTGP6U0up6anWH對問：2016.7.1.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).2002.4.28.GB3838-2002.劉峰 養(yǎng)殖水體水華發(fā)生的原因探討M,東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，第24-35頁,2007年 6月20日.應(yīng)光輝 植物種群研究在群落生態(tài)學(xué)中意義，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技2009年第8期.劉開旻 吳小俊 基于隸屬度函數(shù)的模糊支持，江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，2016.王喜剛 扶名福 基于隸屬度函數(shù)模糊彈塑性的研究，南昌大學(xué)，遼寧科技學(xué) 院，201研.楊朝鳳 單側(cè)檢驗(yàn)的相容性及應(yīng)用，保山高等?？圃盒?/p>

47、，計(jì)科系，2007年.張?zhí)靷ズP麗利用MATLA建立不確定度評定測量分析變量的相關(guān)系數(shù)，伊 犁州計(jì)量檢定所，新疆，201/1月九、附錄附錄1clc;clear;A1=xlsread( data1.xls ,1, C3:T17);16A2=xlsread( data1.xls ,1, C19:T33);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); for i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a); endA11=A1(:,1:3:n);CA11=corrcoef(A11);附錄2clc;clear;A1=xlsr

48、ead( data1.xls,1, C37:T51);A2=xlsread( data1.xls,1, C53:T67);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); for i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a); endA11=A1(:,1:3:n);CA11=corrcoef(A11);附錄3clc;clear;A1=xlsread( data1.xls,1, C71:T85);A2=xlsread( data1.xls,1, C87:T101);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); f

49、or i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a); endA11=A1(:,1:3:n);CA11=corrcoef(A11);附錄4clc;clear;A1=xlsread( data1.xls,1, C105:T119);A2=xlsread( data1.xls,1, C121:T135);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); for i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a);end17A11=A1(:,1:3:n);CA1

50、1=corrcoef(A11);附錄5clc;clear;A1=xlsread( data1.xls,1, C3:T17);A2=xlsread( data1.xls,1, C19:T33);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); for i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a); endA11=A1(:,3:3:n);CA11=corrcoef(A11);附錄6clc;clear;A1=xlsread( data1.xls,1, C37:T51);A2=xlsread( data1.xls,1, C53:T67);A1=(A1+A2)/2;m,n=size(A1); for i=1:na=min(A1(:,i);b=max(A1(:,i);A1(:,i)=(A1(:,i)-a)/(b-a); endA11=A1(:,3:3:n);CA11=corrcoef(A1