人口数量与污染程度的关系综述.docx

人口数量与污染程度的关系 王渌汀 北京市第三十五中学 学校：北京市第三十五中学 姓名：王渌汀 班级：高一（10） 学科：数学 摘要 在本文中，我们将关注于解决北京人口数量（下文皆以人口数量替代）变化是如何影响污染指数的。本文结构如下：本次调查的猜想，关于三个污染指数的简要介绍，关于本文中建立的数学模型的解析，总结，以及深入研究。文章中，我们首先假设当以人口数量为自变量时，污染指数是随着人口数量的增加而增加的。我们最终发现，在所有拟合函数中仅工业废水为抛物线，其余皆为线性函数。换言之，研究结果很大程度上符合猜想。另外，我们计划在此后的研究中扩大污染物指数的种类范围，同时对不同的城市进行研究。 关键词：污染指数，人口数量，数学模型。 人口数量与污染程度的关系 在本文开始前，请允许我们对如今大多数人关注着的污染水平做一个简要介绍。 首先，在当前社会，飞速发展的经济水平在为我们的生活提供各种方面的便利之外，同样也造成了严重的空气污染。就在刚刚过去的2014年，我们几乎每天都可以看到雾霾，同时雾霾也就成为了北京所有居民的一个共同话题。如图1所示，人们几乎不能透过浓厚的雾霾看到任何事物，原本雄伟壮丽的紫禁城也在一篇灰蒙蒙的空气中失掉了原本的威严，转而蒙上一层暗淡的色彩，仿佛已经是年久失修。除此之外，雾霾同样很大程度上影响着人们的健康生活。当今令人们谈及色变的污染物非PM 2.5 莫属。PM 2.5，中文名为细颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。目前，在雾霾笼罩蓝天的日子里，人们普遍习惯在出行前带上口罩来阻止可吸入颗粒物的入侵。因为细颗粒物对人体健康的危害极大大，且直径越小，进入呼吸道的部位越深。10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2μm以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。 与空气污染进行对比，水资源污染的问题在更多年份里夺得了人们的关注，如图2所示。作为另一种人类赖以生存的物质基础，水质问题与空气污染问题占据着同等甚至更加重要的地位。大多是情况下，水资源的污染是由工业废水以及生活污水的不合理排放造成的。因为两者每天都大量排放污水。随着越来越多的“癌症村”在中国各地出现，人们也越来越注重自己的饮用水质问题。一般来说，污染后的饮用水不会立即置人于死地，但只要污染物在人体内积累达到一定数量后就可能造成疾病，基因问题甚至是癌症。这也是为什么水资源污染问题成为了这篇论文的重点。 图 1. 雾霾 图 2. 水资源污染 结果期望 作为本次研究的起始部分，这一小节将会讲解对于此调查的猜想以及基于何种原因我们会做出如下猜想。 猜想 正如人们的普遍想法，持续增长的人口理应是导致了污染指数上升的因素。本文的猜想为：人口数量与污染物水平呈现正相关关系。同时，我们期望找到人口数量与几类选定的污染物之间的相关程度以及若结果呈现正相关，比例系数的大小。 人口数量如何影响污染水平 这部分将会详细解释上文中我们做出猜想的原因。正如我们都知道的那样，每个生物个体的存在都会对其所属的环境造成影响。但这种影响在绝大多数情况下都是有利于生物圈物质循环的。不幸的是，人类的所作所为几乎没有一件不是要破坏生态平衡，而不是去巩固它。 ? 生活垃圾 生活垃圾是日常生活中由于人们的活动直接产生的一种垃圾。它可以包括生活污水、厨余垃圾等等。假设生活垃圾没有被合理处理，由于它的数量之多，它将转变为一种可怕的环境问题。 ? 工业废料 经济学中，某种商品的产量由消费水平带动。同时我们知道，商品产量直接决定了工业废料的多少，且消费水平直接由人口数量所决定。也就是说，人口数量理论上讲可以决定工业废料的多少。 数学模型 基于要寻找人口数量与环境污染水平之间关系的目的，我们建立了一个数学模型帮助解决问题。 数据 本文共将使用3种数据类型，如下：1990至2010年人口数据，工业废料，以及生活污水（亿标立方米）。其中，工业废料包括：工业废气（亿标立方米），及工业废水（万吨）。 完整的数据表格将会在下方列出，如表1所示。表中，“P” 表示人口数量（百万）, “IWG” 表示工业废气（亿标立方米）, “IWW”意味着工业废水（万吨）, “DS” 为生活污水（亿标立方米）。 表1 人口数量及污染物指数（1990-2010） Year P IWG IWW DS 1990 1,086.00 2,770.00 1991 1,094.00 2,481.00 1992 1,102.00 2,466.00 1993 1,112.00 2,595.00 1994 1,125.00 2,714.00 1995 1,251.10 2,910.00 36,997.00 199