有哪些适用于环境科学与工程的研究方法

实验分析法

实验室实验：

可以在实验室控制条件下，精确地研究环境因素和污染物的特性。例如，在研究新型吸附材料对水中重金属的吸附性能时，能够控制温度、pH 值、初始污染物浓度等变量。通过向一系列装有已知量吸附材料和不同浓度重金属溶液的锥形瓶中，在设定的温度和搅拌速度下进行反应，然后在不同时间间隔取样分析溶液中剩余重金属浓度，从而得到吸附动力学曲线。

还可以用于研究微生物对有机污染物的降解。比如，在研究某种细菌对石油烃的降解时，在实验室的生物反应器中，控制好微生物的接种量、底物浓度、溶解氧等条件，定期检测石油烃的降解率和中间产物，以了解微生物的代谢途径和降解效率。

现场实验：

现场实验是在实际的环境场景中进行实验，能更好地反映真实环境状况。比如，在研究湿地生态系统对农业面源污染的净化作用时，在农田和河流之间的湿地设置实验区域。通过在湿地进水口和出水口设置水质监测点，监测氮、磷等营养物质的浓度变化，同时记录水位、水流速度、植被生长状况等参数，来评估湿地对污染物的去除能力及其与环境因素的相互关系。

对于大气污染控制技术的现场实验，可以在工厂的废气排放口安装新型的废气处理设备，在设备运行期间，监测进口和出口处的污染物（如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等）浓度、气象条件（风速、风向、温度、湿度等），以验证处理设备在实际工况下的处理效果。

模型模拟法

数学模型：

常微分方程和偏微分方程模型用于描述环境系统中物质和能量的传输与转化过程。例如，在研究河流中污染物的扩散时，使用一维或二维的对流 - 扩散方程来描述污染物浓度随时间和空间的变化。通过求解这些方程，可以预测在不同水流条件下，污染物在河流中的分布情况。

系统动力学模型用于模拟复杂的环境系统，如生态系统的演变、资源的可持续利用等。例如，构建一个城市水资源系统动力学模型，考虑人口增长、经济发展、用水效率、污水处理能力等因素，模拟城市水资源的供需平衡和水质变化趋势，为城市水资源管理提供决策支持。

物理模型：

对于一些难以直接观察和实验的大型环境系统，如水力工程中的水流形态、海岸带的泥沙运动等，可以建立物理模型。例如，在研究港口建设对近岸水流和泥沙淤积的影响时，制作按一定比例缩小的港口和海岸物理模型。通过在模型中模拟不同潮位、水流速度和波浪条件，观察泥沙的淤积和冲刷情况，为港口的设计和运营提供参考。

调查监测法

环境监测：

包括对大气、水、土壤等环境介质的监测。大气环境监测可以采用自动监测站，实时监测空气中的污染物浓度，如细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O₃）、一氧化碳（CO）等。在监测站点配备高精度的仪器设备，按照一定的时间间隔进行采样和分析。

水环境监测涉及对地表水和地下水的监测。例如，对河流、湖泊等地表水的监测，需要在不同的水域位置设置监测断面，分析水体中的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、重金属等指标，以评估水质状况。土壤环境监测则要采集不同深度和类型的土壤样本，分析土壤中的污染物含量和土壤理化性质。

生态调查：

包括生物多样性调查和生态系统结构与功能调查。生物多样性调查可以采用样方法和标记重捕法。在研究森林生态系统的生物多样性时，通过在一定面积的样地内统计植物的种类、数量和分布，同时利用标记重捕法调查动物的种群数量和活动范围。

生态系统结构与功能调查涉及对生态系统中生产者、消费者和分解者之间的关系以及物质循环和能量流动的调查。例如，在湿地生态系统中，调查湿地植物的生产力、湿地动物的食物网关系以及湿地土壤微生物的分解作用，以了解湿地生态系统的健康状况和生态服务功能。

遥感与地理信息系统（GIS）技术

遥感技术：

可以用于大面积的环境监测。例如，利用卫星遥感数据监测土地利用 / 覆盖变化。通过对不同时期的遥感影像进行分类处理，可以识别出森林、农田、城市、水体等土地利用类型的变化情况。在监测森林砍伐方面，遥感影像能够直观地显示森林覆盖面积的减少区域。

还可以用于监测水体污染。例如，根据水体在遥感影像中的光谱特征，判断水体中藻类的生长情况和富营养化程度。在海洋环境中，遥感技术可以监测海洋表面温度、海冰分布、油污染等情况。

GIS 技术：

GIS 技术用于整合和分析环境空间数据。例如，在进行环境风险评估时，将污染源的位置、人口分布、气象数据、地形地貌等信息集成到 GIS 平台上。通过空间分析功能，如缓冲区分析、叠加分析等，确定环境风险的高值区域和受影响的范围。

在城市环境规划中，GIS 可以帮助规划者分析城市的热岛效应、绿地分布、交通污染等情况。例如，通过分析城市不同区域的植被覆盖度和地表温度的关系，为城市绿地系统的规划和建设提供科学依据。