長江水質(zhì)的評價與預測

1、13組聶本武（建模）張豐宇（寫作）.長江水質(zhì)的評價與預測摘要本文討論如何設(shè)計對長江水質(zhì)污染情況進行綜合評價，對各個地區(qū)水質(zhì)污染狀況分析，并判斷出污染物高錳酸鹽和氨氮的主要污染源，以及對未來水質(zhì)情況進行預測的模型，然后根據(jù)預測的情況對長江未來的水質(zhì)情況采取切實可行的治理方案，并提出合理的建議與意見。根據(jù)題目附件中已有的數(shù)據(jù)和搜集的一些綜合評價和預測模型，并根據(jù)實際情況作了適當?shù)募僭O(shè)，對不同要求的題目建立了不同模型并進行了較為完整的求解。對

2、于問題一：題目要求對長江水質(zhì)污染情況做出定量的綜合評價。根據(jù)題目要求建立了模糊綜合評價模型（模型一）來評價長江水質(zhì)。本文首先對附件3中2003.6—2005.9這兩年多來17個觀測站28個月的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行處理，分別求出各個觀測站水質(zhì)處于各類污染的隸屬度，建立單因子模糊評價矩陣，結(jié)合評價指標的權(quán)系數(shù)向量，求出反映17個觀測站水質(zhì)狀況的模糊綜合評價矩陣，并進行歸一化處理。評價結(jié)果為：長江全流域I類水質(zhì)斷面占17.65%，II類水斷面47.0

3、6%，III類水斷面23.53%，IV類水斷面5.88%，V類水斷面5.88%，并得到各地區(qū)的水質(zhì)情況。對于問題二：題目要求判斷出污染物高錳酸鹽和氨氮的主要污染源。根據(jù)題目要求建立了穩(wěn)態(tài)一維對流擴散水質(zhì)模型（模型二）。本文首先利用附件3中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，求出長江干流6個江段高錳酸鹽和氨氮的污染量，再結(jié)合支流的地理位置及支流觀測站的污染濃度數(shù)據(jù)，分析相關(guān)圖像。最后得出長江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽和氨氮的污染源均主要分布在：湖北宜昌至

4、湖南岳陽江段、重慶朱沱至湖北宜昌江段以及四川樂山地區(qū)。對于問題三：題目要求預測未來10年的水質(zhì)情況。根據(jù)題目要求建立了GM(11)模型（模型三）。本文首先利用灰色系統(tǒng)理論對長江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢做出預測，然后用1996—2004年的模擬值、殘差對報告表進行檢驗。經(jīng)檢驗可知預測結(jié)果合理。最后得出結(jié)論為：可飲用水逐年下降，十年后將低于55.1%。對于問題四：題目要求根據(jù)預測結(jié)果并將IV、V、VI類水的比例控制在一定的比例內(nèi)，求出每年需要

5、處理的污水量。根據(jù)題目要求利用簡單的比例關(guān)系求出每年需要處理的污水量。最后得出結(jié)論為：每年需要處理的污水量逐年遞增，最小污水處理量為24.0897億噸，最大污水處理量為68.8667億噸。對于問題五：題目要求提出解決長江水質(zhì)污染切實可行的方案。本文通過對模型計算結(jié)果的分析，本文從國家、政府、企業(yè)和個人等方面提出了若干行之有效的建議。關(guān)鍵詞：水質(zhì)的評價與預測模糊綜合評價模型穩(wěn)態(tài)一維對流擴散水質(zhì)模GM(11)模型二、模型假設(shè)（1）假設(shè)長江干

6、流的自然凈化能力近似均勻，在任何情況下都保持恒定0.2；（2）所有的數(shù)據(jù)都來自科學采集；（3）入河排污口水量與水質(zhì)變化穩(wěn)定；（4）長江各觀測河段的水流水質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定；（5）四川攀枝花上流的污染忽略。三、符號說明符號符號符號說明符號說明Q水流量（m3s）C污染物濃度（mgL）W污染指標權(quán)重u水流速（ms）x河道長度（km）t時間（s）k降解系數(shù)（1天）0.2k?四、問題分析水質(zhì)的評價與預測的難點在于某觀測點的水質(zhì)狀況一直處于動態(tài)變化之中，且

7、在一定程度上受到上游水質(zhì)的影響。對于問題一：由于水體污染指標之間的相容性(不存在傳遞性、絕對化)且水質(zhì)評價本身是一種實踐性、時空性、技術(shù)性均很強的多屬性、多指標決策。本文針對水質(zhì)評價的特點、要求以及求解過程中的難點采用了直接確定多指標權(quán)重和有限樣本隸屬度的模糊分析法[1]。建模時需要找出影響水質(zhì)的各主要因素，確定評價因子集、評價集、隸屬函數(shù)，然后通過計算各因素的權(quán)重和隸屬度，得到綜合隸屬度，確定水質(zhì)級別。對于問題二：要研究分析長江干流近

8、一年多高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的主要污染源地區(qū)，可考慮分兩步的策略：第一步：確定七個觀測站之間受污染最嚴重的江段。污染物在河流中符合一級反應(yīng)動力學，可以建立穩(wěn)定一維均勻河流水質(zhì)模型，分別求出長江干流上六個江段高錳酸鹽和氨氮的污染量（包含了該江段支流所匯入的污染、該江段沿岸產(chǎn)生的污染、上游污染經(jīng)自然凈化后剩余的污染）；第二步：對于上一步中求得的污染嚴重的江段，進一步縮小范圍確定主要污染源地區(qū)。再結(jié)合支流、湖泊的地理位置及支流觀測站的污染濃度數(shù)據(jù)