长江水质的评价与预测.doc

长江水质的评价与预测 摘要 本文讨论长江水质的评价和预测问题。引入灰色关联分析的概念，根据长江水质的4个指标，对其水质等级进行定量的综合评价；利用多元线性回归分析，并通过建立灰色预测GM(1,1)模型，对未来10年水质污染的发展趋势进行了合理的预测。 (1) 针对问题1，本文首先对附件3中2003.6~2005.9这两年多来不同地区不同月份的各种影响水质情况的主要因子的含量数据进行了标准化处理。然后采用灰色关联分析法对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并具体分析了各个地区的水质污染状况。评价结果为长江流域岷江段、汉江段、洞庭湖流域、南昌地区等地的水体质量也明显劣于其他地区，应重点解决这些流域的水污染问题。 (2) 针对问题2，本文建立了一维河流水质模型，通过计算各个干流站点处的污染物量和上游流至该站点的污染物量的差得到污染物CODMn和NH3-N的实际平均排量，并分别做出直方图，进行比较。 (3) 针对问题3，本文对附件4中水质的历史数据进行分析，为了更好的对未来10年的水质情况进行预测，首先利用多元回归分析方法确定出可饮用水(或不可饮用水)的比例与总排污量和总水流量的关系，然后用灰色预测模型对未来10年长江水质的变化做出预测。对所求的数据进行分析，得出水质污染状况的长期趋势，在2012年后到枯水期时长江干流可饮用水的比例也只剩下1.5%了,到2013年就没有可饮用水。 (4) 针对问题4，首先利用多元回归分析求出VI和V两类污水百分数总和与年度排污总量与总流量的关系式。然后根据给出的条件，将问题 转化为线性规划问题，本文分别以枯水期与丰水期的参数对年处理量进行一个最大值和最小值的预测，得到一个区间。这样就可以根据实际情况在该区间内对年处理量进行合适的调整。 通过大量的数据的综合评估、预测，结果发现长江的确面临巨大的挑战，为此，对长江的水污染提出了解决方案和建议。 关键词：灰色关联分析 多元回归分析 灰色预测模型 综合评估 1问题重述 1.1问题背景 水是人类赖以生存的资源，保护水资源就是保护我们自己，对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中之重。专家们呼吁：“以人为本，建设文明和谐社会，改善人与自然的环境，减少污染。” 1.2相关信息的介绍 长江是我国第一、世界第三大河流，长江水质的污染程度日趋严重，已引起了相关政府部门和专家们的高度重视。2004年10月，由全国政协与中国发展研究院联合组成“保护长江万里行”考察团，从长江上游宜宾到下游上海，对沿线21个重点城市做了实地考察，揭示了一幅长江污染的真实画面，其污染程度让人触目惊心。为此，专家们提出“若不及时拯救，长江生态10年内将濒临崩溃”（附件１），并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤（附件2）。 附件3给出了长江沿线17个观测站（地区）近两年多主要水质指标的检测数据，以及干流上７个观测站近一年多的基本数据（站点距离、水流量和水流速）。通常认为一个观测站（地区）的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。一般说来，江河自身对污染物都有一定的自然净化能力，即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物降解等使水中污染物的浓度降低。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实上，长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的，根据检测可知，主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.1~0.5之间，比如可以考虑取0.2　(单位：1/天)。附件4是“1995~2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。下面的附表是国标(GB3838-2002) 给出的《地表水环境质量标准》中4个主要项目标准限值，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水。 1.3需要解决的问题 (1) 对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并分析各地区水质的污染状况。 (2) 研究、分析长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源主要在哪些地区? (3) 假如不采取更有效的治理措施，依照过去10年的主要统计数据，对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析，比如研究未来10年的情况。 (4) 根据你的预测分析，如果未来10年内每年都要求长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水？ (5) 你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。 2模型假设 (1)不考虑各污染物之间的物理、化学反应; (2)河道分布是均匀的，水流量只与流速和河段长度有关（河流处于连续稳定的流动状态）； (3)仅考虑单位时间内的污染物量； (4)长江干流自身对污染物的自然净化能力是均匀的； (5)假设河流的自然净化能力与污染物浓度无关且不随时间变化。 3符号说明 表1 符号 符号说明 模型一 第个评价因子 第 个时间段 第