长江水质的评价和预测_毕业论文.doc

长江水质的评价和预测 摘要 本问题属于河流水质分析问题。我们从微观、宏观两个层面对长江水质进行分析、评价。 微观层面，在BOD-DO (S-P)模型的基础上，通过查阅大量支流数据资料，充分考虑到支流对干流的影响，提出虚拟节点的概念，将原长江流域图抽象为一个加权有向图，并考虑河段中的隐性污染源,以及时间轴上的变化，得到改进型BOD-DO方法(S-P)。通过改进型BOD-DO方法对溶氧量、高锰酸盐指数、氮氨含量的内在关系进行研究，利用反馈迭代的方法逐步逼近得到江水中各类污染物的含量，并以此反演出长江主要污染源的分布——主要集中于长江下游的南京、岳阳、宜昌等地，完成了第二问的解答。 宏观层面，我们以中国环境监测局的评价标准为基础建立了以不同水质等级比例为依据的模糊综合评价和动态评价函数，并通过论证得到该函数良好的评价效果从而为第三第四问服务，然后用这两个函数分析了两年以来长江的综合水质和各地区污染状况的动态变化。对于第三问预测未来１０年的水质趋势，我们首先根据Douglas理论拟合了年废水量的指数增长函数，再把得到的废水量预测值和前面提到的量化评价函数进行线性回归并进行了显著性检验，成功的预测了：若不加治理，长江未来１０年的水质将逐年恶化直至降至V类甚至劣V类。若要制止这一切的发生，必须严格治理污水。采取第三问同样的回归方法预测得到长江干流未来的污水排量，量化得今后每年治理后的排污量必须控制在215亿吨以内才能满足题干要求的水质等级比例。 最后我们根据前四问提出的宏观和微观模型，提出我们认为切实可行的治理措施，如：整治重点污染城市，重点防控下游污染，治理水土流失。并更深一层定性和定量地分析了这些措施对模型参数的影响。　　 [关键词]：BOD-DO模型；虚拟节点；隐性污染源；模糊综合评价函数；指数增长预测；线性回归预测 一、问题重述 本题要求对长江流域水质污染现状进行分析并对发展趋势作出预测。 题目给出了长江沿线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）。 结合长江自然净化能力的相关信息，依照《地表水环境质量标准》中4个主要项目标准限值，对 （1）对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价 （2）建立模型找出长江污染源的主要所在 （3）在无治理措施的假设前提下，对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析， （4）根据预测分析，提出针对未来10年内每年长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水要求的污水处理方案 （5）对解决长江水质污染问题切实可行的建议和意见。 二、问题分析 本问题属于河流水质分析问题。 研究此类问题的基本方法是从微观、宏观两方面同时入手；宏观上整体把握，微观上细致分析，为宏观决策提供理论依据。 本题的分析亦依据这种思路。 宏观上，我们仅对水质综合评价指标，污水排放总量以及治理量等宏观量感兴趣，并希望研究它们内在的联系；微观上，我们希望得到长江干流、支流上的每个城市和观测站具体的污染物的种类及其含量，并根据题目附表标准，得到所研究江段范围内，每一点的水质等级。 而预测需要对宏观、微观分析的得到的结果进行综合处理。 首先，我们从微观上进行分析。 在学术界，业已形成针对解决此类问题的河流水质模型的较为成熟的算法。 其中，S-P（Streeter-Pheles）的BOD——DO耦合模型可以较好的描述大江大河的水质性状。 基于此方程，我们可建立一个用于描述长江干流水质随标准时间、空间变化的函数关系，即改进型BOD——DO耦合模型（SP）。 其次，在宏观上，模糊理论可以帮助我们建立综合评价函数进行水质分析。 同样，长江污染预测以及治理措施的选取要在分析统计数据的基础上，结合此综合评价函数进行预测。 所以，我们将从宏观和微观两个层面建立适用于不同方面的模型对问题进行分析。 三、基本假设 图1 题目中所提供的17个观测站几乎涵盖了长江流域的所有主要工业城市，而两大类污染来源--工业污染和城市污染均主要出自这些城市．如图1所示，我们将所有观测点城市分为三类：干流主点，支流汇入点，支流外点； 基于二、问题分析中对本问题的分析，我们引入以下假设： 1. 在全流域内，江的宽度、深度可忽略。 2．干流水流量的变化只源于支流汇入，而不考虑降水、外渗、蓄洪。污染源污水汇入干流的流量忽略不计。 3. 只考虑由污水汇入引起的江水污染，而不考虑因降雨等带入的污染。 4．污染主要发生在图示城市附近的流域，以，等干流节点将长江分段，以段为单位进行考虑。 5．江段内因支流汇入引起的水流量均匀增长 四、符号约定 （一）符号约定综合如下：