长江水质的评价及预测模型研究.pdfVIP

长江水质的评价及预测模型研究 摘 要： 本文巧妙地解决了长江水质的评价和预测问题，通过对水质状态和输入状态的抽 象，紧扣题目要求建立的一系列新模型，为合理的评价和预测水质、控制水污染提供了 科学的依据。 本文首先建立了关于长江水质评价和预测的模型。文中根据水体类别进行分类别加 权评价，结果显示：水质最差的是江西南昌滁槎——赣江（鄱阳湖入口）地区，其次是 四川乐山岷江大桥——岷江（与大渡河汇合前）地区，再次是四川泸州沱江二桥和湖南 长沙新港地区，这两个观测站点的评价值非常接近。与之相对应的，水质最好的是湖北 丹江口胡家岭——丹江口水库（库体）地区，这个观测站处在长江的支流——汉江上， 而干流上水质最好的是江苏南京林山、江西九江河西水厂和安徽安庆皖河口地区，这三 个观测站点的评价值非常接近。 本文随后建立了基于线性系统的污染源确定模型。文中分析了确定江段的污染来源 ——本江段的污染排放和之前江段的污染扩散，并由此抽象形成了江段污染变化系统、 水质状态和输入状态，构建了线性系统的四个变换矩阵。通过对江段污染变化系统的运 动分析，得到各个江段的排污量情况，高锰酸盐排放量的上限最大的是在鄂湘段，下限 最大的也是在鄂湘段，氨氮排放量的上限最大的是在鄂湘段，下限最大的也是在鄂湘段。 因此，长江干流的高锰酸盐污染和氨氮污染主要位于湖北宜昌和湖南岳阳之间的江段 上。 本文在第三问的水文预报中普遍采用的神经网络算法，建立以各年污水排放总量、 长江总流量以及考察河道长度这三个变量为输入变量，6 个等级水质对应的河道长度比 例为输出的三层BP 神经网络。通过学习前10 年的数据训练出的神经网络函数在预测 未来10 年各个时期各等级水质对应的河道长度比例中得到了比较理想的结果。本文在 第四问中分析了长江年废水排放总量与各个等级水质的河道长度比例之间存在的函数 关系，采用多项式拟合的方法得到函数表达式。然后按照题目中对长江水质的要求得到 每年需要处理的废水总量。最后根据前面四问对于长江水质污染的各个因素的分析，得 出了解决长江水质污染的若干建议。 关 键 词： 长江水质，综合评价，排污预测，神经网络 - 1 - 一 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。” 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。 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）。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)。在国标(GB3838-2002) 给出了《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。 1．2 目标任务 （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。 二 问题分析 本题在附件3 中给住了从2003 年6 月到2005 年9 月28 个月的长江流域主要城 市水质检测报告和长江干流主要观测站点的