对长江流域水质状况的评估及其发展预测模型.doc

论文题目：对长江流域水质状况的评估及其发展预测模型 论文摘要： 本文结合题目所给的丰富数据进行了充分的分析与讨论，基于模糊数学的隶属度概念建立了河流污染综合评价指标，区别出了污染严重的城市与污染相对较重的月份；考虑了江水的自净作用并结合流量和流速建立了合理的上下游污染物相互作用模型，并用此模型找出了污染物的主要排放地点；在预测未来水质发展趋势时，采用了线性回归和神经网络两种模型进行预测，逐次叠代出了未来10年的水质恶化趋势，并反映出了水质和总流量的合理波动；在求解未来10年的污水处理量时，再次用到了线性回归模型，采用逼近法找到了使水质满足题目要求的废水排放量，进而求解。本文的模型都利用Matlab数学软件编程实现，利用直观的方式给出结果，附录中给出了程序。 关键词：隶属度 ；水质预测；线性回归；神经网络；matlab编程 问题重述： 长江水质的评价和预测 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。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项目标准限值。地表水环境质量标准GB3838—2002）项目标准限值 单位：mg/L 序 号 ? 分 类标准值 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类 1 溶解氧(DO)??????????≥ 7.5 （或饱和率90%） 6 5 3 2 2 高锰酸盐指数(CODMn) ≤ 2 4 6 10 15 ∞ 3 氨氮（NH3-N）????? ≤ 0.15 0.5 1.0 1.5 2.0 4 PH值（无量纲） 6---9 在隶属函数式中，A为水质级别j的第i个污染项目标准限值，X则为监测统计的值。将N个污染物对j类水的隶属度累积相加： 称Yj为第j类水的水质权重。 定义端面的隶属度加权综合平均水级级别G： 利用这个参量，我们可以对各地污染状况进行排序，并且进行水质的综合 评价。 在题目给出的要求中，M＝6，N＝4，但是由于PH值这一项目由于数值分布不定，且于水的分类没有明显的对应关系，我们在模型中不再考虑它的影响。这样，N＝3，我们根据附表: 《地表水环境质量标准GB3838—2002）项目标准限值Matlab处理程序见附录5。 结果如下所示： 图1 按照28个月列出所有17个城市每个月的水质平均G值 图1为17个城市的污染情况，按照编号由小到大的顺序为：1.四川攀枝花重庆朱沱?湖北宜昌南津关?湖南岳阳城陵矶?江西九江河西水厂?安徽安庆皖河口?江苏南京林山?四川乐山岷江大桥?四川宜宾凉姜沟?四川泸州沱江二桥?湖北丹江口胡家岭?湖南长沙新港?湖南岳阳岳阳楼?湖北武汉宗关?江西南昌滁槎?江西九江蛤蟆石?江苏扬州三江营江苏南京林山?四川乐山岷江大桥四川泸州沱江二桥?湖北武汉宗关?江西南昌滁槎?（溶质），那么在达到动态平衡后第n个城市的污染物浓度为：。其中z为自净系数，为江水从第i个城市流到第n个城市的时间，为第n个城市的流量。此过程如图3所示： 图3 污染物作用模型图 模型求解及评价： 通过工具软件matlab，我们将此表达式写成了如下函数： p=polu(x,result,vs,quan) 其算法框图见图4： 图4 其中取自净系数为0.2，x为7个城市的污染物日排放量（不考虑其单位，为相对大小），result为实际测得的各个城市的污染物浓度向量，vs为各个城市处的江水