小议长江水质的评价和预测.docVIP

小议长江水质的评价和预测 摘要：本文旨在研究长江过去1O年的水质变化情况，以此来预测未来1O年长江的水质情况，并对长江的治理提供一些具有可行性的建议和意见。在第一问中，我们从模糊数学的角度出发提出综合污染指数的概念，并运用该指数分析各地区的水质污染情况，得出结论，04年较O3年恶化，O5年有所好转；在第二问中．我们将7个长江干流观测点的水质报告表和基本数据表相结合，用每秒流过观测点的水中所含污染物的量减去上一个观测点的水中所古污染物经过白净后残余的量，即为两个观测点之间污染物增加的量，得出：高锰酸盐和氨氮的虽主要污染源在湖南岳阳城及其上游地区；在第三问中，我们建立了针对各类水所占评价河长百分比的一次累加拟合模型和时间序列模型，得出结论：1O年之后，I、Il类水都已不存在，III类水仅存O.62％；在第四问中，我们采用多元线性回归，得出长江流量，废水排放总量，Ⅳ类，V类，Ⅵ类水占水文年全流域长度半分比之间的线性关系，以第三问中预测数据为基础，以未来l0年总共要处理的污水为目标，建立线性规划并求解。 关键词:归一化法；自净系数；一次累加拟合模型；时间序列法；多元线性回归模型 1基本假设 1）假设主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的自身降解系数为0.2（单位：1/天）；2）假设观测点j和观测点j＋1之间江水的流速是所测两点j和j＋1的速度的平均值；3）假设忽略观测点j和观测点j＋1之间增加的污染物的自净；4）假设2005～2014年的评价河长与2004年的评价河长相等；5）假设在2005～2014年间不会发生大旱大涝等自然灾害性天气；6）假设长江水的总流量，废水排放总量,IV类、V类、劣V类三种类别的水在水文年全流域的百分比之间成线性关系。 2问题分析 问题一中数据较多，我们可以用统计的方法，求出每年各类水所占的一个百分比，以此来说明长江水质的一个整体变化趋势。针对各地区而言，我们可以把影响水质的四个主要因素进行加权，从而求出一个综合污染指数，以此为标准来判断各地区水质的污染状况。在问题二中，由于江水在流动过程中对污染物可以进行一定的自身降解，所以水质最差的地区不一定就是污染源，如果上游污染严重，那么经过积累作用，到达下游的时候水质也会变得很差。仔细分析附表四，发现每年评价的河长差别很大，不利于我们建模求解。我们认为不妨从各类水所占百分比入手，预测出未来10年各类水所占的百分比即可。问题四的求解需要建立在问题三的基础上，由于题目要求没有劣V类水的存在，因此很容易得出劣V类水要全部进行处理。 3模型的建立与求解 3.1问题一 首先，我们从整体着手，对进两年多来长江水质进行整体的定量分析，统计每年长江水质按照水质标准分类而成的各种水类其绝对数值和相对百分比，得出长江水质04年较03年均比较差，但05年水质恶化现象得到了一定的控制，其水质明显好于04年。两年来，长江水质呈现出先恶化再好转的趋势。然后，对于各地区水质的污染状况，我们综合考虑对评判水质的四个因子：溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮和PH值，采用模糊数学的方法对四者进行加权，从而得到一个综合污染指数W以这个指数来定量说明各地区水质的污染情况。我们以I类水：溶氧量7.5mg/L，高锰酸盐2mg/L，氨氮0.15mg/L，ph值取6～9的中值7.5为标准提出了一个综合污染指数的概念 很明显，按照综合污染指数函数的定义式，综合污染指数越高，水质越差。由以上表格（表格略）分析得出各地区水质污染状况，总体来讲，17个观测点04年水质比03年水质明显恶化，05年水质有较大程度的好转。 3.2问题二 在问题二中，我们把两观测点间汇入支流的主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的自身降解忽略不计，并把水质主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的自身降解系数（以下简称自净系数）假设为0.2（单位1/天）。我们根据附件三中2004.4-2005.4的长江主干水质监测报告测算出2004.4-2005.4间长江水流过两相邻观测点所需时间：第j点到j＋1点距离为……。以两个观测站点的速度平均值……。 作为两站点间水流速度，时间即为由每个点的水流量我们可以计算出在各观测点每秒流过的水中所含有的CODMn的量为：CODMn的浓度流量，即水流经过自净到达下一观测站点时，每秒流过的水中所含有的CODMn的量为：CODMn的浓度流量自净系数的天数次幂，即两站点间增加的CODMn的量 我们在用进行数值计算得过程中，增加量有部分为负值，而实际当中负值是不可能存在的，因此将负值全部修正为0。2004年4月～2005年4月13个月CODMn的平均增加值 同理，根据上面的推导过程，我们也可以得到NH3-N的