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长江水质评价和预测

摘要

水质评价和预测是实施水污染控制规划的重要根底。本文结合模糊数学和灰色系统预测理论，构建长江水质评价和预测的数学模型并利用数学软件对模型进行了求解，解决了如何综合评价长江水质以及如何预测水质的污染情况问题。

问题一,结合水质评价的特点,建立了模糊综合评价模型，对长江近两年多的水质情况做出了定量的综合评价。用模糊综合评价法对各断面水质的综合评价。由所给17个观测站28个月的水质数据，分别求出每个观测站水质处于各类污染的隶属度，建立单因子模糊评判矩阵，结合评价指标的权系数向量，求出反映17个观测站水质状况的模糊综合评判矩阵，并进行归一化处理。求解得江全流域1类水质断面占17%，2类水质断面47%，3类水质断面23%，4类水质断面6%，5类水质断面6%，并得到各断面的水质情况。

问题二：建立了稳态一维对流扩散水质模型，分别求出长江干流上六个江段高锰酸盐〔CODMn〕和氨氮(NH3-N)的污染量。再结合支流的地理位置及支流观测站的污染浓度数据，分析相关图象，得出长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐和氨氮的污染源均主要分布在：湖北宜昌至湖南岳阳江段沿岸、重庆朱沱至湖北宜昌江段沿岸，以及岷江流域的四川乐山地区。

问题三，根据过去10年的长江流域水质数据，利用灰色预测理论中的GM(1,1)模型，对长江未来水质污染的开展趋势做出预测。用MATLAB编程求解得出10年后可饮用水的河长预测比例。结果如下〔单位：%〕：

年份

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

比例

问题四：假设要求未来10年内每年长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例都控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水，那么每年需要处理的污水量为〔单位：亿吨〕：

?

2005

2006

2007

2008

2009

污水年处理量

?

2010

2011

2012

2013

2014

污水年处理量

问题五，针对所作的水质评价与预测，提出解决长江水质污染问题的切实可行的建议和意见。

关键词：模糊综合评价模型稳态一维对流扩散水质模型灰色预测理论

问题重述

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，由全国政协与中国开展研究院联合组成“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“假设不及时拯救，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〕。

(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个主要工程标准限值，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水。

请你们研究以下问题：

〔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〕假设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开展趋势做出预测分析，比方研究未来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

1对问题一的分析

针对水质评价的特点、要求以及求解过程中的难点,采用了直接确定多指标权重和有限样本隶属度的模糊分析法，对问题1进行了模糊综合分析法。水质情况是一个模糊概念，在进行长江水质综合评价时很难给出确切的表达，可以考虑利用模糊理论进行水质评价。模糊综合评价就是由给出的评价标准和实测值，经过模糊变换，对待评价对象给出总的评价的一种方法。建模时需要找出影响水质的各主要因素，确定评价因子集、评价集、隶属函数，然后通过计算各因素的权重和隶属度，得到综合隶属度，确定水质级别。根据国家水质标准来综合评价。

2对问题二的分析

建立了稳态一维对流扩散水6质模型，分别求出长江干流上六个江段高锰酸盐〔CODMn〕和氨氮(NH3-N)的污染量。再结合支流的地理位置及支流观测站的污染浓度数据，分析相关图象，得出长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐和氨氮的污染源的主要分布

第一步：确定七个观测站之间受污染最严重的江段。污染物在河流中符合一级反响动力学，可以建立稳定