長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

1、13組聶本武（建模）張豐宇（寫作）.長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)摘要本文討論如何設(shè)計(jì)對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)污染情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)各個(gè)地區(qū)水質(zhì)污染狀況分析，并判斷出污染物高錳酸鹽和氨氮的主要污染源，以及對(duì)未來水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型，然后根據(jù)預(yù)測(cè)的情況對(duì)長(zhǎng)江未來的水質(zhì)情況采取切實(shí)可行的治理方案，并提出合理的建議與意見。根據(jù)題目附件中已有的數(shù)據(jù)和搜集的一些綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)實(shí)際情況作了適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，對(duì)不同要求的題目建立了不同模型并進(jìn)行了較為完整的求解。對(duì)

2、于問題一：題目要求對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)污染情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)題目要求建立了模糊綜合評(píng)價(jià)模型（模型一）來評(píng)價(jià)長(zhǎng)江水質(zhì)。本文首先對(duì)附件3中2003.6—2005.9這兩年多來17個(gè)觀測(cè)站28個(gè)月的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別求出各個(gè)觀測(cè)站水質(zhì)處于各類污染的隸屬度，建立單因子模糊評(píng)價(jià)矩陣，結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)向量，求出反映17個(gè)觀測(cè)站水質(zhì)狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，并進(jìn)行歸一化處理。評(píng)價(jià)結(jié)果為：長(zhǎng)江全流域I類水質(zhì)斷面占17.65%，II類水?dāng)嗝?7.0

3、6%，III類水?dāng)嗝?3.53%，IV類水?dāng)嗝?.88%，V類水?dāng)嗝?.88%，并得到各地區(qū)的水質(zhì)情況。對(duì)于問題二：題目要求判斷出污染物高錳酸鹽和氨氮的主要污染源。根據(jù)題目要求建立了穩(wěn)態(tài)一維對(duì)流擴(kuò)散水質(zhì)模型（模型二）。本文首先利用附件3中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，求出長(zhǎng)江干流6個(gè)江段高錳酸鹽和氨氮的污染量，再結(jié)合支流的地理位置及支流觀測(cè)站的污染濃度數(shù)據(jù)，分析相關(guān)圖像。最后得出長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽和氨氮的污染源均主要分布在：湖北宜昌至

4、湖南岳陽(yáng)江段、重慶朱沱至湖北宜昌江段以及四川樂山地區(qū)。對(duì)于問題三：題目要求預(yù)測(cè)未來10年的水質(zhì)情況。根據(jù)題目要求建立了GM(11)模型（模型三）。本文首先利用灰色系統(tǒng)理論對(duì)長(zhǎng)江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，然后用1996—2004年的模擬值、殘差對(duì)報(bào)告表進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)可知預(yù)測(cè)結(jié)果合理。最后得出結(jié)論為：可飲用水逐年下降，十年后將低于55.1%。對(duì)于問題四：題目要求根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果并將IV、V、VI類水的比例控制在一定的比例內(nèi)，求出每年需要

5、處理的污水量。根據(jù)題目要求利用簡(jiǎn)單的比例關(guān)系求出每年需要處理的污水量。最后得出結(jié)論為：每年需要處理的污水量逐年遞增，最小污水處理量為24.0897億噸，最大污水處理量為68.8667億噸。對(duì)于問題五：題目要求提出解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染切實(shí)可行的方案。本文通過對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的分析，本文從國(guó)家、政府、企業(yè)和個(gè)人等方面提出了若干行之有效的建議。關(guān)鍵詞：水質(zhì)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)模糊綜合評(píng)價(jià)模型穩(wěn)態(tài)一維對(duì)流擴(kuò)散水質(zhì)模GM(11)模型二、模型假設(shè)（1）假設(shè)長(zhǎng)江干

6、流的自然凈化能力近似均勻，在任何情況下都保持恒定0.2；（2）所有的數(shù)據(jù)都來自科學(xué)采集；（3）入河排污口水量與水質(zhì)變化穩(wěn)定；（4）長(zhǎng)江各觀測(cè)河段的水流水質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定；（5）四川攀枝花上流的污染忽略。三、符號(hào)說明符號(hào)符號(hào)符號(hào)說明符號(hào)說明Q水流量（m3s）C污染物濃度（mgL）W污染指標(biāo)權(quán)重u水流速（ms）x河道長(zhǎng)度（km）t時(shí)間（s）k降解系數(shù)（1天）0.2k?四、問題分析水質(zhì)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的難點(diǎn)在于某觀測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)狀況一直處于動(dòng)態(tài)變化之中，且

7、在一定程度上受到上游水質(zhì)的影響。對(duì)于問題一：由于水體污染指標(biāo)之間的相容性(不存在傳遞性、絕對(duì)化)且水質(zhì)評(píng)價(jià)本身是一種實(shí)踐性、時(shí)空性、技術(shù)性均很強(qiáng)的多屬性、多指標(biāo)決策。本文針對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)、要求以及求解過程中的難點(diǎn)采用了直接確定多指標(biāo)權(quán)重和有限樣本隸屬度的模糊分析法[1]。建模時(shí)需要找出影響水質(zhì)的各主要因素，確定評(píng)價(jià)因子集、評(píng)價(jià)集、隸屬函數(shù)，然后通過計(jì)算各因素的權(quán)重和隸屬度，得到綜合隸屬度，確定水質(zhì)級(jí)別。對(duì)于問題二：要研究分析長(zhǎng)江干流近

8、一年多高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的主要污染源地區(qū)，可考慮分兩步的策略：第一步：確定七個(gè)觀測(cè)站之間受污染最嚴(yán)重的江段。污染物在河流中符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可以建立穩(wěn)定一維均勻河流水質(zhì)模型，分別求出長(zhǎng)江干流上六個(gè)江段高錳酸鹽和氨氮的污染量（包含了該江段支流所匯入的污染、該江段沿岸產(chǎn)生的污染、上游污染經(jīng)自然凈化后剩余的污染）；第二步：對(duì)于上一步中求得的污染嚴(yán)重的江段，進(jìn)一步縮小范圍確定主要污染源地區(qū)。再結(jié)合支流、湖泊的地理位置及支流觀測(cè)站的污染濃度數(shù)據(jù)