长江水质评价与预测..doc

长江水质的评价和预测 摘要:本文首先对样本数据进行了分析，得出了各数据指标的变化趋势，建立了两种长江水质情况的定量综合评价模型，即Shepard插值模型和投影寻踪模型。通过模型求解得出了长江沿线17个地区的水质综合得分，利用综合得分对各地区的水质污染状况进行了合理的分析和解释。 接着，我们引入污染速率的概念，分别从离散（模型一）和连续（模型二）两方面建立模型，得出各干流上的污染速率，从而得出主要污染物的主要污染源。 模型一： 模型二： 结论：最主要的污染源是湖南岳阳，重庆朱沱和湖北宜昌排放的污染物也较多，属于主要的污染源；对于高锰酸盐的排放，最多的是四川攀枝花，安徽安庆的排放相对较少；对于氨氮的排放，江苏南京的排放相对较少；对于一些地区的排放量存在负数的情况，这与现实中政府对其地区河流的污染采取一定的政策相符合，对其地区的污染物进行处理。 然后，我们采用灰色模型估计出了未来十年的长江水质污染趋势，模型的主体是一个白化形式的方程： 并结合回归分析，将灰色值与回归计算值进行比较，得出了未来十年的长江干流水文年的各类水质比例，并对废水排放总量和长江总流量进行了合理预测。 之后，根据预测的各类水质比例以及废水排放总量，分别就劣Ⅴ类水与废水排放总量，Ⅳ、Ⅴ类水的比例之和与废水排放总量，得出了十分优良的线性回归模型， 从而求出了每年最大容忍的排污量，结合预测的废水排放总量，可以得出每年的污水最小处理量，见下表。 年份 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 处理量 27.43 43.75 61.00 79.24 98.51 118.89 140.43 163.20 187.27 212.71 最后，我们对解决长江问题提出了几点切实可行的建议和意见。并对我们的模型进行了评价与推广。 关键词：Shepard插值、投影追踪、递推模型、微分方程、灰色模型、回归分析。 一、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0.10.5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 ? 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） 69 二、模型假设 1. 长江水污染与污染源和扩散环境有关。主要污染物、：长江中污染物的降解速率（单位：１/天）； ：某月第个干流中含有某个指标对应物质的浓度，在此题中主要是指高锰酸盐和氨氮的浓度（单位：）； ：某月第个干流单位时间内排放某污染物的质量，在此题中污染物主要是指高锰酸盐和氨氮（单位：）； ：某月第个干流的水流量（单位：）； ：从第个干流流向第个干流时所需要的时间（单位：）； ：第个干流与第个干流之间的距离（单位：）； ：第个干流的水流速（单位：）； ：第干流与第个干流之间的平均水流速（单位：）； ：从第个干流流出的污染物流到第个干流时所降解的百分