題水質(zhì)評價與預(yù)測模型

本文首先對各觀測站（地區(qū)）的污染狀況進行了評價，綜合考慮了DO，的確定方法，基本思想是將支流并入到干流處理，支流與干流在各個觀測點匯進行了分析，最終得到整個長江流域的各項水質(zhì)評價指標(biāo)的綜合評估結(jié)果：近兩年多的水質(zhì)類型總體上表現(xiàn)為Ⅱ類CODMnNH3-N的排放量和自然降解因在預(yù)測分析未來十年長江的水質(zhì)污染發(fā)展趨勢時，先用逐步回歸法研究時廢水排放總量是唯一的對各類河長百分比影響顯著的變量后，運用多項式擬合得到了未來十年每年的廢水排放總量和長江總流量。最后，采用動態(tài)規(guī)劃和排隊論思想（見圖十五利用平衡轉(zhuǎn)移速率圖流域水文年在200~2014年各類水河長百分比，其中205年Ⅰ類占0.7937%，Ⅱ類水占18.266%，Ⅲ類水占21.6882%，Ⅳ類水占在2005~2014年各類水河長百分比矩陣。運用矩陣迭代運算2005~2014年每年的污水處理可行性方案（具體數(shù)據(jù)見表七、八、九：時間滯后性、逐步回歸法、動態(tài)規(guī)劃、排隊論、平衡轉(zhuǎn)移速率基本情況

問題提了相關(guān)部門和專家們的高度重視。斷提前，長江斷流日益近；水質(zhì)嚴(yán)重，危及沿江許多城市的飲用水，相關(guān)信息2：國標(biāo)(GB3838-2002)4個主要項信息3：過去10長江流域在不同時段的水質(zhì)情況需要解決的問101020%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水,那么每年需要處理多少污水？問題分、需要將已有的歷史數(shù)據(jù)進行合理歸類、修正，然后對長江的水質(zhì)作出分析、問題一的分析2727個月獲得的水質(zhì)的各項指標(biāo)，包括溶解氧，高錳酸鹽濃度，氨氮濃度，PH值。712個月的水文資料，包括水流量，流速以及各觀測這里采用國標(biāo)(GB3838-2002)和指標(biāo)評價原則作為對長江水質(zhì)情況的2的分站處排入江河的污染物的數(shù)量可以假設(shè)就是在該觀測站處檢測算得的污染物的問題三的分10枯水季節(jié)全流域，干流，支流的水質(zhì)狀況（各類水的比例豐水季節(jié)全流域，干流，支流的水質(zhì)狀況（各類水的比例水文年全流域，干流，支流的水質(zhì)狀況（各類水的比例從附表3中我們發(fā)現(xiàn)，與各類水河長百分比可能相關(guān)的因素有時段、評問題四的分(1)長江在過去十年的水質(zhì)狀況問題五的分3、長江水質(zhì)綜合評價和各地區(qū)水質(zhì)污染情況分1基本假設(shè)t3符號設(shè)定i:數(shù)據(jù)采樣時所處的月份（200361j:（3k:各項水質(zhì)指標(biāo)的編號（PH1;DO2;CODMn:3;NH3-N4XijkjkikkWjj模型建立（3.4各地區(qū)水質(zhì)總體指標(biāo)的確對兩年多來每個觀測點的各個水質(zhì)指標(biāo)（PH,DO,CODMn,NH3-N的測Xjk1l

X

（其中的為當(dāng)?shù)厮|(zhì)的類別。例如：當(dāng)某測試點兩年來DO的均值是6.8（符合Ⅱ，CODMn，NH3-各水質(zhì)指標(biāo)的歸類函數(shù)HjkGXjk，其中GXjk)H11為Ⅱ類。HjminHk長江水質(zhì)綜合評價函數(shù)根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)其中兩個指標(biāo)CODMn和NH3-N的評價標(biāo)準(zhǔn)WHWT*H權(quán)重的確定3可以得到長江干流上每個觀測點的水流量，結(jié)合各觀測點兩年來CODMnNH3-N濃度的數(shù)據(jù)，則污染物的濃度與水流量的積可以看作是單位 供水量V=V2-供水量V=V3- 這個假設(shè)可以避免我們對支流水質(zhì)情況的討論因為兩觀測點間的各支流模型求解為行文的方便起見這里僅給出了在運用計算平均值方法下采用水質(zhì)評（：、各地區(qū)水質(zhì)污染狀況7個城市均達到了二級標(biāo)準(zhǔn)，V類型，特別差，查找程序運行時得出的數(shù)據(jù)可以4.6332mg/L，與國家標(biāo)準(zhǔn)對比表發(fā)現(xiàn)該值確實是嚴(yán)重。、對長江水質(zhì)的定量綜合評價1（DO=7.7340mg/L,（CODMn=2.4661氨氮（NH3-N）0.2144mg/L模型的進一步討論分析研究長江干流主要污染源在哪些地補充假設(shè)如下有關(guān)符號的約定iijjVijijvijijmijijPjjMijijrT：單位時間（月Sj,j1：在第i個月時第j觀測點到第j+1個觀測點的距vij,j1：在第i個月時水流從第j觀測點到第j+1個觀測點的速tij,(j1)ijj+1Cijij模型的建ij（即Mij） 月的水流量V（m3s）與該觀測點該月的污染物濃度C（mgL=g/m3 個月的時間T（30×24×3600s）

Vij*T

MijMij

下面來確定tijj1。我們假定水流速vij相鄰觀測點間的時間可由定積分S

ti

(s)dt確定。

(sLagrange 0 出水流經(jīng)任意兩相鄰觀測點間的時間tiijj+1vijj1 vijj1(vijvij1)/

tij,(j1)=Sj,j1/[(vijvij1)/

綜合以上四個式子可以得到在第ij

ij附表3有長江各干流觀測點12個月各污染物的濃度，計算各觀測各月份排對時間滯后性的研究時間間隔為1個月的話某月在上游觀測點中得到的數(shù)據(jù)和相鄰下游觀測點得到的數(shù)據(jù)是不能夠運用上述模型所獲得的（5）式進行運用的，因為第i個過上游觀測點的水流在第i+1個月才到達相鄰下游觀測點，而相鄰下游觀測點第i個月的水流是第i-1個過上游觀測點的水流。因此（5）式應(yīng)當(dāng)作進一步改

1rtij1,

i1,j這僅僅是一個簡單的討論，因為水流流經(jīng)兩相鄰地區(qū)的時間間隔不是固定安慶-4.16736.27675.01545.69941.69014.3096模型的求解我們求得12個月各觀測點水速以及各觀測點污染物濃度的期望，以此代表（1（2（3（4）測點排放污染物的數(shù)量，運用程序求解得到了所要求的主要污染物的（2）高錳酸鹽污染源的主要分布地區(qū)氨氮污染源的主要分布地區(qū)說明：在用附件2求氨氮污染源的主要分布地區(qū)時，矩陣C應(yīng)換成各觀測點對長江未來水質(zhì)污染發(fā)展趨勢的預(yù)測分補充假設(shè)符號設(shè)定1x1

,x2

x3 2xx

xx

,x63、x7：該年長江總流量4、x8：該年廢水排放總量模型的建逐步回歸法研究各個自變量對各類水河長百分比的影我們認(rèn)為所列各項因素 x8不一定每一項都對Ⅰ類河長的百分比有顯百分比與各項因間的模型，這個模型應(yīng)盡量簡單和有效，并且由此能給長江（見文獻[2]323-324）利用統(tǒng)計工具箱中的逐步回歸命令stepwise，以某類河長百分比因變量，各項因素 x8為自變量，得到如圖窗口圖七、8StepwisePlotNextstep“Move

圖八、僅含x8模型的Stepwise窗（5.3.3）預(yù)測未來十年每年的長江總流觀察圖九可以發(fā)現(xiàn)，1998得到剔除掉異常點后的擬合曲線（圖十預(yù)測未來十年每年的廢水排放總表三、未來十年每年的廢水排放總量（單位：億噸趨勢，其中，200420051.9運用動態(tài)規(guī)劃和排隊論思想預(yù)測長江未來水質(zhì)污染趨勢一、選取過去十年水文年全流域各類河長百分比數(shù)據(jù)構(gòu)造初始矩陣A，并A 3.13.41.64.1A Ai1995i5.36.810 再選取過去十年第i類水每相鄰兩年的變化率作為未來十年第i+1類水的每相鄰頁水水水水水從矩陣A的第一列元素可以看出在過去十年中Ⅰ類水從所占的25.8%1.2%，顯然如果對廢水排放總量不加控制的話，未來十年中Ⅰ類水從所水水水水水20041995百分比十分相似（19525.8%20426.9%102004年水體循環(huán)系統(tǒng)的狀況：水水水水圖十六、2004水水水2014年的水體循環(huán)系統(tǒng)狀況B：A中第六列元素，因為劣Ⅴ類水不能夠再向別的水類型轉(zhuǎn)化，得A。 A' A'第二行的數(shù)據(jù)除以第一行的數(shù)據(jù)，得到各類水在未來一年所占總BA'BBA'（B4得到）得到轉(zhuǎn)移矩陣BB=用初始條件矩陣T.*B（TB相應(yīng)元素相乘，就可以得到未來十2005200620072008200920102011201220132014表四、200510年的Ⅱ~200521II表五、200510I22005~2014I1，我們利用歸一化思想進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。5%2005200620072008200920102011201220132014表六、2005105.4模型的進一步討論6、給定控制條件下的對每年需要處理污水?dāng)?shù)量的分模型求1：2005200620072008200920102011201220132014以避免在求轉(zhuǎn)移矩陣時出現(xiàn)除數(shù)為0的情形。2：（200520%2005~2014行性方案。20052005199620052006201520062006920052014從上面表格數(shù)據(jù)我們可以直接得到2005（數(shù)據(jù)的意義為劣Ⅴ類水占總河長的百分比00表七、2005之后，用處理后的2005年的數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)移矩陣中第一行元素去計算得到20060表八、20062007~201400000000000表九、2007~2014模型的評價和改進方向水水水V7、對解決長江水質(zhì)污染的切實可行性建議和意養(yǎng)育4億人，南水北調(diào)后便是8億人。長江沿岸GDP占總量54%。長江是中國資源帶、、產(chǎn)業(yè)帶，長江就是我國經(jīng)濟脈[4]。但是長江現(xiàn)在卻著前所未有的六大：森林覆蓋率嚴(yán)重下降，泥沙含量增加，生態(tài)環(huán)境急劇；枯水期不斷提前，長江斷流日益近；水質(zhì)嚴(yán)重惡化，危及沿江許多城市的飲用水，各種疾病肆虐沿江城鄉(xiāng)；物種受到，珍稀根據(jù)預(yù)測：長江已陷入深度，若不及時拯救，10年之內(nèi)，長江水系生態(tài)將瀕臨。解決長江水污染問題已經(jīng)刻不容緩了。決長江的水質(zhì)污染的最的問題就是要控制污染源。2的老路。針對此情況在當(dāng)?shù)厝罕姰?dāng)保教育是非常迫切的。只有從觀念上堵住污染的，才可以徹底控制污染。相應(yīng)的措施，將污染事故產(chǎn)生的降到最低。在長江沿岸建設(shè)場，防治洪水季節(jié)被沖入江中污染江水。對港口和船舶實行污染責(zé)任制，向江中排放污染物鼓勵農(nóng)民使用生物和有機肥這樣可以減少和氨氮類化肥對將每個地區(qū)的環(huán)保改善狀況列入當(dāng)?shù)氐恼儝煦^使他們加大對[1]胡知能、運籌學(xué)（第二版，：科學(xué)，2004年月姜啟源謝金星葉俊數(shù)學(xué)模型（第三版高等教育，2004年8雷功炎數(shù)學(xué)模型講義，，2004年1周末報網(wǎng)“長江還有十年”htt 2005年9月18日附件：1：%各地區(qū)水質(zhì)污染情況和長江水質(zhì)綜合評價的實現(xiàn)%其中矩陣Aii個月份各地區(qū)各水質(zhì)指標(biāo)的觀測值，這里沒有列出。fori=1:17if(A(i,1)>=6&&A(i,1)<=9)elseB(i,1)=0;if(A(i,2)>=7.5)elseif(A(i,2)>=6)elseif(A(i,2)>=5)elseif(A(i,2)>=3)elseif(A(i,2)>=2)elseif(A(i,2)>=0)B(i,2)=0;

elseif(A(i,3)<=4)elseif(A(i,3)<=6)elseif(A(i,3)<=10)elseif(A(i,3)<=15)

if(A(i,4)<=0.15)elseif(A(i,4)<=0.5)elseif(A(i,4)<=1)elseif(A(i,4)<=1.5)elseif(A(i,4)<=2)

fori=1:17forif(B(i,j)<C(i,1)) 攀枝花 朱沱 宜昌 岳陽 九江 安慶 樂山 宜賓 瀘州沱江 丹江口水庫 湘江 洞庭湖 漢江gtext('劣 贛江 鄱陽湖 2：%M2表示近一年多單位時間內(nèi)流經(jīng)第j個觀測點的高錳酸鹽污染物的平均質(zhì)量，單位為g/s%V2表示近一年多單位時間內(nèi)流經(jīng)第j個觀測點的高錳酸鹽污染物的平均水流速單位為m/s%V3表示相鄰兩個觀測點間的平均水流%M22表示近一年多在單位時間內(nèi)由各觀測點注入的高錳酸鹽污染物的平均質(zhì)%C表示一年多各個月份各觀測點高錳酸鹽的濃%U%v表示一年多各個月份各觀測點高錳酸鹽的水流C=[2.33.52.23.32.92.83322422222 951712612623642 951712612