長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)建模論文

PAGEPAGE2高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽承諾書我們仔細(xì)閱讀了中國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的競(jìng)賽規(guī)則.我們完全明白，在競(jìng)賽開始后參賽隊(duì)員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊(duì)外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問(wèn)題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競(jìng)賽規(guī)則的,如果引用別人的成果或其他公開的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競(jìng)賽規(guī)則，以保證競(jìng)賽的公正、公平性。如有違反競(jìng)賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。我們參賽選擇的題號(hào)是（從A/B/C/D中選擇一項(xiàng)填寫）：B 我們的參賽報(bào)名號(hào)為（如果賽區(qū)設(shè)置報(bào)名號(hào)的話）：所屬學(xué)校（請(qǐng)?zhí)顚懲暾娜簠①愱?duì)員(打印并簽名)：1.2.3.指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人(打印并簽名)：日期：年月日賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編號(hào)專用頁(yè)賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：賽區(qū)評(píng)閱記錄（可供賽區(qū)評(píng)閱時(shí)使用）：評(píng)閱人評(píng)分備注全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)送交全國(guó)前編號(hào)）：全國(guó)評(píng)閱編號(hào)（由全國(guó)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)摘要水是人類賴以生存的資源，保護(hù)水資源就是保護(hù)我們自己，對(duì)于我國(guó)江河水資源的保護(hù)和治理應(yīng)是重中之重。本文主要研究了以下四個(gè)問(wèn)題：長(zhǎng)江水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)、主要污染源的確定、預(yù)測(cè)問(wèn)題和污水處理問(wèn)題。并以此對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題提出一些切實(shí)可行的建議和意見。問(wèn)題一，我們建立模型一：?jiǎn)栴}一，我們建立模型一：選擇CODMn和NH3-N等三個(gè)指標(biāo)，構(gòu)造目標(biāo)目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用數(shù)值方法結(jié)合蒙特卡洛法解決矩陣處理中穿插著非線性規(guī)劃的問(wèn)題，規(guī)劃出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，建立綜合評(píng)估系統(tǒng)，得出2003年6月份至2005年9月份各地區(qū)水質(zhì)的綜合評(píng)估值。算得國(guó)標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評(píng)估值分別為：5.02250.31200.24960.20790.12480.0832。詳細(xì)結(jié)果見模型一求解部分，見表四（第8頁(yè)）。問(wèn)題二，我們建立模型二：針對(duì)高錳酸鹽和氨氮化合物，由于其在水中能自然降解，利用衰減理論計(jì)算各地區(qū)的排放量而得到長(zhǎng)江干流近一年多高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的主要污染源。結(jié)論是：長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)的污染源主要在湖南岳陽(yáng)、湖北宜昌、江蘇南京；主要污染物氨氮的污染源主要在湖北宜昌、湖南岳陽(yáng)、重慶朱沱。問(wèn)題三，我們建立模型三：由附表所給的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線似合，得到每類水所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)論是：2006年廢水排放量為222億噸，2010年的為429億噸，2014年的為563億噸，可見廢水年排放量逐年上升，2006年至2015年的具體數(shù)據(jù)見表十（第17頁(yè)）、表十一(第17頁(yè))和表十二（第18頁(yè))。問(wèn)題四，我們建立模型四：找出廢水年排放量與各類別水河長(zhǎng)、長(zhǎng)江年總流量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，取污水密度1.7千克每立方米,在滿足題目中所給的條件下，求出每年應(yīng)處理的廢水。2005年需處理的污水174.3億噸，2009年的為266.7億噸，2013年的為242.8億噸，詳細(xì)結(jié)果見表十七（第19頁(yè)最后，我們結(jié)合以上四個(gè)問(wèn)提出控制污染源、加強(qiáng)污水處理、整治污染河段和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等四條切實(shí)可行的建議和意見。詳見第20頁(yè)。關(guān)鍵字：綜合評(píng)價(jià)；權(quán)重系數(shù)；蒙特卡洛法；預(yù)測(cè)；曲線擬合問(wèn)題重述水是人類賴以生存的資源，保護(hù)水資源就是保護(hù)我們自己，對(duì)于我國(guó)大江大河水資源的保護(hù)和治理應(yīng)是重中之重。長(zhǎng)江是我國(guó)第一、世界第三大河流，長(zhǎng)江水質(zhì)的污染程度日趨嚴(yán)重，已引起了相關(guān)政府部門和專家們的高度重視?，F(xiàn)有長(zhǎng)江沿線17個(gè)觀測(cè)站（地區(qū)）近兩年多主要水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及干流上７個(gè)觀測(cè)站近一年多的基本數(shù)據(jù)（站點(diǎn)距離、水流量和水流速）。通常認(rèn)為一個(gè)觀測(cè)站（地區(qū)）的水質(zhì)污染主要來(lái)自于本地區(qū)的排污和上游的污水。污染物在水環(huán)境中通過(guò)物理降解、化學(xué)降解和生物降解等使水中污染物的濃度降低，反映江河自然凈化能力的指標(biāo)稱為降解系數(shù)。事實(shí)上，長(zhǎng)江干流的自然凈化能力可以認(rèn)為是近似均勻的，根據(jù)檢測(cè)可知，主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的降解系數(shù)通常介于0.1~0.5之間，比如可以考慮取0.2(單位：1/天)?！?995~2004年長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告”給出了主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。以國(guó)標(biāo)(GB3838-2002)給出的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)要研究以下五個(gè)問(wèn)題：（1）地表水中的4個(gè)主要項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值見附表，依此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)長(zhǎng)江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，并分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況。（2）研究、分析長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要在哪些地區(qū)?（3）假如不采取更有效的治理措施，依照過(guò)去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析，比如研究未來(lái)10年的情況。（4）根據(jù)預(yù)測(cè)分析，如果未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣Ⅴ類水,那么每年需要處理多少污水？（5）對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題提出一些切實(shí)可行的建議和意見。2.問(wèn)題分析2.1問(wèn)題1要對(duì)長(zhǎng)江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，并分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況，需要根據(jù)2003年6月份至2005年9月份長(zhǎng)江流域主要城市水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，選擇指標(biāo)，建立合理的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)：按指標(biāo)分別計(jì)算評(píng)估值，依據(jù)計(jì)算所得的評(píng)估值分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況。主要問(wèn)題為各指標(biāo)權(quán)重的確定。2.2問(wèn)題2要研究、分析長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要所在地，就要先確定長(zhǎng)江干流從上游到下游各城市（向長(zhǎng)江）的排污量。根據(jù)附件3“長(zhǎng)江干流主要觀測(cè)站點(diǎn)的基本數(shù)據(jù)”中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，綜合于表一：表一：觀測(cè)站點(diǎn)間的距離觀測(cè)站點(diǎn)四川攀枝花重慶朱沱湖北宜昌湖南岳陽(yáng)江西九江安徽安慶江蘇南京站點(diǎn)間距離095017282123262327873251注：（單位：km）?？傻玫乩矸植?。主要問(wèn)題為：如何依據(jù)2003年6月份至2005年9月份長(zhǎng)江流域主要城市水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告和長(zhǎng)江干流主要觀測(cè)站點(diǎn)的基本數(shù)據(jù)計(jì)算出近一年多每個(gè)地區(qū)主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的排放量，干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要所在地即為排放量的前幾名。水中氫離子濃度和溶氧量無(wú)需考慮。2.3問(wèn)題3假如不采取更有效的治理措施，依照過(guò)去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析，比如研究未來(lái)10年的情況。要保證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性就需分時(shí)段對(duì)同一水類的河長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得近兩年的水文資料可進(jìn)一步驗(yàn)證和修正模型。需要解決的問(wèn)題：預(yù)測(cè)模型。2.4問(wèn)題4標(biāo)準(zhǔn)即為未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣Ⅴ類水。根據(jù)問(wèn)題三中的可靠預(yù)測(cè)，計(jì)算應(yīng)處理的Ⅳ類、Ⅴ類水和劣Ⅴ類水的質(zhì)量，這三個(gè)數(shù)據(jù)的和即為每年應(yīng)處理的廢水總量。主要問(wèn)題：每年長(zhǎng)江總流量（單位：億立方米）、廢水排放總量（單位：億噸）與長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告表有怎樣的聯(lián)系。2.5問(wèn)題5依據(jù)以上四個(gè)問(wèn)題的分析結(jié)果，對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題提出切實(shí)可行的建議和意見。3.模型假設(shè)與符號(hào)說(shuō)明3.1模型假設(shè)（1）江水中的pH、DO、CODMn和NH3-N等四項(xiàng)指標(biāo)相互獨(dú)立。（2）pH值對(duì)其水質(zhì)的綜合評(píng)估值無(wú)影響。（3）對(duì)處理污水不影響長(zhǎng)江的年總流量，長(zhǎng)江的總河長(zhǎng)。（4）高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的降解系數(shù)取0.2(單位：1/天)。（5）不考慮特大自然水災(zāi)害，如98大洪水。（6）對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)變化起決定性作用的是廢水排放量，而與其它的的因素?zé)o關(guān)。（7）取污水的密度為1.7千克每立方米。3.2符號(hào)說(shuō)明y表示第i個(gè)地方的綜合評(píng)估值表示第j種指標(biāo)的的權(quán)重系數(shù)表示第i個(gè)監(jiān)測(cè)站水質(zhì)的第j種指標(biāo)值表示第i個(gè)監(jiān)測(cè)站水質(zhì)的類別表示所有研究對(duì)象第i種指標(biāo)的最大值表示個(gè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所給的第i類水的綜合評(píng)估值s1表示所有相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和表示第i個(gè)監(jiān)測(cè)站水質(zhì)的類別值表示干流觀測(cè)站點(diǎn)i和i+1間的距離表示干流觀測(cè)站點(diǎn)i的水流速表示干流觀測(cè)站點(diǎn)i-1到i的水流時(shí)間表示干流觀測(cè)站點(diǎn)j中CODMn()和NH3-N()的濃度表示干流觀測(cè)站點(diǎn)j每秒排放CODMn()和NH3-N()的濃度表示干流觀測(cè)站點(diǎn)i的水流量表示干流觀測(cè)站點(diǎn)j每秒排放CODMn()和NH3-N()的質(zhì)量表示未來(lái)第j年需處理的ⅣⅤ類（i=1）和劣Ⅴ類(i=2)所占百分比表示未來(lái)第j年需處理的ⅣⅤ類（i=1）和劣Ⅴ類(i=2)的河長(zhǎng)表示未來(lái)第j年水文年全流域的河長(zhǎng)表示未來(lái)第j年需處理的污水的河長(zhǎng)4.模型的建立與模型的求解4.1模型一：評(píng)價(jià)模型4.1.1模型一為了解決問(wèn)題一，我們選擇DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三項(xiàng)指標(biāo)，建立綜合評(píng)估值計(jì)算公式。將每個(gè)地區(qū)在每一月份的DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三個(gè)指標(biāo)值作為一個(gè)研究對(duì)象。按指標(biāo)分別計(jì)算各個(gè)研究對(duì)象的綜合評(píng)估值，即可對(duì)長(zhǎng)江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，并以此為依據(jù)分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況。江水中4個(gè)主要項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值見表二：表二：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中4個(gè)主要項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值（單位：mg/L）序號(hào)

分類

標(biāo)準(zhǔn)值

項(xiàng)目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類劣Ⅴ類1溶解氧(DO)

≥7.5（或飽和率90%）653202高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)≤2461015∞3氨氮（NH3-N）

≤0.150.51.01.52.0∞4PH值（無(wú)量綱）69分析該表可認(rèn)為江水中高錳酸鹽指數(shù)和氨氮越低越好，溶解氧（濃度）越高越好。我們定義綜合評(píng)估值：分別將各地區(qū)在不同時(shí)間段內(nèi)的三項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后乘上相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)作和得到綜合評(píng)估值；綜合評(píng)估值越高，水質(zhì)越好。水的類別值越高，水質(zhì)越差，綜合評(píng)估值越低。即若，則。設(shè)第i個(gè)研究對(duì)象的DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三個(gè)指標(biāo)值分別為、和，第i個(gè)研究對(duì)象關(guān)于這三個(gè)指標(biāo)的線性綜合評(píng)估值計(jì)算公式為：權(quán)重系數(shù)的確定是首先要解決的問(wèn)題。通過(guò)比較不同權(quán)重系數(shù)下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和確定合理的一組權(quán)重系數(shù)：步驟一：將原始數(shù)據(jù)處理成DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三個(gè)指標(biāo)值以DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三個(gè)指標(biāo)值對(duì)表給出的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如下：7.50000.50006.66676.00000.25002.00005.00000.16671.00003.00000.10000.66672.00000.06670.5000步驟二：定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值我們定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值、、、、和的計(jì)算：（、、為所有研究對(duì)象第i種指標(biāo)的最大值，所所給研究對(duì)象的影響）之后用取代得到（i=1，2……6）（將其DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3-N值的倒數(shù)等三個(gè)指標(biāo)值乘以對(duì)應(yīng)的權(quán)重，并經(jīng)一定處理）步驟三：規(guī)劃出最好的權(quán)重系數(shù)取值由于Ⅰ、Ⅱ類水的比重占絕大部分，考慮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水的比重對(duì)相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的和的影響。對(duì)于任何一組權(quán)重系數(shù)，可得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和，將該比重和作為目標(biāo)函數(shù)s1，便將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)非線性規(guī)劃問(wèn)題。為能更好地解決問(wèn)題，我們有必要對(duì)算法做一些分析和介紹：以上問(wèn)題的解決過(guò)程中，大部分工作是矩陣處理，通過(guò)比較不同權(quán)重系數(shù)下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和確定最佳的一組權(quán)重系數(shù)的過(guò)程，則是非線性規(guī)劃問(wèn)題。從整體思路上講，既有矩陣處理，又有非線性規(guī)劃問(wèn)題，若用LINGO求解非線性規(guī)劃問(wèn)題，過(guò)程將十分復(fù)雜；況且在本模型中這二者是無(wú)法分割開來(lái)求解的，于是我們采用數(shù)值方法利用MATLAB軟件求解。采用數(shù)值方法利用MATLAB軟件求解時(shí)，又遇到另一個(gè)問(wèn)題：如何取值才能使權(quán)重系數(shù)的比例滿足任意性呢？能否讓權(quán)重系數(shù)的比例既滿足任意性，又是最簡(jiǎn)比呢？用蒙特卡洛法可以很好地解決上述問(wèn)題：對(duì)權(quán)重取任意的一組0-1間的隨機(jī)數(shù)，求這三個(gè)數(shù)的和，用該和數(shù)分別去除那組0-1間的隨機(jī)數(shù)。這樣做是為了保證權(quán)值和為1，即化為最簡(jiǎn)形式。將這組值代入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值、、、、和的計(jì)算公式，就能求得目標(biāo)函數(shù)在既定權(quán)重系數(shù)下的取值。步驟四：各研究對(duì)象的綜合評(píng)估值的計(jì)算取出某一研究對(duì)象，將其數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟一、步驟二的處理。若該研究對(duì)象是屬于Ⅰ類的，則將上一步處理結(jié)果乘以；若是Ⅱ類的，將上一步處理結(jié)果乘以……4.1.2模型一的解答：本模型的MATLAB程序見附錄程序一（第頁(yè)），由“f2”s1第1次仿真結(jié)果：40.37730.99120.00800.0008第2次仿真結(jié)果：40.36140.99050.00790.0016第3次仿真結(jié)果：40.36950.96510.03470.0002第4次仿真結(jié)果：40.35570.95440.04520.0005第5次仿真結(jié)果：40.37420.96650.03350.0000第6次仿真結(jié)果：40.38930.99120.00860.0002第7次仿真結(jié)果：40.36300.95870.04100.0003第8次仿真結(jié)果：40.37050.97460.02490.0005第9次仿真結(jié)果：40.37790.98590.01350.0006第10次仿真結(jié)果：40.37840.98700.01240.0006第11次仿真結(jié)果：40.37290.99630.00250.0012第12次仿真結(jié)果：40.32990.97310.02450.0024第13次仿真結(jié)果：40.38080.98060.01910.0002第14次仿真結(jié)果：40.38330.98230.01750.0002由此，取仿真結(jié)果的第6組數(shù)據(jù)：=0.9912=0.00860.0002將上述數(shù)據(jù)帶入程序一“f3”（第頁(yè)）求得國(guó)標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評(píng)估值分別為：5.02250.31200.24960.20790.12480.0832由此得到如下結(jié)論：①國(guó)標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及其綜合評(píng)估值，見下表三：表三：國(guó)標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及其綜合評(píng)估值序號(hào)分類標(biāo)準(zhǔn)值項(xiàng)目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類劣Ⅴ類0綜合評(píng)估值≥5.02250.31200.24960.20790.12480.08321溶解氧(DO)

≥7.5（或飽和率90%）653202高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)≤2461015∞3氨氮（NH3-N）

≤0.150.51.01.52.0∞4PH值（無(wú)量綱）69②各地區(qū)在2003年7月份至2005年9月份間每個(gè)月份的綜合評(píng)估值詳細(xì)結(jié)果如下表四：表四：各地區(qū)各月綜合評(píng)估值點(diǎn)位名稱200306200307200308200309200310200311200312四川攀枝花0.22330.21144.26364.62650.28074.78380.3066重慶朱沱0.27450.27880.27920.28020.29450.31120.3396湖北宜昌南津關(guān)0.20380.20590.21710.34590.38842.93660.3144湖南岳陽(yáng)城陵磯0.21120.24710.25850.27290.2090.28040.2176江西九江河西水廠0.20220.20410.22460.24260.25010.2820.2807安徽安慶皖河口0.21350.21960.23070.18010.24970.25630.283江蘇南京林山0.22530.2080.21120.2160.2250.27450.2921四川樂(lè)山岷江大橋0.09140.10070.07160.13750.15190.10530.1394四川宜賓涼姜溝0.24910.17570.28290.29770.32970.26880.1383四川瀘州沱江二橋0.08750.10220.23370.20180.18450.16480.0827湖北丹江口胡家?guī)X5.36025.15540.29480.23220.27490.28540.333湖南長(zhǎng)沙新港0.16840.22620.09440.17490.11840.16030.1556湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓0.20450.21190.27160.28720.32540.26540.2179湖北武漢宗關(guān)0.210.11710.15330.20630.24220.22470.3221江西南昌滁槎0.13540.10550.04660.03520.0540.08030.0676江西九江蛤蟆石0.22430.19850.21770.23310.28590.23280.2636江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)0.22530.09780.19650.15052.61030.31890.3655點(diǎn)位名稱200401200402200403200404200405200406200407四川攀枝花龍洞0.3090.20680.29280.29510.23730.28710.2763重慶朱沱0.3330.23710.27680.23830.25370.25650.252湖北宜昌南津關(guān)0.26670.27350.37860.24810.31850.25980.2553湖南岳陽(yáng)城陵磯0.21510.21010.27870.27740.37530.26410.2208江西九江河西水廠0.27360.23080.28140.22980.23010.2370.2246安徽安慶皖河口0.28130.28530.23470.24680.21280.20840.1973江蘇南京林山0.28743.26290.27920.23930.21130.20210.1537四川樂(lè)山岷江大橋0.08620.06340.04370.08220.09720.15190.1159四川宜賓涼姜溝0.1050.3680.18790.15170.24060.28660.2078四川瀘州沱江二橋0.03640.05590.0380.0340.10770.20860.195湖北丹江口胡家?guī)X0.29094.25734.81894.51774.85175.3084.8931湖南長(zhǎng)沙新港0.14630.11950.11230.13180.15010.18320.1988湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓0.23280.24960.1410.27320.28720.1770.1709湖北武漢宗關(guān)0.32310.27250.28040.24910.26150.15010.153江西南昌滁槎0.06240.00770.05080.1350.1210.04410.1209江西九江蛤蟆石0.24560.19350.22940.22030.15220.22370.2237江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)0.37220.31860.29810.24350.17360.21580.2435點(diǎn)位名稱200408200409200410200411200412200501200502四川攀枝花龍洞0.36270.20495.11160.3055.41335.36194.9318重慶朱沱0.25290.21980.29940.32270.27160.28980.2793湖北宜昌南津關(guān)0.22660.24680.27422.93660.29610.30040.3394湖南岳陽(yáng)城陵磯0.26950.27942.61030.24780.27650.21790.315江西九江河西水廠0.20510.2090.24620.27780.28860.36880.3656安徽安慶皖河口1.95780.22110.19790.22044.54610.29540.3085江蘇南京林山0.20750.210.20060.20625.07430.36230.3427四川樂(lè)山岷江大橋0.15090.15040.22720.23540.16630.08360.0733四川宜賓涼姜溝0.2710.27754.70740.30060.30430.3690.333四川瀘州沱江二橋4.2644.20374.96680.29120.25330.28730.2713湖北丹江口胡家?guī)X3.94020.24114.776.14530.41466.043263.0211湖南長(zhǎng)沙新港0.18680.23640.21460.18040.19410.26632.3917湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓0.21870.26210.23180.21950.30710.29230.3196湖北武漢宗關(guān)0.22360.22430.24910.28630.23210.24040.3068江西南昌滁槎0.06370.10810.07980.0640.08090.06260.0579江西九江蛤蟆石0.22270.2260.17290.15880.20090.36550.3689江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)0.17440.17670.26540.29670.28190.36560.3753點(diǎn)位名稱200503200504200505200506200507200508200509四川攀枝花龍洞0.31354.74740.27360.28730.28130.29150.2774重慶朱沱0.27150.22420.19430.32970.26640.27060.2677湖北宜昌南津關(guān)0.31340.26840.25730.23182.28410.16980.2125湖南岳陽(yáng)城陵磯0.27930.24423.5890.27930.2840.20440.2923江西九江河西水廠5.20784.050.24220.21940.23440.23740.2244安徽安慶皖河口0.28920.28240.21710.26050.23240.23440.2325江蘇南京林山5.5220.2250.19840.22210.22690.20120.1985四川樂(lè)山岷江大橋0.13730.07850.16210.2060.13650.16650.2155四川宜賓涼姜溝0.290.25220.23280.25690.23320.24910.2674四川瀘州沱江二橋0.25070.31560.27090.25790.21910.21880.2885湖北丹江口胡家?guī)X6.46334.84354.13694.24484.00874.19214.3501湖南長(zhǎng)沙新港0.3080.19450.1470.2270.16840.14970.1585湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓0.20310.21920.16050.24870.25920.25260.2221湖北武漢宗關(guān)0.30360.2710.15430.09530.1410.20310.2181江西南昌滁槎0.13460.16170.10430.09580.07360.08420.0739江西九江蛤蟆石0.3460.27290.21530.20640.20830.23510.2413江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)0.3720.36230.19850.1430.20410.14420.23664.2模型二：流量模型4.2.1因長(zhǎng)江源頭的水可以考慮是由冰雪融化而得,故對(duì)長(zhǎng)江干流起始點(diǎn)四川攀枝花按Ⅰ類水來(lái)確定是否是污染源，且取該Ⅰ類水主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的濃度分別為2mg/L和0.15mg/L?？紤]自然降解對(duì)河道污染的緩解作用，根據(jù)污染物濃度（與污染標(biāo)準(zhǔn)比較）來(lái)判斷該地區(qū)是否為某種主污染物的主要污染源，且取降解系數(shù)取0.2(單位：1/天)。將長(zhǎng)江干流近一年多（04.04—05.04）主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮以及水流量和水流速綜合于“附錄表十八”。各觀測(cè)站點(diǎn)間水流速度取相鄰兩觀測(cè)站點(diǎn)的平均速度，即為：故各觀測(cè)站點(diǎn)間水流時(shí)間為：()其中由降解系數(shù)（取為0.2），運(yùn)用衰減理論，可得干流各觀測(cè)站點(diǎn)每秒排放CODMn()和NH3-N()的濃度為：其中，取若則有否則運(yùn)用“附錄表十八”中的數(shù)據(jù)，用Matlab程序（見附錄程序二）求解可得各觀測(cè)站點(diǎn)的每秒排污污染物CODMn和NH3-N的質(zhì)量，見表五：表五：觀測(cè)站點(diǎn)一年多每秒排污污染物的質(zhì)量觀測(cè)站點(diǎn)四川攀枝花重慶朱沱湖北宜昌湖南岳陽(yáng)江西九江安徽安慶江蘇南京2004.04CODMn0.11073.46802.69466.63515.76732.54481.5268NH3-N00.20100.45150.44310.57110.116902004.05CODMn0.85560.53684.95675.52806.28883.70842.3159NH3-N00.31550.47330.47080.39350.34110.00632004.06CODMn0.20052.69315.91204.11293.565104.1756NH3-N00.23050.58210.45130.03200.182702004.07CODMn0.18643.58364.73566.30592.225603.1384NH3-N00.26470.22530.67680.02110.313402004.08CODMn1.421205.91746.48572.11320.45072.6715NH3-N0.317900.32660.61720.3356002004.09CODMn2.5753.2565.50510.604009.520NH3-N00.5011.0900.7290.675002004.10CODMn02.06976.00563.53260.83941.95353.1520NH3-N00.32040.28670.53720.07290.071402004.11CODMn0.12000.84681.56212.53492.38111.40392.3066NH3-N00.20370.19340.35810.206200.03142004.12CODMn00.49091.62123.08602.11640.48712.3615NH3-N00.31600.05770.28780.07690.09780.09812005.01CODMn00.39920.78863.93341.85361.58612.8424NH3-N00.20990.06750.31580.16610.10500.25852005.02CODMn00.58540.85602.34612.74101.38002.6481NH3-N00.18760.06710.32450.07320.14940.41312005.03CODMn00.81021.04312.69421.64733.50942.4525NH3-N0.00690.23460.08570.27830.06240.353602005.04CODMn00.63921.20841.91952.51112.34922.1785NH3-N00.22170.04260.29430.13770.14220.3679注：（單位：10kg/s）4.22模型二解答：用圖表方法將上表五的數(shù)據(jù)整理為圖一和圖二圖一：觀測(cè)站點(diǎn)排放物CODMn隨時(shí)間的變化圖二：觀測(cè)站點(diǎn)排放物隨時(shí)間的變化干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要所在地即為其排放量的前幾名。由于我們只研究干流七個(gè)地區(qū)的情況，污染主要所在地不妨取三個(gè)。由圖一和圖二可知：長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)的污染源主要在：湖南岳陽(yáng)、湖北宜昌、江蘇南京。長(zhǎng)江干流近一年多主要污染物氨氮的污染源主要在：湖北宜昌、湖南岳陽(yáng)、重慶朱沱。4.3模型三：預(yù)測(cè)模型4.3.1模型三的建立由1995年~2004年長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告，應(yīng)分時(shí)分類地對(duì)河長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，即如將1995年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)、1996年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)……2004年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)等十個(gè)數(shù)據(jù)作處理，來(lái)預(yù)測(cè)2005年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)、2006年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)……2014年枯水期全流域評(píng)價(jià)河長(zhǎng)等十個(gè)數(shù)據(jù)。下面我們來(lái)分析預(yù)測(cè)未來(lái)長(zhǎng)江水質(zhì)的變化，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江十年來(lái)的流量統(tǒng)計(jì)可知，除98年外，長(zhǎng)江每年的流量是一個(gè)比較穩(wěn)定的值，大約在9千億立方米到一萬(wàn)億立方米之間，變化并不大，因而我們可以假設(shè)未來(lái)十年的長(zhǎng)江流量仍是這一個(gè)波動(dòng)較小的值，對(duì)水質(zhì)的變化不起主導(dǎo)作用，而十年來(lái)的廢水排放量一直處于上升狀態(tài)，因此，我們認(rèn)為，對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)變化起決定性作用的是廢水排放量，而與其它的的因素?zé)o關(guān)，同時(shí)，我們還要假設(shè)每年排放到長(zhǎng)江及其支流中的廢水的“品質(zhì)”是穩(wěn)定的，或者說(shuō)不同年份同樣量的廢水所造成的污染程度是一樣的。這樣，問(wèn)題歸結(jié)到廢水排放量的問(wèn)題，因此，要做出水質(zhì)預(yù)測(cè)首先對(duì)廢水排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。表六：近十年廢水排放總量時(shí)間1995199619971998199920002001200220032004廢水排放總量174179183189207234220．5256270285注：（單位：億噸）由表中數(shù)據(jù)可知，干支流河長(zhǎng)呈二次曲線上升趨勢(shì)，故可取十年廢水排放量進(jìn)行二次多項(xiàng)式分析模擬（程序見附錄中程序三）。圖三：（未來(lái)十年廢水排放量預(yù)測(cè)圖）得到擬合二次多項(xiàng)式：然后對(duì)水文年干支流總的河長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，把1995年~2004年長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告中水文年干支流總的河長(zhǎng)綜合于如下表七：表七：近十年水文年干支流總的河長(zhǎng)時(shí)間類型1995199619971998199920002001200220032004水文年干流4456447944794529613652856012598362266341支流5469555855136429243302502728134294033228733071由表七中數(shù)據(jù)可知，干支流河長(zhǎng)呈二次曲線上升趨勢(shì)，故可對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式分析模擬，如圖四和圖五（程序見附錄中程序三）：圖四：未來(lái)十年水文年干流河長(zhǎng)預(yù)測(cè)圖圖五：未來(lái)十年水文年支流河長(zhǎng)預(yù)測(cè)圖得到中水文年干支流總的河長(zhǎng)擬合二次多項(xiàng)式為：水文年干流為：水文年支流為：由于報(bào)告中對(duì)水的分類較為細(xì)致（水質(zhì)被分成了六類），而對(duì)于這樣一個(gè)細(xì)分的分類，十年的數(shù)據(jù)是很難得出一個(gè)較為明顯的規(guī)律的，從我們的初期的數(shù)據(jù)分析就很容易得到這一點(diǎn)結(jié)論。因此這里，我們采取的對(duì)策是：對(duì)問(wèn)題做一個(gè)合理的簡(jiǎn)化，就是將相似的水質(zhì)分類予以合并，將I、II、III類水合成第一大類，將IV類、V類合為第二大類，將劣V類單獨(dú)分在第三大類。以水文年的干流和支流數(shù)據(jù)處理過(guò)程為例，來(lái)說(shuō)明分析過(guò)程。將“長(zhǎng)江水污染--附件4”中的水文年的三大類綜合于下表八表八：（近十年水文年的三大類水百分比）時(shí)間類型1995199619971998199920002001200220032004水文年ⅠIIⅢ類干流90.499.286.710087.274.567.768.893.867.5支流95.374.175.980.276.2747578.374.368.1ⅣⅤ類干流9.60.813.3012.825.426.522.56.123.5支流4.720.3181716.420.11811.313.420.1劣Ⅴ類干流0000005.88.709支流05.66.22.85.16.4710.312.311.7先對(duì)水文年ⅠⅡⅢ類的干支流進(jìn)行預(yù)測(cè)，取表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析模擬（程序見附錄中程序三）。圖六：（未來(lái)十年水文年支流ⅠⅡⅢ類百分比預(yù)測(cè)圖）得到水文年ⅠⅡⅢ類的干流的曲線函數(shù)為：水文年ⅠⅡⅢ類的支流的曲線函數(shù)為：依理可以得到水文年三大類的干支流曲線函數(shù)，如下：表九：水文年三大類水干支流模擬計(jì)算公式水文年ⅠIIⅢ類干流支流ⅣⅤ類干流支流劣Ⅴ類干流支流故劣Ⅴ類水所占的百分比可以由前兩大類所占百分比而得。4.3.2模型三解答：由擬合得到的廢水排放量預(yù)測(cè)曲線方程：可得后十年長(zhǎng)江廢水排放量，見下表十：表十：廢水排放量預(yù)測(cè)時(shí)間2005200620072008200920102011201220132014廢水排放總量299322346372400429460493527563注：（單位：億噸）。從上表中可以很容易地看出，廢水排放量逐年加大，而且廢水排放量加大的速度越來(lái)越快。由擬合得到的未來(lái)十年水文年干支流河長(zhǎng)預(yù)測(cè)曲線方程，因全流域河長(zhǎng)為干支流河長(zhǎng)為和，故可得后十年水文年干支流河長(zhǎng)，見下表十一：表十一：未來(lái)十年水文年各流預(yù)測(cè)值時(shí)間類型2005200620072008200920102011201220132014水文年全流域47163497785216454312562295791559368605896157762333干流6041621363766522665867836895699670857161支流41122435654578847790495715113252473535935449255172因全流域三大類水所點(diǎn)百分比為干支流三大類水所占百分比的平均值，故可得十年內(nèi)水文年長(zhǎng)江水質(zhì)變化情況見表十二：表十二：十年內(nèi)水文年長(zhǎng)江水質(zhì)變化情況（百分比）時(shí)間類型2005200620072008200920102011201220132014全流域ⅠⅡⅢ類69.2567.766.364.8563.5562.3561.159.9558.8557.8ⅣⅤ類21.522.623.6524.7525.8526.9528.0529.1530.231.35劣Ⅴ類9.259.710.0510.410.610.710.8510.910.9510.4干流ⅠⅡⅢ類68.866.965.163.361.760.258.757.35654.7ⅣⅤ類24.926.728.530.332.133.935.737.539.341.2劣Ⅴ類6.36.46.46.46.25.95.65.24.73.2支流ⅠⅡⅢ類69.768.567.566.465.464.563.562.661.760.9ⅣⅤ類18.118.518.819.219.62020.420.821.121.5劣Ⅴ類12.21313.714.41515.516.116.617.217.64.4模型四：污水處理模型4.4.1模型四的建立首先，尋求各年長(zhǎng)江年總流量（單位：億立方米）、廢水年排放總量（單位：億噸）與長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告表中數(shù)據(jù)的聯(lián)系，目的是得到廢水年排放量與各類別水河長(zhǎng)、長(zhǎng)江年總流量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)污水的處理是為了滿足既定目標(biāo)：未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣Ⅴ類水。為了滿足上述要求，可將需處理的ⅣⅤ類和劣Ⅴ類水綜合于下表十三：表十三：未來(lái)十年需處理的預(yù)測(cè)值時(shí)間類型2005200620072008200920102011201220132014全流域ⅣⅤ類1.52.63.654.755.856.958.059.1510.211.35劣Ⅴ類9.259.710.0510.410.610.710.8510.910.9510.4全流域河長(zhǎng)47163497785216454312562295791559368605896157762333由未來(lái)第j年第i類水（ⅣⅤ類（i=1）和劣Ⅴ類(i=2)）所占百分比為：；未來(lái)第j年水文年全流域的河長(zhǎng)為：可得：未來(lái)第j年需處理的第i類水的河長(zhǎng)為：表示未來(lái)第j年需處理的污水的河長(zhǎng)為：用Matlab求解可得到未來(lái)十年需處理的污水河長(zhǎng)如下表十四：表十四：未來(lái)十年需處理的污水河長(zhǎng)時(shí)間2005200620072008200920102011201220132014處理污水河長(zhǎng)509461237199825592781015111280121781305413589注：（單位：km）4.4.2模型四解答：近十年(1995—2004)長(zhǎng)江總流量為下表：表十五：近十年長(zhǎng)江總流量時(shí)間1995199619971998199920002001200220032004長(zhǎng)江總流量920595139171.2613127951399248892.81021099809405注：（單位：億立方米）。由數(shù)據(jù)可知：除1998年發(fā)生98特大洪水長(zhǎng)江總流量異常增大外，其它年份的長(zhǎng)江總流量都在9500億立方米毫無(wú)規(guī)律地上下徘徊，因此未來(lái)十年的長(zhǎng)江總流量可取除98年外其它年的平均值，計(jì)算得：9535億立方米。經(jīng)查詢可知污水的密度為：1.7千克每立方米。因未來(lái)十年需處理污水總百分比如表十六：表十六：未來(lái)十年需處理污水總百分比時(shí)間2005200620072008200920102011201220132014處理污水百分比10.7512.313.715.1516.4517.6518.920.0521.1521.75由未來(lái)十年的長(zhǎng)江總流量，需處理污水總百分比，以及污水的密度，可求得未來(lái)十年需處理的污水質(zhì)量為：表十七：未來(lái)十年需處理的污水質(zhì)量時(shí)間2005200620072008200920102011201220132014處理污水質(zhì)量174.3199.4222.1245.6266.7286.1306.4325342.8352.6注：（單位：億噸）。由此可見，若要保證長(zhǎng)江水質(zhì)，每年的廢水處理量要不斷加大，這對(duì)我國(guó)治污部門來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極大的考驗(yàn)，要在十年時(shí)間內(nèi)，至少要達(dá)到這樣巨大的污水處理能力，因此，需要我們大家每個(gè)人盡自己的一份力來(lái)保護(hù)我們的長(zhǎng)江。4.5問(wèn)題五解答：對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題的建議和意見水質(zhì)污染是導(dǎo)致水質(zhì)性缺水、生態(tài)環(huán)境惡化、威脅人民飲水健康的最大根源。尤其是長(zhǎng)江作為中國(guó)最大的江河，流域面積廣闊，其水質(zhì)的變化對(duì)長(zhǎng)江流域的人民影響巨大。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)如果未來(lái)十年之內(nèi)不采取保護(hù)長(zhǎng)江的措施，十年之后長(zhǎng)江的水域有近70%會(huì)屬于IV、V和劣V類，因此要采取必要的措施來(lái)防止長(zhǎng)江遭到進(jìn)一步的惡化。現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外的污水處理方法種類繁多，各有千秋，但它們多針對(duì)一種或幾種特殊情況，無(wú)法也不可能解決所有的問(wèn)題。因此，我們認(rèn)為，解決水體污染問(wèn)題要分為三步：污水的源頭、正在形成的污水和對(duì)已被污染的水體三方面同時(shí)采取相應(yīng)的措施，“三管齊下”解決問(wèn)題。以下是具體思路和做法：(1)控制污染源根據(jù)前面的分析可以知道支流上的污染源對(duì)于水質(zhì)的影響很明顯，尤其是岷江、贛江、湘江支流對(duì)于長(zhǎng)江的污染最為嚴(yán)重所以應(yīng)該對(duì)這些流域的工廠企業(yè)的排污進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)超標(biāo)行為進(jìn)行罰款，并通過(guò)媒體予以曝光。(2)加強(qiáng)污水處理制定環(huán)保投資政策，保證資金來(lái)源。在長(zhǎng)江流域投資的企業(yè)根據(jù)具體的類別，由有部門收取每年企業(yè)投資金額的0.5%～1%用于環(huán)境保護(hù)，其中一部分用于水污染控制及治理，以便有效地控制水質(zhì)污染。(3)整治污染河段對(duì)于已經(jīng)被嚴(yán)重污染的河段，應(yīng)采取積極的措施使之恢復(fù)供水和生態(tài)功能，亡羊補(bǔ)，尚未過(guò)晚，這也是整治長(zhǎng)江的重點(diǎn)。凈化河道水質(zhì)與修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，可將人工技術(shù)自然恢復(fù)結(jié)合起來(lái)。(4)相應(yīng)措施①、長(zhǎng)江流域管理機(jī)構(gòu)應(yīng)會(huì)同地方環(huán)保部門，根據(jù)長(zhǎng)江水量，提出流域內(nèi)每個(gè)?。▍^(qū)）許的最大排污量，實(shí)行排污總量控制。建立長(zhǎng)江水水質(zhì)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，在省界斷面、水處、退水口、排污口和之流入長(zhǎng)江等處實(shí)行水質(zhì)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)。②、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)布局。③、加強(qiáng)處罰力度，由于我國(guó)對(duì)于企業(yè)污染排放超標(biāo)最多處罰10萬(wàn)，因此對(duì)于企業(yè)的管理不會(huì)有效，應(yīng)該根據(jù)污染的程度加重處罰的力度。長(zhǎng)江的治理不是某個(gè)人或者某個(gè)單位的事情，關(guān)系到整個(gè)中華民族的發(fā)展。希望我們的國(guó)家能夠在保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)維持一個(gè)好的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到人與自然的和諧統(tǒng)一?？傊L(zhǎng)江的治理不是某個(gè)人或者某個(gè)單位的事情，它關(guān)系到整個(gè)中華民族的發(fā)展，也需要我們?nèi)褡宓呐Γ恳粋€(gè)人都應(yīng)積極投入到其中，從自己做起。5.模型的分析與檢驗(yàn)5.1．在模型一中綜合模型一的建立和求解兩個(gè)過(guò)程，不難看出模型一關(guān)鍵步驟在于用數(shù)值方法規(guī)劃出最佳的那組權(quán)重系數(shù)。應(yīng)用數(shù)值方法結(jié)合蒙特卡洛法解決在矩陣處理的總體思路下穿插著非線性規(guī)劃的這么一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，是本模型求解過(guò)程中的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。實(shí)上，目標(biāo)函數(shù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和，不過(guò)是權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)之一，我們完全有理由建立其它的權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)。那么由此求解出的最佳權(quán)重系數(shù)可能也是不同的，進(jìn)而求得的各地區(qū)在2003年7月份至2005年9月份間每個(gè)月份的綜合評(píng)估值也可能是不同的。模型檢驗(yàn)：在模型一的求解中，運(yùn)用十四次仿真計(jì)算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和的最大值，實(shí)際上是對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生的十四萬(wàn)組權(quán)重系數(shù)下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ水中相鄰兩類水的綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值的平方差的比重和的比較。結(jié)果應(yīng)該是比較精確的。5.2．在模型二中用各觀測(cè)站點(diǎn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)減去上游污染物經(jīng)衰減理論得到的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷該地區(qū)是否為污染源，并且給出了主要污染物的三個(gè)主要污染地區(qū)。我們對(duì)降解系數(shù)取為0.2，而實(shí)際它是不0.1-0.5間變化的，因此對(duì)一些相對(duì)污染較少的地區(qū)，不能夠很好的判斷。5.3．在模型三中我們用擬合二次多項(xiàng)式的方法，得到了未來(lái)十年廢水排放總量和水文年干支流總的河長(zhǎng)的預(yù)測(cè)曲線；對(duì)水文年ⅠⅡⅢ類的干支流進(jìn)行反函數(shù)擬合；對(duì)水文的ⅣⅤ類干支流進(jìn)行對(duì)數(shù)函數(shù)擬合。由擬合函數(shù)預(yù)測(cè)出未來(lái)十年的長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)。5.4．在模型四中該模型用了模型三中水文年的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，在滿足條件：未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)且沒(méi)有劣Ⅴ類水，來(lái)求得未來(lái)十年每年應(yīng)處理的污水河長(zhǎng)。該模型沒(méi)有考慮枯水期和豐水期的數(shù)據(jù)，但水文年是指在一年內(nèi)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，因此所得出的結(jié)果是很強(qiáng)的參考性，可以為更好更合理地保護(hù)長(zhǎng)江水質(zhì)應(yīng)采取的措施提供依據(jù)。6.模型的評(píng)價(jià)與推廣6.1.1模型的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于水質(zhì)污染的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，本文運(yùn)用了權(quán)重系數(shù)理論、衰減理論與曲線分析三種模型方法，針對(duì)不同問(wèn)題進(jìn)行處理。運(yùn)用權(quán)重系數(shù)理論可以更準(zhǔn)備地對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，更明顯的突出問(wèn)題所在，本文用到了多種曲線擬合對(duì)未來(lái)十年長(zhǎng)江水質(zhì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，曲線擬合的思想具有很強(qiáng)的移植性，因此，該模型可以很好推廣。6.1.2模型的缺點(diǎn)由于掌握資料廣度所限，只能就題目中所給的資料進(jìn)行分析，模型還比較粗糙，略去了一些情況，比如降解系數(shù)與溫度有關(guān)，由于數(shù)據(jù)不足無(wú)法進(jìn)行討論研究，只能簡(jiǎn)單認(rèn)為全年全段都是恒值（即本文所取0.2），事實(shí)上，好的模型中該條件不可忽略。還有，對(duì)廢水排放量的預(yù)測(cè)沒(méi)有考慮到水質(zhì)的變壞對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污水排放量的影響，這由于沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)同樣無(wú)法去研究，只能就僅有的十個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。這些均不同程度地使得模型缺少健壯性。6.1.3模型的推廣在對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)的過(guò)程中主要運(yùn)用了權(quán)重系數(shù)理論，對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)的預(yù)測(cè)方面主要采用了曲線擬合的思想，這兩種思想有很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此，該模型有很好的推廣性，可以用它推廣到對(duì)其它河流水質(zhì)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，如黃河、珠江、松花江等。也可用于對(duì)某一公司、企業(yè)的主品進(jìn)行評(píng)價(jià)，或預(yù)測(cè)銷售。還可以用于對(duì)石油、礦產(chǎn)的開采進(jìn)行評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)等。因此該模型的移植性很強(qiáng)。7.參考文獻(xiàn)[1]鄭阿奇，曹戈，MATLAB實(shí)例教程第2版，北京：電子工業(yè)出版社。附錄1.表格程序一所需Excel表格（放于sheet2，文件名為“wenti1”6.8

0.20.128.41

2.80.3427.81

5.80.5536.47

2.90.3426.19

1.70.1326.54

3.20.2226.9

3.10.1124.2

5.80.5347.63

2.40.2524.02

3.61.06410.2

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4.30.9936.26

1.40.2126.43

2.40.1725.18

1.10.9236.87

2.70.1526.9

1.60.1528.1

5.60.138.54

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3.90.3126.25

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300.2826.37

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4.50.9248.08

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6.40.3749.81

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2.60.426.49

3.30.2625.38

3.70.1444.85

101.0146.08

2.60.1924.49

1.60.3248.1

0.50.1518.55

1.80.226.65

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2.60.3226.88

300.0827.07

200.3226.47

200.1225.49

4.71.9358.67

400.3427.16

2.40.3929.03

2.50.0724.34

2.90.9248.32

3.70.3725.87

3.60.2535.35

1.72.1866.67

3.50.1626.02

3.80.1928.8

1.10.1118.58

1.50.24210.6

3.60.3628.36

3.10.327.43

2.30.1426.9

500.3936.61

1.50.0426.32

3.61.4149.12

2.60.2727.73

3.40.5337.11

2.20.1226.7

2.50.7538.8

3.50.3126.32

2.50.3524.04

0.773.0667.14

2.80.2625.76

1.10.4138.6

3.10.1729.02

2.10.28211.9

2.40.2628.01

600.2737.66

3.30.1327.65

2.90.2826.89

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5.70.76310.1

2.60.3227.07

600.4638.42

2.10.1225.44

2.21.1249.97

2.80.2427.42

2.60.4426.2

1.86.568.76

3.40.2628

2.90.4129.1

1.50.0619.53

1.20.4729

3.20.2228.59

3.10.3928.64

2.60.227.85

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2.40.2824.84

8.60.87410.3

2.90.8536.31

1.30.5938.74

2.30.127.37

1.81.4848.13

3.60.4828.61

4.70.2439.23

3012.968.92

5.50.5239.77

1.80.3829.39

2.50.07210.4

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1.80.228.34

500.3238.6

2.40.1928.67

2.60.3328.95

2.70.2626.41

8.71.33410.6

3.21.6653.8

3.41.37410.2

2.10.1327.15

1.81.3948.35

4.30.2939.87

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2.6140610.1

5.30.67311.2

200.3629.47

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1.20.4928.17

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4.10.3237.07

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2.50.9636.43

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3.80.2528.62

2.20.2227.19

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1.90.1315.16

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4.80.5539.13

1.90.229.04

2.30.1527.3

3.50.2127.6

2.20.2728.5

3.30.2627.04

2.90.2727.56

2.80.2227.32

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8.41.3445.81

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1.65.568.6

200.116.06

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4.30.0737.77

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3.10.2226.52

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200.1726.94

3.10.1928.26

400.3326.28

2.30.2426

1.90.1626.35

1.70.0525.78

3.10.2538.3

2.20.1128.1

0.60.0417.5

200.0817.15

0.90.7638.38

4.90.3136.85

3.80.1824.88

2.71.6256.82

2.50.2126.68

5.20.4839.42

6.10.0948.42

4.40.1637.56

3.40.2928.56

3.90.326.4

1.90.2526.77

1.60.1426.43

2.30.0825.76

2.90.338.5

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1.10.0317.38

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1.70.3728.03

3.60.3126.87

2.70.1824.97

3.40.6346.92

1.80.226.77

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0.80.0819.17

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1.90.1926.06

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2.60.2428.96

100.0719.45

1.70.0819.08

200.0818.22

1.80.7638.88

5.70.4837.63

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207.0567.95

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2.80.0629.89

200.2729

1.90.2427.59

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2.20.1226.31

1.80.0527.21

2.60.1929.21

300.1128.92

3.20.15211.7

200.1416.91

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500.3838.77

3.90.1427.36

7.15.3767.3

9.20.2749.09

2.50.21210.3

1.60.08110.4

1.30.5139.07

2.40.1628.47

3.50.3128.84

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1.70.1419.66

200.116.37

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1.60.2427.76

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2.10.0828.92

1.11.4649.41

3.90.3428.89

4.20.1539.3

4.311.369.24

8.50.34410.8

4.80.17310.2

1.20.07111.1

1.30.5439.2

1.90.2228.35

5.10.42311.3

2.40.2129.05

2.60.2211.1

2.50.2226.41

4.61.6511.3

0.90.3528.8

2.70.22211.5

1.80.08110.2

2.10.92311.2

5.40.8439.21

4.30.2237.2

4.56.02611.2

3.10.47211.2

2.60.4229.38

0.90.15110.7

1.80.55310.4

200.1829.65

3.20.43211.2

3.10.1329.45

2.70.18210.5

2.30.3125.62

401.98510.2

1.30.428.31

2.50.29212

200.06111

2.11.26414.7

6.50.949.4

3.40.1726.65

1.83.01611.3

1.80.42211.5

2.80.3629.6

1.10.26210.4

1.90.5439.6

2.10.19210.7

4.10.4239.91

1.80.1118.86

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1.80.08111.8

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5.70.5739.3

2.90.1926.18

0.71.48410.6

3.30.23211.4

300.3129.03

1.10.118.59

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2.90.4227.71

200.1418.65

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200.0817.45

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2.30.19211.1

3.80.1428.38

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300.1927.42

200.0726.65

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1.80.0826.08

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2.90.08210.1

1.70.1727.1

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4.70.1636.72

2.80.0827.98

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1.40.126.31

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3.10.1628.08

200.0816.95

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3.10.0727.12

3.20.2526.95

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2.30.127.63

200.0716.45

1.80.5937.94

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3.80.1333.38

2.21.1846.38

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2.60.0928.29

2.90.1726.5

1.30.6337.83

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2.30.0727.18

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300.3426.22

3.90.1423.87

2.20.9747.2

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3.70.2228.28

200.0716.07

3.90.5738.51

2.60.6436.68

2.30.1323.39

1.10.9247.39

2.30.1127.25

3.60.292長(zhǎng)江干流近一年多（04.04-05.04）主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮以及水流量和水流速的綜合數(shù)據(jù)表十八：長(zhǎng)江干流域主要城市水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告觀測(cè)站點(diǎn)四川攀枝花重慶朱沱湖北宜昌湖南岳陽(yáng)江西九江安徽安慶江蘇南京站點(diǎn)間距離0950172821232623278732512004.04CODMn2.33.52.23.32.92.81.5NH3-N0.150.210.270.260.270.220.02水流量3690138002100025600281002950029800水流速3.72.10.90.91.01.11.22004.05CODMn4.32.233.63.13.21.8NH3-N0.070.270.30.320.220.250.09水流量3720131001980020500298003400034500水流速3.71.90.80.91.11.11.22004.06CODMn2.533.83.52.61.62NH3-N0.040.180.340.350.150.170.06水流量4010142002030022600295003210033100水流速3.92.11.21.31.51.51.62004.07CODMn2.43.33.24.22.61.71.8NH3-N0.040.180.160.360.160.220.05水流量4660164002270024100270003190032100水流速4.12.31.41.51.51.61.72004.08CODMn5.823.142.31.91.7NH3-N10.170.190.330.240.160.05水流量3740106002400025900321003340035100水流速3.82.11.41.41.51.71.72004.09CODMn6.14.43.43.91.91.62.3NH3-N0.090.160.290.30.250.140.08水流量6280476005350053800728007420081000水流速5.14.81.71.92.13.43.42004.10CODMn0.81.63.73.51.92.11.9NH3-N0.080.230.230.360.190.170.04水流量3260162001910022300248003100038400水流速3.12.31.51.61.61.71.92004.11CODMn2.821.92.62.22.21.8NH3-N0.060.270.240.360.220.120.05水流量150081701060012000146001700019600水流速2.71.90.70.80.90.91.02004.12CODMn1.61.32.43.52.31.72NH3-N0.080.510.160.310.120.140.1水流量9516550740010700132001410014900水流速3.11.50.70.80.80.80.92005.01CODMn1.21.31.95.12.42.62.5NH3-N0.070.540.220.420.210.20.22水流量712402045708190109001230014400水流速2.11.50.50.60.70.70.82005.02CODMn0.91.823.23.12.72.3NH3-N0.150.550.180.430.130.180.31水流量612360345107980103001370015100水流速2.01.00.40.60.70.70.82005.03CODMn1.11.92.14.11.82.71.8NH3-N0.260.540.190.420.110.230.02水流量623474051807040143002140021500水流速1.90.90.40.60.80.80.92005.04CODMn1.122.42.922.31.5NH3-N0.10.630.130.420.140.150.2水流量642365054007240151002020022100水流速2.11.20.40.50.70.80.82.程序清單2.1程序一：模型一的程序及其直接運(yùn)行結(jié)果附錄一：程序清單及其直接運(yùn)行結(jié)果%本函數(shù)存盤的函數(shù)名為“f1[type,sheets]=xlsfinfo('wenti1.xls');x0=xlsread('wenti1.xls','sheet2');%導(dǎo)入原始處理數(shù)據(jù)（經(jīng)過(guò)Excel處理后）[m,n]=size(x0);y0=zeros(6,4);max0=zeros(1,3);x1=zeros(m,4);n1=zeros(1,6);x0(:,2)=1./x0(:,2);x0(:,3)=1./x0(:,3);fork0=1:3max0(1,k0)=max(x0(:,k0));endfork0=1:4x1(:,k0)=x0(:,k0);endy0=[max0(1,1)1/max0(1,2)1/max0(1,3)17.520.152640.5356143101.55215