长江水质的评价和推测.doc

长江水质的评价和推测一 、摘要 本论文根据题目给出的数据对后十年污水治理做出了预测，我们利用软件函数语言程序进行求解。得出了有关结论： 针对问题一，我们根据附件3给出的长江沿线17个观测站（地区）近两年多主要水质指标的检测数据，用工作表进行筛选汇合制作出了折线图，我们得出了那17个观测站从2003年6月到2005年9月各物质含量的折线图，然后我们将汇总出得数据保存在本论文的附件1中。 针对问题二，我们也是利用附件3给出的干流上个观测站近一年多的基本数据（站点距离、水流量和水流速）。用工作表进行筛选汇合制作出了各个地区每月和含量的折线图，利用图的直观明了性进行分析得出那两种污染物主要分布在哪些地区，同时我们也将数据存放在本论文的附件2中。 针对问题三，我们利用附件4中给出的每年废水排放总量数据用软件程序曲线拟合（在插值法里，数据假定是正确的，要求以某种方法描述数据之间所发生的情况）得出了函数，然后根据式子得出了未来十年污水排放量，并结合图研究了未来十年长江水质生态情况）。 针对问题四，对十年的污水排放总量进行拟合，预测出后十年的污水排放量，以求最小污水量为目的，处理最得当，进行模型优化。 针对问题五，我们总结了以上问题的结论和附件1和附件2的描述我们得出了下面的六条建议。关键词：曲线拟合 水质标准 插值法 预测 模型优化 二、问题重述长江是我国第一、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），并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤（附件2）。依据题中所给的关于长江问题的近期数据，对下属几个问题进行分析：（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）假如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发展趋势做出预测分析，比如研究未来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类和类水的比例控制在20%以内，且没有劣类水,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。本问题要求对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。三、模型的假设1、水体中各污染物的降解系数都是相同的2、一个观测站代表一块水域，且水质均匀，17个观测站代表的水域覆盖了整个长江流域且不重复覆盖；3、干流相邻两个观测站的水流横截面积之差即为两观测站间所有支流水流横截面积之和。四、模型的分析针对模型一，我们主要是以图的形式来分析的，总共有17个地区，以每个地区每月的PH值、DO、CODMn、NH3-N数据绘制出了十七副折线图,由折线图的波动范围及上升和下降的值以此为依据做出定量的综合评价，并分析各地区水质的污染状况。针对模型二，我们是对长江干流沿岸各个地区的CODMn和NH3-N的含量进行统计并结合图进行分析。我们得出了污染物主要在长江中游湖北宜昌至湖南岳阳段。针对模型三，由题目中的数据我们算出了前十年（1995年至2004年）污水排放量的一个函数关系式，其中是年份（我们设为（1、2、3.10)为（1995年至2004年），是污水排放量。然后设为（11、12、13.20）表示后十年的年份代入式子算出了未来十年的污水排放数据，最后对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析，我们得出了对长江水质的处理迫在眉急。针对模型四，根据10年的长江排污总量，预测未来10年内每年都要求长江干流的类和类水，且没有劣类水,计算处理的污水吨数时，我们预测的是河长的情况，而实际要求的是污水质量，关键是如何用河长的情况来得到污水质量。针对问题五，我们从提高人口素质的基础上增强人们的环保、加强科学技术的发展是重中之重、完善法律体系、.执法到位、协调人口资源环境经济的关系、培养环保后备人才，六个方面入手，得出以下六点建议。五、模型的建立与求解1.问题一的求解 建立模型一 如下图所示：图5.1.1 四川攀枝花水域的DO物质含量额浓度在614之间波动但在2004年的8月份为一个顶峰值，其他时间段的波动比较稳定。CODMN物质含量浓度在06之间总体变化幅度较大。NH3-N物质浓度基本上变化不大。基本上在2004年8月到10月的各物质变化最大，为此我们得出各物质在丰水期内的污染较大。图5.1.1由图5.1.1分析可得；重庆朱沱水域的物质含量浓度7.438.45之间波动，2004年4月达到顶峰。DO物质含量浓度在7.311.1之间波动，2004年4月达到顶峰，CODMN物质含量浓度在1.14.4之间波动，2004年9月达到顶峰。NH3-N物质含量浓度在0.110.63之间波动，在2002年4月。各物质含量浓度幅度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大5.1.3图 湖北宜昌南京关水域CONMN物质含量总体呈下降状态而DO物质含量的浓度在2003年10月达到最高值总体来看DO浓度在2003年6月到2004年6月这个时间段内的起伏变化最大。从图中可以反映出湖北宜昌南京关在2003年10 到 最高值。图5.1.4 由图5.1.4分析可得；湖南岳阳城陵矶水域的物质含量浓度7.588.16之间波动，2003年6月达到顶峰。DO物质含量浓度在76.4711.5之间波动，2003年6月达到顶峰，CODMN物质含量浓度在2.65.1之间波动，2005年1月达到顶峰。NH3-N物质含量浓度在0.160.43之间波动幅度变化不大，在2005年2月达到顶峰。、DO、CODMN各物质含量浓度幅度变化。图5.1.5 由图5.1.5分析可得；物质含量浓度7.38.97之间波动，2003年8月达到顶峰。物质含量浓度在6.411.3之间波动，2005年3月达到顶峰，物质含量浓度在1.73.3之间波动，2003年10月达到顶峰。NH3-N物质含量浓度变化不大，、含量浓度幅度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、可知从而影响各物质的浓度图5.1.6 由图5.1.6分析可得：物质含量浓度在7.097.67之间波动，物质浓度基本上变化不大。物质含量额浓度在69.45之间波动，2005年2月达到顶峰。CODMN物质含量浓度在1.65之间波动，2003年9月达到顶峰。、NH3-N物质浓度基本上变化不大，CODMN物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化。图5.1.7 由图5.1.7分析可得：物质含量浓度在7.267.89之间波动，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在6.0710之间波动，CODMN物质含量浓度在1.43.8之间波动，各物质浓度变化不大 图5.1.8 由图5.1.8分析可得：物质含量浓度在7.158.02之间波动，2003年11月达到顶峰，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在3.353.99之间波动，其他时间段的波动比较稳定。CODMN物质含量浓度在2.19.9之间波动幅度变化大，2004年3月达到顶峰。，CODMN物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大图5.1.9 由图5.1.9分析可得：物质含量浓度在6.638.79之间波动，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在5.8114.4之间波动，2004年3月达到顶峰，其他时间段的波动比较稳定。CODMN物质含量浓度在0.94.6之间波动，2004年7月达到顶峰。，CODMN物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大图5.1.10 由图5.1.10分析可得：物质含量浓度在7.158.35之间波动，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在3.089.67之间波动，2005年4月达到顶峰。CODMN物质含量浓度在0.66.2之间波动，2004年1月达到顶峰。NH3-N物质含量额浓度在0.055.5之间波动，2004年3月达到顶峰。各物质含量浓度变化大由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大。图5.1.11 由图5.1.11分析可得：物质含量浓度在7.288.67之间波动，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在7.3812.7之间波动物质浓度幅度大，2004年12月达到顶峰，CODMN物质含量浓度在1.52.5之间波动。、CODMN、NH3-N物质浓度基本上变化不大。 图5.1.12 由图5.1.12分析可得：物质含量浓度在6.297.64之间波动，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在5.1611.8之间波动，2005年3月达到顶峰，CODMN物质含量浓度在0.94.9之间波动，2004年4月达到顶峰。NH3-N物质浓度基本上变化不大，DO、CODMN物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大图5.1.13 由图5.1.13分析可得： 物质含量浓度在6.778.47之间波动，2004年10月达到顶峰，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在5.414.7波动，2005年2月到顶峰，其他时间段的波动比较稳定。CODMN物质含量浓度在1.46.5之间波动，2005年2月达到顶峰。NH3-物质含量额浓度在0.160.86波动，各物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大图5.1.14 由图5.1.14分析可得：物质含量浓度在7.838.06之间波动，幅度变化不大。DO物质含量额浓度在4.389.9之间波动，2004年1月达到顶峰，幅度变化大。CODMN物质含量浓度在2.25.9之间波动，幅度变化不大。NH3-N物在质含量图5.1.15 由图5.1.15分析可得：物质含量浓度在9.266.22之间波动，2004年12月达到顶峰，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在0.889.23之间波动，2004年2月达到顶峰。CODMN物质含量浓度在0.49之间波动，2004年2月达到顶峰。NH3-N物质浓度在0.6324.2之间波动，在2004年2月达到顶峰。各物质含量浓度幅度变化较大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而使的在一定的时间内使各物质的浓度变化大。 由图5.1.16六分析可得： 物质含量浓度在6.78.36之间波动，2003年8月达到顶峰，值在7时最适合。DO物质含量浓度在5.8311.3之间波动，2004年5月达到顶峰。CODMN物质含量浓度在1.89.2之间波动，2004年11月达到顶峰。NH3-N物质浓度在.0.070.67之间波动，2003年12月达到顶峰。各物质含量浓度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得知影响量各物质含浓度变化大图5.16图5.1.17 由图5.1.17分析可得：物质含量浓度在8.36.98之间波动，2005年5和6月达到顶峰，值在7时最适合。DO物质含量额浓度在4.4911.5之间波动，2005年2月达到顶峰，CODMN物质含量浓度在1.14.8之间波动，2003年9月达到顶峰。NH3-N物质浓度基本上变化不大，其它的幅度变化大。由枯水期：14、丰水期：510、平水期：1112月份可得，从而影响各物质的浓度2. 问题二的求解 建立模型二首先我们对各点高锰酸盐含量和氨氮含量情况进行统计如图5.2.1和图5.2.2所示由问题的模型及求解的结果和分析可知，在这一年多的时间内长江干流高锰酸盐的指数主要污染：来自于观测点4湖南岳阳城陵矶、观测点7江苏南京林山、观测点5江西九江河西水厂、观测点3湖北宜昌南津关、观测点2重庆朱沱。氨氮主要污染：来自于观测点4湖南岳阳城陵矶、观测点3湖北宜昌南津关观测点5江西九江河西水厂、观测点2重庆朱沱。3. 问题三的求解 建立模型三由问题中得附件4我们得知长江在过去十年每年的污水排放量的具体数据，如下表5.3.1所示：表5.3.1年份1995199619971998199920002001200220032004污水排放量（吨）174179183189207234220.5256270285我们利用软件算出了年份和排放量的关系的函数：（详细请看附件3）在得出式子之后我们算出了未来十年污水排放量的数据如表5.3.2所示表5.3.2年份2005200620072008200920102011201220132014污水排放量（吨）308.8713331.7570356.3131382.5396410.4365440.0038471.2415504.1496538.7281573.9770图5.3.1为了更直观的表达我们画出了未来十年污水排放的折线图（如上图5.3.1所示），由此我们可以得出未来十年排放量呈上升状态，可见水污染程度越来越严重，若不及时处理长江未来十年生态将面临崩溃。4. 问题四的求解 建立模型四根据文中干流的各类水所占的比例，得到的河水的比例表5.4.1为：表5.4.1IV和V类水在在各年所占的比列 类别年 份IV+V类水劣V类水是否合格近十年长将总流量（亿立方米）近十年废水排放总量（吨）19959.6%0%是920517419960.8%0%是9513179199713.3%0%是9171.2618319980%0%是13127189199912.8%0%是9513207200025.4%0%否9924234200126.5%5.8%否8892.8220.5200222.5%8.7%否1021025620036.1%0%是9980270200423.5%9.0%否9405285由于在水文年的江水是比较平均的，所以我们选择水文年的降水和废水量，来进行拟合，首先根据算出废水（详细请看附件4）表5.4.2近十年的排放污水总量年份2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 污水排放总量(亿吨)706.9440 60.8832 975.8221 974.1312 1095.5 1095.52210.43 2492.21487.02402401.12 把数据带入matlab进行后十年的拟合，得到式子得到今后十年的处理污水量为：表5.4.3后十年的排放污水总量年份2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 处理的污水总量71 83 96 109 122 135 148 161 173 186 5.问题五的求解1.首先是要意识到并重视母亲河的污染问题。我们不怕做不到就怕想不到，让所有人都去思考、都去在意我们的母亲河所面临的危机，再与实际行动配合，就会达到事半功倍的效果。我们提倡在提高人口素质的基础上增强人们的环保意识，要治本而不是治表。2.加强科学技术的发展是重中之重。对于生产污染比较严重的产品，可以研究先进、清洁的生产技术，投入到生产中去，推进循环经济；另外研究先进的污水处理技术，减低处理成本。这样既可以避免企业在额外开销污水处理的费用，又提高了企业生产的积极，同时降低了执法人员的工作难度。3.完善法律体系。如对保护长江立法、加强行政管理和严格追究刑事责任、严格实施排水许可制度，杜绝任意乱排污水、废水等等。4.执法到位。杜绝官商勾结，猫鼠游戏、严格惩处违法分子、将环保作为考核干部指标之一、揭露污水厂的表面游戏，让其发挥到真正的作用。