长江水质的评价

1、长江水质的评价和预测一、摘要文章在已有数据的基础上，建立了水质依靠流量、流速和解降系数的数学模型，找出了污染源的所在地。建立一元线性回归模型，对后十年污水治理做出了预测。利用,语言程序进行求解。得出了有关结论。 针对问题一，根据03,、04年长江流域的水质报告表，对长江近两年的水质情况的综合评价是：饮用水占，非饮用水。对每个地区近两年的的水质情况进行统计，找出该地区污染种类出现的频率是：类水比例为30%、类水比例为23%、类水比例为20%、类水比例小于1%、类水比例为30%、劣类水比例小于2%。因此水质评价和污染频率推测污染情况相当严重。针对问题二，根据主要的污染物在各个观测点的观测数据，建立

2、 水质依靠流量、流速和降解系数的数学模型。对长江干流沿岸各个地段的排污量进行统计，找出了该地区污染源所在地区：长江中游湖北宜昌至湖南岳阳段。针对问题三，根据各年的的废水排放总量，采用一元线性回归模型找出废水排放量总量与年份之间的关系。根据附件4污水排放量，对未来十年废水排放总量占长江总流量比例进行预测。从预测结果中，发现污水百分比呈逐年上升的趋势（从2005年的到2014年的），由此说明长江污水的处理迫在眉睫。针对问题四，依照过去10年的类、类水和类水的统计数据，通过数据拟合构建了一元线性回归模型、预测的未来十年类、类水和水占长江总水量的百分比。引入流量的概念，得到长江的总流量HS。从而求出未

3、来十年每年需要处理的污水量为：75195亿吨。针对问题五，提出了解决长江水质污染问题从四个方面着手的方案：沿长江工厂的整治，民众意识的唤醒，上游植被的保护，以及法律的硬性要求。关键词： 模糊综合评价法 微分方程 权重 线性回归模型二、问题的提出题目给出长江沿线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。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。水质量由国标（)给出的地表水环境质量标准衡量，其中、类为可饮用水。问题一：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。问题二：研究、分析长江干流近年

4、一年多主要污染物高锰酸盐和氨氮的污染源主要在哪些地区。问题三：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。问题四：根据预测分析，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。问题五：对解决长江水质污染问题提出切实可行的建议和意见。三、模型的假设1.假设污水的降解率近似相等。2.把长江认为是一维的，不考虑河宽，水深，横断面。3.主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数取0.2(单位：1/天)。4.一个观测站的水质污染主要来自本地区的排污和上游的污水，河水在通过观测 点后立即被混入下段

5、区域的污水。四、符号的说明溶解氧酸碱指数高锰酸盐氨氮表4-15、 问题的分析 针对问题一的分析:附表3中给出了长江上17个观测点在28个月的观测值。要对整个长江的水质情况作出综合评价就要先对这17个观测点水质情况作出评价，然后由17个观测点的评价平均值对长江的水质情况作出定量的综合评价。在处理17个观测点的数据时，认为在28个月测量的28组数据是观测点的样本，作出水质的综合评价。由于观测点分布在干流或支流上，所以通过不同位置的水质情况推测出长江水质情况。针对问题二的分析： 污染源就是排放的污染物较多的地方，要得出某个地区排放的污染物的量，就必须求出这个地区排出污水的浓度和排出的污水量。假设这个

6、地区所有的污水都汇集到观测点附近排放，又因为一个地区的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水，所以我们可以根据上一个地区的江水流量、污水浓度和本地区的江水流量、污水浓度计算这个点的污水浓度。针对问题三的分析：要对长江未来水质污染的发展趋势. 假定排污口分别位于江段上游和下游的情况下。取均值作为江段单位时间排污量。在对长江未来水质污染的发展趋势作预测时，通过可饮用水（类、类、类）和污染水（类、类）的比例变化来进行分析。建立排污量与时间的灰色预测模型，得出未来10年的排污量。建立可饮用水和污染水与总流量和排污量的二元线性回归预测模型，从得到的结果看，可饮用水的比例逐年减少，水污染愈来愈严重。针

7、对问题四的分析：关于未来10年污水处理量，主要在问题3的基础上。得出长江的极限载污量，与预测排污量相减，求得每年需要的污水量。针对问题五的分析：对于生活污水也需要进行一定的控制；长江上游地区植树造林制定促进循环经济发展的政策和法律法建议加大对违法排污行为的处罚力度；建议加大对违法排污行为的处罚力度；重污染企业必须禁止它们直接将污水排入长江等四个方面进行建议。六、模型的建立和求解 由于在一年中个不同的月份，排污水也有一定的时间限制。也就是说时间不同各个排污工厂工作量不同。主要取决于不同季节市场对各个商品的需求不同。即于价值规律有一定的关系。因此我们单独的纵向比较各个月的污染有一定的极限。要比较各

8、个月的、的量。针对问题一：图6-1-1从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在5左右；在2004年1月达到峰值为10，在2004年6月达到低谷为4.在2004年2月达到峰值为6；从2004年12月到2005年2月达峰值6，其外则保持0.图6-1-2从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；在2005年2月达到峰值为11，在2004年5月达到低谷为6.的变化幅度很大，在2005年1月达到峰值为9；变化幅度较大， 2003年12月达峰值6。图6-1-3 从上图中可看出：值保持在7左右；在2003年6月到2003年9月保持在5左右，在2003年11月达到峰值为9

9、.9，在2004年3月达到低谷为1，最大值和最小值相差8.在2003年6月到2004年1月在0-5之间变化，在2004年2月达到峰值为8，在2004年3月到2004年11月在0-5之间变化；从2003年6月有2变到2004年2月峰值24，到2004年3月下降到2，在2004年3月到2004年9月保持在1-5之间变化.图6-1-4从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在7左右；变化较大，在2003年12月达到峰值为12，在2003年7月达到低谷为4.的变化频率较多，在2005年6月达到峰值为6；在 2003年12月达峰值6。图6-1-5从上图中可看出：值在2003年6月到2003

10、年9月保持在8左右；在2004年9月达到峰值为14，其外则保持在9左右.的变化频率较多，在2004年9月达到峰值为7；变化幅度较大，2004年2月达峰值13。图6-1-6从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；在2005年1月达到峰值为11，在2005年5月达到低谷为7.在2004年9月达到峰值为5；变化幅度较大， 2005年4月达峰值6。图6-1-7从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在7左右；在2003年9月达到峰值为11，在2005年8月达到低谷为6.的变化频率高，保持在3左右.变化频率高，2005年8月达峰值6。图6-1-8从上图中可看出：值在

11、2003年6月到2003年9月保持在8左右；在2004年6月达到峰值为11.的变化在3-5之间.变化幅度不大，在2-5之间变化.图6-1-9从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在7左右；在2005年2月达到峰值为11，在2003年6月达到低谷为6.的变化不大，在2-3之间变化.变化频率较高，在0-3之间变化. 图6-1-10从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；的变化幅度较大，在2005年2月达到峰值为9，在2004年月和2004年11月达到低谷为6.的变化频率很高，在2003年9月达到峰值为5；变化频率很高，2003年9月达峰值6。图6-1-11从

12、上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；变化幅度较大.的变化不大，在2005年7月达到峰值为4，其外则保持2左右. 变化频率较高，2005年2月达峰值3。图6-1-12从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；在2004年1月至2004年4月达到峰值15.的变化不大，在2003年7月达到峰值为8，其外则保持3左右. 变化幅度较大，2004年3月达峰值20.图6-1-13从上图中可看出：值在2003年6月到2003年9月保持在8左右；变化频率较高.2004年11月达峰值9，2004年1月达低谷3；的变化频率很大，在2003年7月达到峰值为7； 变化幅度

13、较大，2004年4月达峰值5。图6-1-14 从上图中可看出，值保持在范围67.5之间；在2003年6月到2005年2月保持在5.514.5之间，在2005年3月达到峰值为15，在2004年4月达到低谷为5，最大值和最小值相差10；在2003年6月到2004年6月在0.355之间变化，在2004年7月达到峰值为7.5，在2003年6月达到低谷为0.35；在2005年3月达到峰值为14.5，到2005年5月下降到2.5，在2003年6月到2005年8月保持在2.514.5之间变化；图6-1-15 从上图中可看出，值保持在范围68之间；在2003年6月到2004年10月保持在4.56之间，在200

14、4年11月达到峰值为8.5，在2004年4月达到低谷为4.5，最大值和最小值相差4；在2003年6月到2003年11月在08.5之间变化，在2004年3月达到峰值为10，在2003年6月达到低谷为0；在2005年3月达到峰值为20，在2003年6月达到低谷为0.15，在2005年3月到2005年8月保持在4.519之间变化。图6-1-16 从上图中可看出，值保持在范围69.1之间；在2003年6月到2003年7月保持在78.5之间，在2003年8月达到峰值为9.1，在2003年9月达到低谷为6，最大值和最小值相差3.1；在2003年6月到2004年4月在34.95之间变化，在2004年5月达到

15、峰值为5，在2004年8月达到低谷为0.98；在2003年12月达到峰值为15，到2004年9月下降到4.5，在2004年10月到2005年8月保持在514之间变化；图6-1-17 从上图中可看出，值保持在范围6.49.7之间；在2003年6月到2004年11月保持在5.810之间，在2005年1月达到峰值为13，在2004年9月达到低谷为7.45，最大值和最小值相差5.55；在2003年6月到2003年8月在2.33.5之间变化，在2004年9月达到峰值为4.5，在2003年10月到2005年8月在1.914.45之间变化；在2004年12月达到峰值为3.5，到2005年2月下降到0.91，

16、在2005年3月到2005年8月保持在1-3.45之间变化。从上图可以看出四川攀枝花龙洞，四川乐山岷江大桥，四川宜宾凉姜沟，四川泸州沱江二桥，江西南昌滁槎这五个地方都出现了CODMn和NH3-N超标情况。各地区水质的污染状况：四川乐山岷江大桥和的平均超标率以及含氧量未达标率分别为：，和，即该地区在抽样的个月内有个月出现氨氮超标的情况，有个月出现氨氮超标的情况,个月出现氨氮超标。 和 的污染严重，且含氧量不能达标，水质污染严重。四川攀枝花龙洞和的平均超标率以及含氧量未达标率分别为：，,。 出现极少月和污染，且含氧量都能达标，污染程度较轻。四川宜宾凉姜沟和的平均超标率以及含氧量未达标率分别为：，。

17、出现极少月和污染，且含氧量都能达标，污染程度较轻。四川泸州沱江二桥和的平均超标率以及含氧量未达标率分别为：，和。出现少数几月污染。多月和含氧量不能达标，水质污染严重。5. 江西南昌滁槎和的平均超标率以及含氧量未达标率分别，和。 出现少数几月污染。极少月能够达标，且含氧量不能达标，水质污染严重。6. 四川泸州沱江二桥和的平均超标率以及含氧量未达标率分别为：，和。出现少数几次污染，多月未能够达标，极少月含氧量不能达标，水质污染严重。针对问题二：图6-2-1从上图中可看出： 的变化频率很大，在2004年2月达到峰值为12； 变化在1左右；的变化幅度较大，在2004年2月达峰值12.图6-2-2从上图

18、中可看出： 的变化频率很大，在2005年4月达到峰值为7； 变化在1左右；的变化幅度较大，在20045年4月达峰值7.图6-2-3从上图中可看出： 的变化频率很大，在2003年6月达到峰值为6； 变化在1左右；的变化变化频率很大，在2005年9月达峰值7，2004年7月达到低谷2.图6-2-4从上图中可看出： 的变化频率很大，在2003年10到峰值为6； 变化在1左右；的变化变化频率很大，在2005年6月低谷2.图6-2-5从上图中可看出，的变化频率较大，在2003年10月达到峰值为3.25，在2005年3月达到低谷为1.96；的变化频率在00.45之间，的变化频率较大，在2004年4月达到峰

19、值为2.89。图6-2-6 从上图中可看出，的变化频率总体变化不大，在2003年10月达到峰值为5；的变化频率在0.150.25之间，的变化较大，在2003年9月达到峰值为3.98，在2004年11月达到低谷为1.05。图6-2-7 从上图中可看出，的变化频率很大，在2005年7月达到峰值为3.89，在2004年1月达到低谷为1.35；的变化率在00.35之间，的变化幅度较大，在2005年2月达到峰值为3.1。从宜昌道岳阳之间长江受的污染最为严重，重庆-宜昌之间的河段也处于重污染状态。实际情况亦是如此，宜昌至岳阳河段属于长江中游地区，该地区沿江工业以耗能大、污染大的重化工也为主。该地区目前已形

20、成了以钢铁为主的治金工业、以汽车为主的机械工业、以石油为主化工和磷、盐为主的化学工业、以水泥为主的建材工业、以纺织和食品为主的轻纺织工业等五大支柱产业，岳阳地区害死我国中南地区最大的石油化工生产基地和全国最大的客车空调机、抗菌素生产基地，这些沿江的重工业给长江带来了巨大的污染。而处于三峡库区范围的重庆-宜昌河段也属于重污染河段，这些地方所排放的工业废水是导致水质污染的主要原因。重庆是我国的轻、重工业基地之一，该地区拥有西部最大的化工、造纸、治金、煤炭、机械工业，从而不可避免的拥有巨大的排污速度。但是由于该地区工业规模小于前者，因此污染并不如前者严重。针对问题三：首先筛选取出水文年支流和干流的相

21、关数据和各年长江总流量和废水排放量的数据。利用EXCEL作出1995年到2004年长江总流量变化趋势图如下：图6-3-1 长江总流量变化趋势图利用EXCEL作出1995年到2004年长江废水比例变化趋势图如下图6-3-2 废水比例变化趋势图从图中可以看出长江总流量中废水排放量的比例逐年上升，由此可知长江水呈现逐年恶化的趋势（注：98年为特大洪水）。年份1995199619971998199920002001200220032004年份174179183189207234220.5256270285表6-1 废水比例变化趋势表用拟合得出方程式：.其中y表示各年废水排放量，x=11,12,20，分

22、别对应1995年到2004年。并得到图形图6-3-3 长江废水比例变化趋势图对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析：年份废水排放量2005308.86322006331.74842007356.3042008382.532009410.42642010439.99322011471.23042012504.1382013538.7162014574.9644表6-2 预测未来水质污染的发展趋势用matlab拟合得出方程式：。其中y表示各年废水排放量浓度，x=21,22,30,分别对应2005年到2014年。此回归方程的拟合度R-square: 图6-3-4 未来十年长江废水比例变化趋势图从上

23、图可以看出未来10年废水排放量站长江总量变化很快，说明未来的污染排放量需要进行控制，否则以这样的速度下去长江的污染情况将会无法控制。针对问题四根据经验，水文年的数据更趋向真实值，更具有代表性，所以我们根据水文年的数据可以得出下表：时间类水的百分比类水的百分比类和类水的百分比的和劣类水的百分比长江总流量处理的污水1995年2.96.79.609205706.9 1996年00.80.80951360.9 1997年13.3015.909171.26975.81998年0000131270.0 1999年5.57.312.809513974.1 2000年25.4025.4099242016.6

24、2001年18.77.826.55.88892.81885.3 2002年17.45.122.58.7102101837.9 2003年1.54.66.109980487.0 2004年15.77.823.5994051768.2 表6-3 需处理废水表从上图中可以看出，需要处理的年份为2001年、2002年、2004年用matlab拟合得出方程式：。其中y表示各年废需处理的废水量，x=11,12,20,分别对应1995年到2004年。得到图形：图6-3-5对长江未来需处理污水的量的发展趋势做出预测分析：时间2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年201

25、3年2014年污染值1.47991.41841.32291.19341.102990.83240.60090.3354-0.6336-0.2976表6-4 污水发展预测分析表用matlab拟合得出方程式：。其中y表示各年废需处理的废水量，x=21,22,230,分别对应2005年到2014年。得到图形 图6-3-6在后10年中，需处理的水呈下降的趋势当n=1时，方程式为,图形为图6-3-7当n=3是，方程式为，图形为图6-3-8从当n=1，n=2，n=3可以看出，n=2变化趋势更明显，跟具有代表性。所以当n=2时结果最优。针对问题五：对解决长江水质污染问题的建议如下：1、对于长江沿岸的钢铁厂、

26、化工厂、造纸厂、造船厂、拆船厂这样的重污染企业必须禁止它们直接将污水排入长江。严格要求他们将污水通过处理设备处理后对各种污染物进行检测，检测所要排放的水属于可饮用水即可排放。若发现工厂将检测未达标的长江则处以罚款或责令他们拆迁工厂。2、对于生活污水也需要进行一定的控制：唤醒民众、领导干部的环保意识。对于长江两岸的农田过量喷洒农药被雨水冲入河里，导致氨氮含量过高、河水富营养化、蓝藻疯长的情况严重破环水资源。故迫切提高农民的环保意识，尽量减少使用农药同时也不要将农药水随便排放。这就需要政府拨款在长江两岸多建水净化厂，将要排放到长江流域的水进行净化处理后再排放。3、在长江上游地区植树造林，据统计长江

27、上游地区森林覆盖面积率曾达到60%至80%，眼下却是5%志7%，因此每年流入长江泥沙24亿吨。由此，源头出现沙漠化及断流。长江污染还殃及近海。2003年出现赤潮近40次，赤潮导致氧亏，进而影响渔业资源及品质。水生生态系统。水生生态系统频于崩溃。因此应该鼓励在长江上游地区进行植树。4、对保护长江立法，让那些不愿意保护长江的人受到法律的约束。主要分两步进行：一方面制定促进循环经济发展的政策和法律法规；另一方面，还需要将建议加大对违法排污行为的处罚力度，要罚就要罚到不法企业破产，把对长江的生态环境的合理开发纳入沿江城市政府官员的政绩考核体系，对严重破坏生态环境造成生态恶果的地区，应执行官员任用的一票

28、否决。 七、模型的分析与验证模型分析： 1.模型对于水质的净化只考虑了自然降解，而对于实际情况比如是否存在污水处理厂等认为净化设施没有考虑。对于降解系数选取，并认为全流域相等，与实际情况存在误差。 2.对于污水在监测站之后马上汇入江水的假设，与实际沿江不规律分布的污水排放不符。 3.污染物排放量与诸多因素有关2，仅仅估计其与时间的关系会造成偏差。 4.用给出的前十年的水质数据来预测后十年的水质变化情况，显得数据不够充足，容易造成误差。模型检验： 通过已有数据进行拟合和比较来检验模型，以及,等软件进行数据仿真来检验模型。经检验证实建立的模型均基本符合模型建立的初衷八、模型的评价在本文中，我们没有使用单一的模型对问题进行分析求解，而是综合运用了多种数学模型，并且增加了一定的检验环节。这样就增加了我们所求得数据的合理性，同时也增加了论文的实际参考价值。在运用归一化法综合评价长江水质情况时，我们很巧妙的将多个指标转化为单一指标，这样就很好的解决了多指标难以比较的难题。在改进方面我们认为：在问题一中模糊数学确定的污染指数可以改进为用模糊神经网络进行判断的指数。可以更好的