【正文】 步驟二：定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評估標準值我們定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水的水質(zhì)綜合評估標準值、和的計算：（、為所有研究對象第i種指標的最大值，所所給研究對象的影響）之后用取代得到（i=1，2……6）（將其DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3N值的倒數(shù)等三個指標值乘以對應(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水的比重對相鄰兩類水的綜合評估標準值的平方差的和的影響。我們定義綜合評估值：分別將各地區(qū)在不同時間段內(nèi)的三項指標數(shù)據(jù)進行處理，然后乘上相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)作和得到綜合評估值；綜合評估值越高，水質(zhì)越好。標準值 分 類 y表示第i個地方的綜合評估值表示第j種指標的的權(quán)重系數(shù)表示第i個監(jiān)測站水質(zhì)的第j種指標值表示第i個監(jiān)測站水質(zhì)的類別表示所有研究對象第i種指標的最大值表示個水質(zhì)標準所給的第i類水的綜合評估值s1表示所有相鄰兩類水的綜合評估標準值的平方差的比重和表示第i個監(jiān)測站水質(zhì)的類別值表示干流觀測站點i和i+1間的距離表示干流觀測站點i的水流速表示干流觀測站點i1到i的水流時間表示干流觀測站點j中CODMn()和NH3N()的濃度表示干流觀測站點j每秒排放CODMn()和NH3N()的濃度表示干流觀測站點i的水流量表示干流觀測站點j每秒排放CODMn()和NH3N()的質(zhì)量表示未來第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第j年需處理的ⅣⅤ類（i=1）和劣Ⅴ類(i=2)的河長表示未來第j年水文年全流域的河長表示未來第j年需處理的污水的河長 模型一：評價模型為了解決問題一，我們選擇DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3N值的倒數(shù)等三項指標，建立綜合評估值計算公式。 （4）　(單位：1/天)。 問題5依據(jù)以上四個問題的分析結(jié)果，對解決長江水質(zhì)污染問題提出切實可行的建議和意見。 需要解決的問題：預(yù)測模型。主要問題為：如何依據(jù)2003年6月份至2005年9月份長江流域主要城市水質(zhì)檢測報告和長江干流主要觀測站點的基本數(shù)據(jù)計算出近一年多每個地區(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。主要問題為各指標權(quán)重的確定?，F(xiàn)要研究以下五個問題：（1）地表水中的4個主要項目標準限值見附表，依此標準對長江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評價，并分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況。污染物在水環(huán)境中通過物理降解、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稱為降解系數(shù)。關(guān)鍵字：綜合評價；權(quán)重系數(shù)；蒙特卡洛法；預(yù)測；曲線擬合1. 問題重述水是人類賴以生存的資源，保護水資源就是保護我們自己，對于我國大江大河水資源的保護和治理應(yīng)是重中之重。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）、表十一(第17頁)和表十二（第18頁)。詳細結(jié)果見模型一求解部分，見表四（第8頁）。本文主要研究了以下四個問題：長江水質(zhì)的綜合評價、主要污染源的確定、預(yù)測問題和污水處理問題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規(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)定的參考文獻的表述方式在正文引用處和參考文獻中明確列出。我們鄭重承諾，嚴格遵守競賽規(guī)則，以保證競賽的公正、公平性。并以此對解決長江水質(zhì)污染問題提出一些切實可行的建議和意見。問題二，我們建立模型二：針對高錳酸鹽和氨氮化合物，由于其在水中能自然降解，利用衰減理論計算各地區(qū)的排放量而得到長江干流近一年多高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的主要污染源。問題四，我們建立模型四：找出廢水年排放量與各類別水河長、長江年總流量的一一對應(yīng)關(guān)系，,在滿足題目中所給的條件下，求出每年應(yīng)處理的廢水。 長江是我國第一、世界第三大河流，長江水質(zhì)的污染程度日趨嚴重，已引起了相關(guān)政府部門和專家們的高度重視。事實上，長江干流的自然凈化能力可以認為是近似均勻的，根據(jù)檢測可知，~，　(單位：1/天)。（2）研究、分析長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，依照過去10年的主要統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對長江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢做出預(yù)測分析，比如研究未來10年的情況。 問題2要研究、分析長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，就要先確定長江干流從上游到下游各城市（向長江）的排污量。水中氫離子濃度和溶氧量無需考慮。 問題4標準即為未來10年內(nèi)每年都要求長江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水。 （1）江水中的pH、DO、CODMn和NH3N等四項指標相互獨立。 （5）不考慮特大自然水災(zāi)害，如98大洪水。將每個地區(qū)在每一月份的DO值、CODMn值的倒數(shù)和NH3N值的倒數(shù)等三個指標值作為一個研究對象。 項 目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類劣Ⅴ類1溶解氧(DO)≥（或飽和率90%）6532　 02高錳酸鹽指數(shù)(CODMn) ≤2461015∞3氨氮（NH3N）水的類別值越高，水質(zhì)越差，綜合評估值越低。對于任何一組權(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估標準值的平方差的比重和，將該比重和作為目標函數(shù)s1，便將問題轉(zhuǎn)化為一個非線性規(guī)劃問題。這樣做是為了保證權(quán)值和為1，即化為最簡形式。 ≥（或飽和率90%）653202高錳酸鹽指數(shù)(CODMn) ≤2461015∞3氨氮（NH3N）各觀測站點間水流速度取相鄰兩觀測站點的平均速度，即為：故各觀測站點間水流時間為： () 其中由降解系數(shù)（），運用衰減理論，可得干流各觀測站點每秒排放CODMn()和NH3N()的濃度為： 其中，取 若 則有 否則 運用“附錄表十八”中的數(shù)據(jù)，用Matlab程序（見附錄程序二）求解可得各觀測站點的每秒排污污染物CODMn和NH3N的質(zhì)量，見表五：表五：觀測站點一年多每秒排污污染物的質(zhì)量觀測站點四川攀枝花重慶朱沱湖北宜昌湖南岳陽江西九江安徽安慶江蘇南京CODMnNH3N00CODMnNH3N0CODMn0NH3N00CODMn0NH3N00CODMn0NH3N000CODMn00NH3N000CODMn0NH3N00CODMnNH3N00CODMn0NH3N0CODMn0NH3N0CODMn0NH3N0CODMn0NH3N0CODMn0NH3N0注：（單位：10kg/s） 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：觀測站點排放物CODMn隨時間的變化圖二：觀測站點排放物隨時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。 模型三：預(yù)測模型由1995年~2004年長江流域水質(zhì)報告，應(yīng)分時分類地對河長進行預(yù)測，即如將1995年枯水期全流域評價河長、1996年枯水期全流域評價河長……2004年枯水期全流域評價河長等十個數(shù)據(jù)作處理，來預(yù)測2005年枯水期全流域評價河長、2006年枯水期全流域評價河長……2014年枯水期全流域評價河長等十個數(shù)據(jù)。 圖三：（未來十年廢水排放量預(yù)測圖）得到擬合二次多項式：然后對水文年干支流總的河長進行預(yù)測，把1995年~2004年長江流域水質(zhì)報告中水文年干支流總的河長綜合于如下表七：表七：近十年水文年干支流總的河長時間類型1995199619971998199920002001200220032004水文年干流4456447944794529613652856012598362266341支流5469555855136429243302502728134294033228733071由表七中數(shù)據(jù)可知，干支流河長呈二次曲線上升趨勢，故可對表中數(shù)據(jù)進行二次多項式分析模擬，如圖四和圖五（程序見附錄中程序三）：圖四：未來十年水文年干流河長預(yù)測圖圖五：未來十年水文年支流河長預(yù)測圖得到中水文年干支流總的河長擬合二次多項式為：水文年干流為：水文年支流為：由于報告中對水的分類較為細致（水質(zhì)被分成了六類），而對于這樣一個細分的分類，十年的數(shù)據(jù)是很難得出一個較為明顯的規(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結(jié)論。圖六：（未來十年水文年支流ⅠⅡⅢ類百分比預(yù)測圖）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。對污水的處理是為了滿足既定目標：未來10年內(nèi)每年都要求長江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水。因未來十年需處理污水總百分比如表十六：表十六：未來十年需處理污水總百分比時間2005200620072008200920102011201220132014處理污水百分比由未來十年的長江總流量，需處理污水總百分比，以及污水的密度，可求得未來十年需處理的污水質(zhì)量為：表十七：未來十年需處理的污水質(zhì)量時間2005200620072008200920102011201220132014處理污水質(zhì)量325注：（單位：億噸）。根據(jù)我們的數(shù)據(jù)預(yù)測如果未來十年之內(nèi)不采取保護長江的措施，十年之后長江的水域有近70%會屬于IV、V 和劣V 類，因此要采取必要的措施來防止長江遭到進一步的惡化。(2)加強污水處理制定環(huán)保投資政策，保證資金來源。(4)相應(yīng)措施 ①、長江流域管理機構(gòu)應(yīng)會同地方環(huán)保部門，根據(jù)長江水量，提出流域內(nèi)每個?。▍^(qū)）許的最大排污量，實行排污總量控制。長江的治理不是某個人或者某個單位的事情，關(guān)系到整個中華民族的發(fā)展。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)劃的這么一個較為復(fù)雜的問題，是本模型求解過程中的一個創(chuàng)新點。結(jié)果應(yīng)該是比較精確的。由擬合函數(shù)預(yù)測出未來十年的長江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢。運用權(quán)重系數(shù)理論可以更準備地對長江水質(zhì)進行評價，更明顯的突出問題所在，本文用到了多種曲線擬合對未來十年長江水質(zhì)數(shù)據(jù)的預(yù)測，曲線擬合的思想具有很強的移植性，因此，該模型可以很好推廣。在對長江水質(zhì)的評價的過程中主要運用了權(quán)重系數(shù)理論，對長江水質(zhì)的預(yù)測方面主要采用了曲線擬合的思想，這兩種思想有很強的適應(yīng)性，因此，該模型有很好的推廣性，可以用它推廣到對其它河流水質(zhì)的評價與預(yù)測，如黃河、珠江、松花江等。[1] 鄭阿奇，曹 戈，MATLAB實例教程第2版，北京：電子工業(yè)出版社。321323024413024022224322226