長江水質(zhì)的量化評價(jià)與預(yù)測分析建模-全文預(yù)覽
【正文】 表示第年需要治理的Ⅴ類河長， L(2)I=L干titi表示第i年Ⅴ類河長的預(yù)測比例Pi表示第i年污水年均排放量的預(yù)測值；qi表示第年全流域非飲用水類的預(yù)測比例。（三）問題四根據(jù)問題三的預(yù)測，長江水體的污染將日益嚴(yán)重，急待解決的是如何使未來10年內(nèi)每年的干流Ⅳ、Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水。其余相對誤差都小于9%，可以認(rèn)為使用GM（1，1）模型預(yù)測效果是令人滿意的。由于1998年長江流域遭遇罕見的洪水災(zāi)害，數(shù)據(jù)變化很大，因此我們先將長江1998年的數(shù)據(jù)作為災(zāi)變數(shù)據(jù)剔除。綜上所述：長江干流近一年多高錳酸鹽（CODMn）和氨氮（NH3N）的主要污染源是：湖北宜昌至湖南岳陽江段沿岸、岷江流域的四川樂山地區(qū)、重慶朱沱至湖北宜昌江段沿岸。b. 鄱陽湖對上游NH3N污染的凈化作用更加明顯。 NH3N濃度比較：圖3：兩湖進(jìn)出口NH3N污染濃度比較 結(jié)論：a. 洞庭湖出口處NH3N濃度減小，從Ⅲ類水變成了Ⅱ類水?？梢姸赐ズ瞎S對洞庭湖水質(zhì)中的CODMn指標(biāo)有清度污染。利用（4）式分別對高錳酸鹽指數(shù)和氨氮進(jìn)行計(jì)算（程序見附件5），計(jì)算結(jié)果：表4：長江六個(gè)江段的污染總量（單位：萬噸）江段122334455667CODMn江段122334455667NH3N由上表的數(shù)據(jù)可知：對于高錳酸鹽（CODMn）和氨氮（NH3N）兩種污染，湖北宜昌南津關(guān)至湖南岳陽城陵磯江段的污染最嚴(yán)重，其次為重慶朱沱至湖北宜昌南津關(guān)，和四川攀枝花重慶朱沱。 ② 利用（3）式，建立反映六江段污染物總量的模型考查干流上相鄰兩點(diǎn)間的污染情況，即在考慮自然降解的情況下這段流域上支流和干流的污染狀況?；谏鲜龇治觯衫梦廴疚镔|(zhì)在河流中運(yùn)動(dòng)變化的基本模型——“穩(wěn)態(tài)一維對流擴(kuò)散模型” [2]：其中，c為整個(gè)斷面的平均濃度u為流速，E為離散系數(shù) x為河道長度t為時(shí)間ss2分別反映內(nèi)部降解變化和外部影響 由于長江水流狀態(tài)一般為穩(wěn)定、均勻流動(dòng)狀態(tài)，與江長相比，水面寬度很小，可認(rèn)為污染物濃度在橫斷面上分布比較均勻，即對同一地點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)采樣在無外界環(huán)境的影響下，可認(rèn)為污染物濃度不隨時(shí)間變化。所以DO的權(quán)重賦值取C i/ Si的倒數(shù)，即其中，Ii （i =1,2,3）表示第i種污染物的權(quán)重；Ci 表示第i種污染物的濃度實(shí)測均值；Si為第i種污染物的六個(gè)級(jí)別濃度標(biāo)準(zhǔn)限值的均值。權(quán)重是衡量因子集中某一因子對水質(zhì)污染程度影響相對大小的量,權(quán)重系數(shù)越大,則該因子對水質(zhì)的影響程度越大。由于劣Ⅴ類污染物指標(biāo)較極端，我們根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將水質(zhì)分成5級(jí)。模糊綜合評價(jià)是由給出的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測值,經(jīng)過模糊變換,對待評價(jià)對象給出總的評價(jià)的一種方法。對于問題四，長江水體的污染日益嚴(yán)重，急待解決的是如何使未來10年內(nèi)每年的干流Ⅳ、Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水。對于問題三，根據(jù)過去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，要對未來10年的水質(zhì)污染作出科學(xué)的預(yù)測，這也是治理長江的迫切需要。建模時(shí)需要找出影響水質(zhì)的各主要因素，確定評價(jià)因子集、評價(jià)集、隸屬函數(shù)，然后通過計(jì)算各因素的權(quán)重和隸屬度，得到綜合隸屬度，確定水質(zhì)級(jí)別。（4）根據(jù)預(yù)測分析，如果未來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,那么每年需要處理多少污水？ （5）對解決長江水質(zhì)污染問題提出切實(shí)可行的建議和意見。根據(jù)檢測， (單位：1/天)。結(jié)果如下（單位：%）：年份2005200620072008200920102011201220132014比例若要求未來10年內(nèi)每年長江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例都控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水，則每年需要處理的污水量為（單位：億噸）： 20052006200720082009污水年處理量 20102011201220132014污水年處理量最后針對所作的水質(zhì)評價(jià)與預(yù)測，提出解決長江水質(zhì)污染問題的切實(shí)可行的建議和意見。改進(jìn)穩(wěn)態(tài)一維對流擴(kuò)散水質(zhì)模型，分別求出長江干流上六個(gè)江段高錳酸鹽（CODMn）和氨氮(NH3N)的污染量。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?zhí)顚懲暾娜? 參賽隊(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)評閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評閱前進(jìn)行編號(hào)）：高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽編 號(hào) 專 用 頁賽區(qū)評閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評閱前進(jìn)行編號(hào)）：賽區(qū)評閱記錄（可供賽區(qū)評閱時(shí)使用）：評閱人評分備注全國統(tǒng)一編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)送交全國前編號(hào)）：全國評閱編號(hào)（由全國組委會(huì)評閱前進(jìn)行編號(hào)）：長江水質(zhì)的量化評價(jià)與預(yù)測分析摘要本文分析評價(jià)了長江近年的水質(zhì)情況，確定出長江主要污染源，并分析預(yù)測了未來10年長江的污染情況。高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽承 諾 書我們仔細(xì)閱讀了中國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的競賽規(guī)則.我們完全明白，在競賽開始后參賽隊(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)的問題。如有違反競賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。%，%，%，%，%，并得到各斷面的水質(zhì)情況。用MATLAB編程求解得出10年后可飲用水的河長預(yù)測比例。一般說來，江河自身對污染物都有一定的自然凈化能力，反映這種能力的指標(biāo)稱為降解系數(shù)。（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(jì)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。模糊綜合評價(jià)就是由給出的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測值，經(jīng)過模糊變換，對待評價(jià)對象給出總的評價(jià)的一種方法。再結(jié)合支流、湖泊的地理位置及支流觀測站的污染濃度數(shù)據(jù)，作出相關(guān)圖象，進(jìn)行分析。信息不完整，預(yù)測范圍過大，故用曲線擬合法、多元回歸模型等可能得不到令人滿意的結(jié)果，所以應(yīng)尋求其他方法。四、變量與符號(hào)說明符號(hào)說明單位Q水流量m3/sC污染物濃度mg/LW污染指標(biāo)權(quán)重——u水流速m/sx河道長度kmt時(shí)間sk降解系數(shù) k=1/天五、模型建立與求解（一）問題一水質(zhì)污染情況是一個(gè)模糊概念，在進(jìn)行長江水質(zhì)綜合評價(jià)時(shí)很難給出確切的表達(dá)，可以考慮利用模糊理論進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)[1]。
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