基于灰色系统的长江水质预测和评价模型

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1、基于灰色系统的长江水质的评价与预测模型【摘要】本文主要基于灰色系统对长江水质进行评价和预测。对于问题1，利用灰关联的方法对17个断面在28个时间点的水质与各级标准水质进行关联分析，对一个样本，用关联度最大的级别作为样本的水质级别，以此来进行定量综合评价，与单项评价方法的结果基本一致。通过对一个断面在时间上的纵向对比，根据水质的好坏分成了5个层级，然后综合17个断面的情况做出了总体评价。对于问题2，本文建立了一维污染物扩散模型，求出7个河段的污染总量，得到污染物的主要污染源。的主要污染源为：朱陀到宜昌，宜昌到岳

2、阳。的主要污染源为宜昌到岳阳。问题3中考虑信息不完全的因素，利用灰色预测的方法，通过建立GM（1，1）模型对未来10年各种情况下的可饮用水的百分比和废水排放量进行了预测，以此预测长江水质的污染状况，通过分析发现可饮用水所占百分比逐年减小，废水排放量逐年增长，水质恶化不断加剧。问题4中，对废水的相对排放量和类水百分比、劣类水百分比建立二元回归模型。利用问题3的灰色预测的方法得到未来10年的总流量和污水排放量，结合题目条件，求出每年需处理的污水总量如表1所示（单位：亿吨）。年份200520062007200820

3、0920102011201220132014处理污水量84.9106128.3152177.1203.6231.8261.7293.4327.1最后，根据本文模型的计算，对长江水质污染的治理提出了几点行之有效的方法。关键词：灰关联灰色预测二元回归-14-一、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.现有长江沿线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（站点距离、水流量和水流速）.通常认为一个观测

4、站（地区）的水质污染主要来自于本地区的污染和上游的污水.一般来说，江河自身对污染物都有一定的自然净化能力，即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物降解等使水中污染物的浓度降低.反映江河自然净化能力的指标称为降解系数.事实上，长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的，根据检测可知，主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.1~0.5之间，比如可以考虑取0.2　(单位：1/天).又有“1995～2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据.下面的附表是国标(GB3838-2002)给出的《地表水

5、环境质量标准》中4个主要项目标准限值，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水.要研究的问题是：（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Ⅳ类和Ⅴ类水的比例控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水？

6、（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.表1:《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中4个主要项目标准限值单位：mg/L序号 分类            标准值 项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类劣Ⅴ类1溶解氧(DO) ≥7.5（或饱和率90%）6532　02高锰酸盐指数(CODMn)≤2461015∞3氨氮（NH3-N） ≤0.150.51.01.52.0∞4PH值（无量纲）6---9-14-二、模型假设1、所给数据是真实可靠的，能客观反映实际情况；2、水质状况只与题目所给的4个项目有关，

7、不考虑其他项目；3、高锰酸盐、氨氮的降解系数为0.2，且在讨论时间内保持不变；4、在短时间内，水流是均匀流，即每个观测断面水流速不随时间变化；5、污染物在水中只有在长度方向的运动，不考虑宽度和深度方向的扩散；6、长江干流的自净能力认为是近似均匀得，主要污染物高锰酸盐和氨氮的自身降解系数为0.2(单位：1/d)；7、长江未来10年的流量是稳定的，不会发生98年这样的特大洪水三、符号约定和背景知识3.1符号约定——分别为溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、PH——代表Ⅰ类、Ⅱ类、

8、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类.——断面的第个评价因子检测值——水质对应个评价因子与个断面的样本矩阵——《地表水环境质量标准》中第类水第个评价因子分类标准限值——水质分类标准矩阵——归一化样本矩阵后，断面的第个因子标准值——归一化标准矩阵后，第类水第个分类标准限值的标准值——断面与第类水的第个评价因子的关联度——断面的水质与第类水的关联度——断面的水质与第类水的关联度矩阵——断面的第个评价因子的权重——分