全国数学建模 2005A 优秀论文

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1、长江水质污染的评价及预测（CUMCM2005A）【参考论文】2013-08-01NUPTsunp3975@163.com摘要本文对长江及各个地区水质现状做出定量综合评价和预测，并为控制长江水质计算出了每年的污水处理量。首先，为了克服评价标准的边界过于明确和监测误差对评价结果的影响，采用模糊评判的方法，对长江及沿途17个地区的水质做出综合评价。在此基础上，找出了长江水质的主要污染物是高锰酸盐和氨氮。然后，根据降解系数、时间和污染物浓度三者之间的关系，得到反映污染物浓度随时间变化的降解函数。再根据一个观测站的水质污染主要来源于本地排污

2、和上游污水，建立污染物的降解模型，得到长江干流各段排放的污染物质量。由此找到高锰酸盐和氨氮的主要污染源是宜昌至岳阳段。接下来，对长江水质的发展趋势和年废水排放量进行预测。由于各个水质类别的河长百分比反映了长江水质的状况，所以，对非饮用水（IV、V和劣V类水）的河长百分比进行时间序列分析，预测出未来十年，长江在三个时期（枯水期、丰水期和水文年）非饮用水的河长百分比。结果表明，长江水质污染的发展趋势是：污染状况逐年恶化，非饮用水所占河长比例逐年递增，且在十年内会超过50%。按同样的方法，可得年废水排放量也呈递增趋势。在此基础上利用预测

3、的结果，在满足每年长江干流IV类和V类水的比例之和小于20%、且没有劣V类水的要求下，得出长江每年可承受的最大废水量，再同预测的废水排放量相结合，得到未来十年(2005~2014)中每年至少需要处理的污水量分别为：21.2、37.9、46.1、54.3、57.6、81.5、95.7、107.7、121.3、134.7（亿吨）。最后，针对长江水质污染问题提出了切实可行的建议和意见。2/19一、问题重述长江是我国第一、世界第三大河流，长江的水质的污染程度日趋严重，有专家预言：如不及时拯救，长江生态10年内将濒临崩溃。了解长江水质污染现

4、状，找出原因并采取相应措施刻不容缓。现给出如下数据：《地表水环境质量标准》（国标(GB3838-2002)）中给出了4个主要项目（PH值、溶解氧、高锰酸盐和氨氮的浓度）标准限值，和六种类别（I、II、III、IV、V和劣V类其中I、II、III类为可饮用水）。《长江流域主要城市水质检测报告》长江沿线17个观测站2003.6至2005.9主要水质指标的检测数据（提供PH值、溶解氧、高锰酸盐和氨氮的浓度及每个月的水质类别）《长江干流主要观测站点的基本数据》长江干流上７个观测站2004.04至2005.4的基本数据（站点距离、水流量和水

5、流速）。《1995年~2004年长江流域水质报告》枯水期，丰水期，水文年三个时期干、支流上六类水质的河长及相应的百分比。基于这些数据，我们需要做如下工作：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10年水质污染的发展趋势做出预测分析。4.根据（3）中的预测分析，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

6、,计算出每年需要处理的污水量。5.对解决长江水质污染问题提出实可行的建议和意见。二、问题分析为了了解长江的污染程度，先对长江水质做出定量综合评价，找出主要污染源，并对未来十年长江水质的发展趋势进行预测。在此基础上，对污水的排放进行管理，以保证长江的可饮用水量。2.1各地区水质污染状况分析及长江水质的综合评价2.1.1各地区水质污染状况分析现有的数据是长江沿途17个观测站在2003.6至2005.9的28个月的四项检测指标3/19（溶解氧、高锰酸盐、氨氮和PH值）的实测值。为了较为贴切地反映出各地区水质的污染状况，对四项监测项目分类

7、统计，找出每个监测项目的最大值、最小值、平均值。在此基础上，还应该确定出该地区的关键污染因子。所谓的关键污染因子就是指对该地区的水质级别起着决定性作用的污染物。如果四个监测项目中存在一个处于最高级别的项目，那么该项目就是该地区的关键污染因子。但是，对于至少两个项目都处在较高级别上的情况，就不好判断了。并且，从《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）可以看出，水质的类别是根据4个主要项目标准限值来判定的，并且哪个项目的类别最高，就将水质归为那一类。因为水质从一个类别到下一个类别，中间经历了一个量变到质变的连续过渡过程，使得这

8、样的评价结果过于明确。为了克服评价标准的边界过于明确和监测误差对评价结果的影响，我们采用模糊数学法，找出各个监测项目在六个类别上的隶属度，由此确定每个地区的关键污染因子。2.1.2长江水质的定量综合评价由于17个观测站的数据在时间和空间上都是离散的