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时间:2019-10-12
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1、长江水质的评价和预测摘要本文在研究长江水质的过程中,运用综合评价模型、排污量模型、多元线性回归和线性规划模型对长江各地区水质情况进行了评价和预测,并针对解决其水质状况捉岀宝贵的建议。对问题一,由于各项水质指标的量纲不同,首先对各项水质指标进行标准化处理,然后针对同类和不同类水存在的差界,采用指标比例加权法建立综合评价模型z=AP,最后运用Matlab软件对水质情况做综合评价,得出观测站15的水质污染最严重,即,江西南昌滁槎赣江(鄱阳湖入口),干流上水质最好的是观测站3,即湖北宜昌南津关,干流(三峡水库出口),支流水质最好的是观测站11,即湖北丹江口胡家岭,丹江口水库体)。对问题二,由于观
2、测站的水质污染主要来口当地的排污和上游的污水,根据密度等丁•质量与体积Z比建立了排污量模型,求得各观测站在不同的时间的排污量为和长江干流屮主要污染物高镒酸盐和氨氮污染源的所在地,即重庆朱沱到湖南岳阳城陵矶两观测站之间。对问题三,因为各类水质的变化主要与总排污量和水流量有关,这里以可饮用水的比例总和为响应向量,根据过去十年的水质报告数据做多元回归分析,建立了多元线性冋归模型:y=ayx+by2+c求解得到可饮用水的比例与总排污量和水流量的关系,从而可对未來的水质情况(可饮用水的比例)进行预测分析,得到长江水质污染将日趋严重。对问题四,首先,以非劣质水的比例总和作为响应向量,利用问题三的方法
3、建立多元回归模型:Y=AY^BY.^C然后根据未来I-年t江干流水质要求IV和V泪水的比例控制在20%以内,没有劣质水,建立了线性规划模型,最后得到丰水期和枯水期的年污水排放量,与预测的年污水排放量对比,得长江干•流各个观测站的年需处理污水量区间。根据对长江水质的分析,可见长江已陷入深度危机,因此保护长江刻不容缓,究其存在的问题于不同方面提出了切实可行的建议。关键词指标比例加权法多元线性回归线性规划一•问题重述水是人类赖以生存的资源,因此,对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中Z重。2004年10月,由全国政协与中国发展研究院联合组成“保护长江万里行”考察团,经过对长江水质的实地考察
4、,专家们究其污染程度捉岀“若不及时拯救,长江生态10年内将濒临崩溃”,并发岀了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤。、题中给出了长江沿线各个观测站水质指标的基本数据。通常认为一个观测站(地区)的水质污染主要來门于本地区的排污和上游的污水。一般说來,江河门身对污染物都冇一定的自然净化能力,反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实上,t江干流的自然净化能力认为是近似均匀的,检测可知,主要污染物高镒酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.To.5之间,取0.2(单位:1/天)。木题要研究下列问题:1.综合评价(定量的)长江近两年多水质情况,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
5、污染物高镒酸盐指数和氨氮的污染源主要所在地?3.若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。4.根据上述预测分析,如果未来10年内毎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,那么每年需要处理的污水量?5.提出对解决长江水质污染问题的建议和意见。模型假设1.在长江的水质评价和预测屮,假设长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的11高镒酸盐指数和氨氮的降解系数取0.2(单位:1/天)。2.在长江的水质评价和预测中,假设观测站(地区)的水质污染来自丁•本地区的排污和上游的污水。3.在长江的水质评价和预测屮,假
6、设长江各干流观测站给出的的数据来自各观测站的库体,且各观测站的库体总容量相同。4.假设在一定的时间内流速是均匀的,水流断面变化不大5.长江水质情况只与酸碱度、溶解氧、高猛酸盐指数、氨氮的情况冇关,与其他无关三.符号说明P、:酸碱度的指标值P2:溶解氧的指标值4:高猛酸盐指数的指标值p4:氨氮的指标值Z:综合指标值A:比例权系数向量P生,j):第i个观测站在第j个刀的主要污染物的密度,:笫i个观测站在笫就个刀的排污量,几心):第iT个观测站在第j个月的密度(Pb(0,j)二0),va(ij):第i个观测站在第j个月的水流量,V:各观测站的库体总容量(令V二1000000000),心力:在第
7、j个刀第iT个观测站的时间(t(0,j)=0),5(/;y):第j个月从第i-l个观测站到第i个观测站的距离(s(1,j)=0),v(i,j):第i个观测站在第j个月的水流速。U!・模型的建立与求解4.1问题一的模型建立与求解首先,因为长江水质的各项水质指标存在量纲上的差异,所以对各项水质指标进行无纲化标准处理,使各项水质指标具有可比性。1.酸碱度(PH值)的无纲化标准处理:根据常识知,中性或略显碱性最适合生物的生长,而PII值正反
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