基于回归分析的长江水质预测与控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第7期工程数学学报Vo1．22No．72o05年l2月CHINESEJOURNALOFENGINEERINGMATHEMATICSDec．2005。⋯。--．．一一．：：：。文章!~：1005—3085(2005)07-0059-06基于回归分析的长江水质预测与控制路亮，刘睿，张齐。·指导教师：刘保东2(1一山东大学齐鲁软件学院，济南250101；2一山东大学数学与系统科学学院，济南250100)编者按：通过数学建模方法，本文对长江水域受污染的情况作出比较全面和量化的评价，对污

2、染源进行了比较深入的分析，得出明确的结论，同时也对长江未来的水质情况和污水处理形势做出量化的科学预测。特别值得推荐的是。作者对于污染源的特点和水质的不同性质进行了分类，对于控制水质与污水处理的策略具有积极的参考作用。作为大学生能够在短时间内，在一个问题中拓出多处有创意的概念和方法，实在难能可贵虽然文章仍有不足，仍希望引起读者关注，以期提高中国大学生的创造性能力摘要：本文采用频度统计和标准化方法对长江近井两年多的水质情况进行了分析和评价。并根据污染物氨氮和高锰酸盐污染源在时间和空问上的分布特点，采用一维河道水质模型计算给出了主要污染源

3、的分布。最后讨论了水质的两类特性以及长江水污染的预测与控制。关键词：污染源；污染物；水质：统计；预测分类号：AMS(2000)34B05；91B82中田分类号：X522文献标识码：A1引言水资源的保护问题是当今全球范围内讨论的焦点问题之一本文采用标准化公式对不同成分的污染物统一化处理，以此对长江水污染进行了定量的综合评价。然后通过分析污染物氨氮和锰酸盐污染源在时间和空间上的分布特点，得出如下结论：l1氨氮属单污染源持续污染型2)高锰酸盐属多污染源分时污染型。其中，赣江(鄱阳湖入口)是长江干流氨氮的主要污染源之一，而高锰酸盐则有多个污

4、染源。随后我们还引入一维河道水质模型来详细分析污染源。我们使用指数预测模型对长江后l0年废水排放总量预测、应用正态分布模型对长江总流量进行了验证及模拟并且得出了长江水质变化发展的特点：1)长江近l0年主要特点：II类，III类水具有缓冲性21长江后10年主要特点：I类，劣V类水具有两极性。然后我们比较了Logistic模型、线性回归模型在预测长江水质发展趋势方面的优劣并对两个模型分别进行了综合检验。最后得出了对长江未来1O年水质发展趋势估计(2005,,,2014)不可饮用水占总流量的百分比(％)，通过对回归模型进行控制，保证了一年

5、中长江劣V类水消失的概率为95％，并且使得长江干流的Ⅳ类和V类水的比例在20％以内。2问题与思路题目通过若干附件，给出了关于长江水质的统计数据。包括长江沿线l7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)。通常认为一个河段(地区)的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。一般说来，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维普资讯http://www.cqvip.com6O工程数学学报第22卷降解、化学降解和生物降解等使水中污染物的浓度

6、降低。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。根据题目的要求，我们认为长江干流的自然净化能力是近似均匀的。3基本假设1)水质评价指标为：溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODM)、氨氮(NH3一N)、pH值。而忽略水温、渗透压、混浊度(透明度)、色度、悬浮固体、蒸发残渣、含盐量(盐度)、硬度、化学耗氧量等较为复杂的水质情况的评价指标。2)长江干流的自然净化能力认为是近似均匀的，此处主要污染物高锰酸盐指数和氨氨的降解系数取为0．2(单位：1／天)。31不考虑长江支流的自然净化能力(题目中未给出相应数据)。4)长江的水质均匀变化，污染物浓

7、度不发生剧烈变化。51长江在未来的10年自然降雨量均衡分布，冰雪融化速率均衡，忽略发生特大洪水及冰雪大面积融化的情况。6)假定长江干流河道顺直、平滑。7)附件中给出的数据都是正确的。4水质现状综合评价与分析4．1近两年多长江水质现状综合评价对于问题1，通过对题目附件中给出近两年多(2003．06~2005．9)长江水质的检测数据的分析，我们发现长江干流的水质在近两年内能达到可饮用水的标准(即至少能达到国家规定的III类水质级别)，满足：溶解氧(DO)>_5mg／L；高锰酸盐指数(CODM)_<6mg／L,氨氮(NH3一N)1．0mg

8、／L。但有部分支流的污染比较严重，部分支流的高锰酸盐指数(CODM)及氨氮(NH3-N)严重超标，这部分污水不经处理直接排入长江，造成了长江水质的下降。当然，通过对目前的数据的分析，我们没有发现长江干流有达不到国家饮用水标准的情况。但