长江水质的评价预测模型

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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Vbl'22NO．72005年12月CHINESEJOURNALOFENGINEERINGMATHEMATICSDOC．2005文章编~-：1005—3085(2005)07—0041—06长江水质的评价预测模型谯程骏，张东辉，张敏指导教师：教练组(成都理工大学地球科学学院，成都610059)编者按：本文思路清晰，表述流畅，文章特点是；对同水质指标用不同方法做标准化处理．再综合评价，主要污染源位置的确定和未来水质发展趋势预测

2、等问题中均有完整的数学模型。不足之处是。没有结合长江水质的整体评价。摘要：奉问题是⋯个对长江的水质进行综合评价、预测和控制的问题。首先对各项数据做归一化处理；再建变权函数。确定四项水质指标的污染权值，进行动态加权，根据水质污染的指标对长江l7个观测站每个月的水质排序；再用决策分析方法中的Borda法对28个月进行水质综合排序。先假定排污口分别位于江段上游和下游的情况F。取均值作为江段单位时间排污量。在对长江未来水质污染的发展趋势作预测时，通过可饮用水(I类、II类、III类)和污染水(pc类、V类

3、)的比例变化来进行分析。建立排污量与时间的灰色预测模型，得出未来lO年的排污量。建立W饮用水和污染水与总流量和排污量的二元线性回归预测模型。从得到的结果看。可饮用水的比例逐年减少，水污染愈来愈严重。关于未来lO年污水处理量，主要在问题3的基础上。得小长江的极限载污量，与预测排污量相减，求得每年需要的污水量。关键词：Borda法；一维水质模型：祆色预测：二元线性回归预测分类号：AMS(2000192C35中图分类号：O212文献标识码：A1问题重述及模型假设(略)2问题分析问题l首先应采用合理的方法

4、实现数据的标准化。其次建立变权函数，确定四项标准物的污染度权值；根据水质综合的指标，对长江从上游到下游的17个观测点给出每个月的水质排序。再用决策分析方法对28个月进行水质综合排序。问题2通常认为一个观测站(地区)的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。把7个观测站点分为6个江段，计算各江段的排污量。利用一维水质模型可以得到每个江段中污染物浓度变化，再通过假设排污口的位置，结合流量计算各江段的单位时间排污量。以此确定主要污染源所在江段。问题3分两步解决本问题：第一步建立长江排污量与时间(年)

5、的数学模型：第二建立各级别水比例与总流量和排污量的关系模型。在问题3已建模型的基础上，问题4加上两个约束条件，求解得出长江的极限载污量，进而求得每年需要处理的污水量。3模型的建立与求解3．1问题1的模型建立与求解3．1．1数据的归一化处理维普资讯http://www.cqvip.com_T程数学学报第22卷11P日值的谷形处理由限值表知，对于IV类地表水，PH值介于6到9。在数据处理上，我们认为，由于中性液体的PH=7，随着液体P日~7(ap大于和小于)的值的增加，其被污染的程度越大，数据处理应反

6、映这个近似谷形关系。处理方法为=p，(1)J其中，P表示第i个地区第k个月的PH值(i=1，2，⋯，17；k=1，2，⋯，28)。2)DO值的归～化处理对于污染物而言，应该遵循值越大，污染越严重的原则。但对于溶解氧值，含量与污染度却成反向关系，因此，所选的隶属度函数必须是一个减函数。经过求解，得到所需的减函数隶属度函数为，dik：=J≮—U．1348Dt+，‘0≤Dik7．5(2一J)10，Dik>7．5．3)NH3一N值和GODMn值的归一化处理针对这两组数据的离散化程度并不是很高，可以采用极差

7、变换法。nNik～rain{M七}，0、ik赢’(J其中，(i=1，2，⋯，17；k：1，2，⋯，28)。于是得~1J17个地区28个月的NH3一N的归一化值Ttk。同理，得CODMn的归一化值Cik。4)归一化处理结果检测数据矩阵通过上述数据的处理方法，对附件3的28张检测表进行处理，就能得到17个地区28个月的检测数据矩阵：A~j(i=1，2，⋯，17；k=1，2，⋯，28；j=1，2，3，4)3．1．2变权函数的确定分析附件3，发现某地区的水质类别是由DO、Ⅳ日3一Ⅳ和ODMn含量决定的。且

8、由三者的最差级别决定。这种现象定义为水质类别的不越界性。定义限值表中I劣V六个等级的权值分别为{l，X2，3，X4，X5，x6}，发现只要权值间满足下列关系：z6：5≥2；5：X3≥3，(zl，2，3)相互接近可以有效地防止越界的发生。经过验证，一种可行的权值定量化为奶=2，5=9，=18。用变动权值的办法刻画模糊评语集f轻度污染，中度污染，严重污染)的等级权值。考虑到人们对于明显水质优劣有强烈的感觉，而对于同一个级别的水质类型感觉上的差异并不明显。通过心理函数，求出变动权值Xl，