关于对长江水质的评价和预测的分析

关于对长江水质的评价和预测的分析

摘要

本文研究的是长江水质的综合评价和水质污染预测问题。

问题一：关于对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并分析各地区的水质污染状况。我们通过对附件3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的分析，依据《地表水环境质量标准》，应用模糊数学综合评价法，建立了水质综合评价模型一。总体上看长江近两年来大部分地区受到不同程度的污染，个别地区污染十分严重，需要加强治理。例如，江西南昌滁槎、四川乐山岷江大桥污染比较严重。

问题二：在确定长江干流一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源时，我们沿用模型一的思想，认为干流上观测站（地区）的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水，并在合理假设的基础上，建立关系函数，计算出了长江干流近一年多主要污染物为高锰酸盐和氨氮的污染源主要都在湖南岳阳城陵矶地区。

问题三：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，利用灰色预测方法建立模型二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。结果表明，未来10年内的长江水质发展趋势不容乐观，到2012年长江生态系统已濒于崩溃。

问题四：通过模型二的预测方法得到数据，可以计算出每年需要处理的污水总量、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水质所占比例，到2012年达到极限，其污水处理量达到269.31亿吨，与年污水排放总量持平。此后，只有完全处理所有排放的污水才能满足题目要求。

关键词：模糊数学综合评价灰色预测治理污水

一问题重述

1.1 问题的背景

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。

水是人类赖以生存的资源，保护水资源就是保护我们自己，对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中之重。专家们呼吁：“以人为本，建设文明和谐社会，改善人与自然的环境，减少污染。”

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，从长江上游宜宾到下游上海，对沿线21个重点城市做了实地考察，揭示了一幅长江污染的真实画面，其污染程度让人触目惊心。为此，专家们提出“若不及时拯救，长江生态10年内将濒临崩溃”（附件１），并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤（附件2）。

附件3给出了长江沿线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。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)。附件4是“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。

1.2 问题的提出

请你们研究下列问题：

（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？

（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。

附表: 《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）

二 模型的假设

1. 假设一个观测站（地区）的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。

2. 假设在长江干流当前观测点的位置逆流而上到前一个干流观测点时，其支流的主要指标的污染度都归结到前一个干流观测点处，即到达当前观测点的污染度不在中途增加。

3.反映江河自然净化能力的指标称为降解系数，假设长江干流的自然净化能力认为是近似均匀的，其主要污染物高锰酸盐和氨氮的降解系数通常介于0.1～0.5之间，我们取0.2 (单位：1/天)。

4.Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类水为可饮用水，不在污染考虑的范围内；Ⅳ，Ⅴ，劣Ⅴ类水属于被污染的范畴。

5.不考虑污染带内任一点的污染物浓度随机性，可以认为污染物浓度均匀分布。

6.在解决第二个问题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时，不考虑支流上排放的污水对干流的影响。并且长江各个时期的水流速和水流量均匀相等，不会因为土沙的淤积而有所影响。

7.在对长江未来水质污染的发展趋势做预测分析时，假设未来十年内不会发生重大的灾情。

8.从长江上游到下游，从四川攀枝花到江苏南京林山的7个干流观测点分别标识为站点1到7，从四川乐山岷江大桥到江苏扬州三江营的10个支流观测点分别标识为站点8到17。

三 符号说明

ij I ： 一个无量纲数,表示第i 个观测站第j 个评价指标的实际监测值相于水质标准超标

的倍数3,2,1;17,,2,1(==j i

ij C ：第i 个观测站第j 个评价指标的观测值)3,2,1;17,,2,1(==j i j S ：第j 个评价指标各级别水质标准限值的均值。)3,2,1(=j ij W ：第i 个观测站第j 个评价指标的权重)3,2,1;17,,2,1(==j i

i R ：第i 个观测站的模糊评价矩阵)17,2,1( =i )0,20,40,60,80,100(=P 评分集

i C ：对第i 个观测站的总评分值)17,2,1( =i D ：t 时刻的污染物的剩余数量

0D ：初始时刻的污染物的数量

t ：水流行走经过的时间

i A ：第i 个干流观测站水流量)7,2,1( =i

ij B ：第i 个干流观测站第j 个主要污染物排污量)2,1;7,,2,1(==j i ij t ：第i 个干流观测站第j 个主要污染物的浓度)2,1;7,,2,1(==j i

α：降解系数，对各种主要污染物均取0.2（1/天）

i T ：水流从江段起点处观测站出发，到达江段终点处观测站所用时间（单位：天）

)6,2,1( =i

i L ：第i 个江段长度（单位：km ）)6,2,1( =i i V ：每个干流观测站水流速监测值)7,2,1( =i

i V ：第i 个江段上水流的平均水流速度（单位：m/s ）)6,2,1( =i

i D :未来10年内第i 年的污水处理量（亿吨）

），，（101 =i i H :未来10内年第i 年Ⅳ，Ⅴ类水排总共放的百分比（%）），，（101 =i i R :未来10内年第i 年污水排放总量（亿吨））

，，（101 =i