长江水质分析国家一等奖优秀论文

长江水质的评价和预测

摘要：本文运用多种算法对长江水质进行综合评价。

对于问题1，采用判别分析法，建立了判别分析模型，借助了SAS软件求出了17个监测点在过去两年多平均各级水所占的比例。

对于问题2，借助matlab软件，运用了极限的思想，求出了长江干流上相邻两个监测点之间污染物NH3-N和CODMn浓度的变化范围，得出结论：NH3-N主要来源于四川攀枝花到湖南岳阳城陵矶河段的流域，CODMn主要来源于重庆朱沱到江西九江河西水河段流域。

对于问题3，运用灰色预测理论，以每年污水排放总量为变量，建立了GM（1,1）单变量灰色预测模型，借助于matlab得出未来十年污水年排放总量，结果如下表所示：

对于问题4，运用线性插值法求取干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例刚好在20%时的临界点，并结合具体情况讨论及计算得出未来十年每年应该处理的污水量。

对于问题5，主要是总结长江主要面临的问题，得出了长江整体水质碱性偏高及其最主要污染物是NH3-N的结论，并给出了合理治理建议。

长江水质的评价和预测

1.问题重述

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。”

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。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。

请我们研究下列问题：

（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）我们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

2.问题分析

对于问题1，长江近两年来受到一定的污染，但是没有对其污染程度做过任何的综合分析，现对长江沿途的17个观测站进行4个污染源的监控。我们以原观测的数据为判别样本，以各观测站观测数据的平均值作为样品，判别样品的水质等级，从而综合评价长江水质污染情况。同理可得，统计各观测站两年多来出现水质等级的次数以分析各地区水质的污染状况。

对于问题2，采取分段分析的方法。由于水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。考虑两种极限情况，第一种情况，污水全部在上一个观测站外排入干流，此时可求得此段污水排入的最大值；另一种情况污水全部在此观测站的地区排入干流，此时可求得此段污水排入的最小值。

对于问题3，已知长江水质污染的近10年的数据统计进行未来10年数据的预测分析。我们可以使用线性回归或时间序列的方法预测长江未来10年废水排放量，但这两种方法误差性比较大，得不到理想的结果，故可以考虑使用灰色预测模型法进行分析，得到的结果相对合理

对于问题4，首先统计分析过去十年的水质，称每年每立方米的水中平均排入的污水量为平均排污量，算出过去十年每一年的平均排污量。以题目给出的干流的IV类和V 类水的比例在20%以内且没有劣V类水为标准，给过去十年的水质是否需要进行污水

处理作出评判，通过线性插值找出恰好需要进行污水处理时的平均排污量 ，那么不需要进行污水处理的最大排污量 。

3. 模型假设与符号说明

3.1 模型假设

(1) 附件所给的原始数据足够准确；

(2) 未来十年内长江流域不发生十分重大的地质灾害； (3) 长江干流河面宽度大小趋于一致。 3.2 符号说明

第 观测点的水流速度

恰好需要进行污水处理时的平均排污量 近十年长江总流量的平均值 不需要进行污水处理的最大排污量

污染物排入后污染物的浓度 两观测点之间的平均水流速度

污染物从排入干流点到下一观测站间的距离

污染物从排入干流点到下一观测站所经历的时间（天） 第 观测点的平均水流量 第 测点污染物的平均浓度 最大排污量（亿吨） 最小排污量（亿吨） （ ） 生成数第K 次累加生成数列

灰色预测模型中的残差值

4. 问题1的分析解答

4.1站点水质级别判别分析

设有m 个总体:12,,

,(2)m G G G m ,它们的均值,协方差阵分别为