《长江水质综合评价模型论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长江水质综合评价模型论文.docx（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2013高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了全国大学生数学建模竞赛章程和全国大学生数学建模竞赛参赛规则（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则
2、的行为，我们将受到严肃处理。我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：参赛队员(打印并签名)：1.2.3.指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：（论文纸质版与电子版中的以上信息必须一致，只是电子版中无需签名。以上内容请仔细核对，提交后将不再允许做任何修改。如填写错误，论文可能被取消评奖资格。）日期：年月日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2013高教社
3、杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：长江水质评价及预测模型的建立与分析一摘要水资源污染日趋严重，本文仅就长江流域若干观测点的最近10年的观测数据进行建模分析，探讨水资源污染的预测与控制的问题。针对问题一、我们首先采用模糊综合评判法进行评价，通过对原始数据进行归一化综合处理，确定了水质新的综合评判指标函数。在对整个长江流域所有观测站的位置关系作一定的简化假设后,得到长江综合评定函数值=,水质为良好,对各观测点水质情况给
4、出相应的评价：主要污染的为四川乐山崛江大桥和江西南昌滁搓,主要污染物为氨氮。针对问题二、考虑到江水的流动性和自降解性，测点浓度不能与污染源等同起来，所以我们把每个监测值看作是由上游对它的影响和本地污染两部分组成的。所以我们考虑水流速度、测点间距计算出降解次数，进而计算出一个测点对下一个测点的影响度，通过减去来自上游的影响进而求出每个测点的本地污染度。这样就可以通过比较本地污染度找出主要污染源了。具体计算出主要污染源有:江西南昌滁槎、四川泸州沱江二桥、四川乐山岷江大桥、湖南长沙新港、湖南岳阳城陵矶、重庆朱沱、湖南岳阳楼等地区。针对问题三、问题要求预测未来十年的水质污染趋势，我们用预测未来10年中
5、六种水的比例来评价水质污染趋势。具体用灰色系统方法进行预测。又由于每年的总评价河长不一样，所以不能直接预测，但是比例是不会变的，我们把10年的六种水的比例用同一个总价河长（我们假定为10000）转化。再进行预测，得出未来10年的六种水的河长，然后再转化为比例值。可以看出未来10年长江劣类水越来多，污染越来越严重。针对问题四、我们把6种水重新分为3类：清洁水（I、和）、污染水（和）、劣质水（）。用灰色系统方法预测未来10年原6种水的比例，折算出新3类水的比例，建立废水率与3类水比例的逐步回归模型，确定未来10年每一年废水率与各种水比例之间的回归方程。然后根据回归方程得到在控制状态下（和类不超过2
6、0%、劣类没有）的废水率，然后与不加控制的预测值进行比较，得到需要处理的废水量（亿吨）。2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年79.497.5118.9141.9166.1192.6231.3261.3294.8330.1针对问题五、根据我们所做模型的分析和预测结果，以及目前我国治理长江水质污染的现状给出：合理制定工业发展规划、污水处理设施的利用、控制排污总量、加大执法力度等四点建议和意见。关键词：水质评价 模糊综合评价 综合指数评价 灰色系统 逐步回归2二问题的重述、提出针对问题一根据长江近两年多的水质情况做出定量综合评价，并且各
7、地区水质的污染状况。需要我们中各种物质的浓度进行测定，分析是否超过某个标准的过程。题目中只给出了4种物质作为评价指标。通过查阅资料我们知道一般分析水质情况的方法有指数评价法、模糊评价法、灰色评价法、物元分析法、人工神经网络评价法等诸多方法1。我们在这里先用模糊评价法作出评价，然后用比较简单常用的指数评价法进行验证。针对问题二通过对长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的研究、分析，判断这两个污染源主要在哪些地区，需要我们根据附件三提供的各个测点的污染物的浓度值进行分析，但是题目只给出了各个测点的污染物的浓度值，我们很容易理解一个测点的监测值高不一定说明该点就是主要污染源。因为江水是流动的
8、，一个测点的数据应该包括两个部分，即来自上游的污染物的影响和本地的污染物的浓度。各测点本地污染物的浓度才是我们考察的目标。那么上游污染物对下测点的影响度该怎么计算呢？这就要考虑两测点间距离、水流速度及污染物降解与上游污染物影响度之间的关系。针对问题三通过依照过去10年的主要统计数据，不考虑治理措施，对长江未来水质污染的发展趋势做出预测，分析未来10年的情况。需要我们根据历史数据支持和题目所给数据的特点：过去10年每一年中6类水的比例，以及水流量总量及排污量等不确定因素。我们可以灰色系统方法进行预测。且用一年中6类水的比例也可充分表明水质状况。针对问题四通过根据我们的预测分析，要求未来10年内每
9、年长江干流的类和类水的比例控制在20%以内，且没有劣类水,计算出每年需要处理污水的量。需要我们在问题三的预测中知道6类水的比例反映水质污染的程度，且题目也是要求我们通过对污水的处理达到对6类水的比例进行控制的目的，即6类水的比例是我们的控制目标，污水量是我们的控制点。所以我们要先找到污水量与6类水比例之间的关系，我们采用多元回归对污水排放比例和6类水的比例进行逐步回归分析，这样我们可以得到一个回归方程，它就是我们要找排污比例与6类水比例之间的关系式，通过它我们就可以在给定控制标准下的污水排放上限，然后跟我们预测的不加控制的排污量比较就得到了需要处理的污水量。针对问题五提出我们对解决长江水质污染
10、问题切实可行的建议和意见。需要我们从实际出发了解长江水质污染问题的根本所在，提出合理化建议。题目附件中给出了解决上述问题的各类数据：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);附件4是“19952004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据;附表是地表水环境质量标准中4个主要项目标准限值，其中、类为可饮用水。污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数，考虑取0.2(单位：1/天)。已知条件：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；污染物都有一定的自然净化能力(指标称为降解系数
11、)；自然净化能力可以认为是近似均匀的。三符号说明符号意义xkk=1,2,3,4四个项目指标的实际测量值xkk=1,2,3,4归一化的水质指标值ak(k=1,2,3,4)四个项目指标的权重(xk)ij（i=1,2, ,17;j=1,2, ,28;k=1,2,3,4）第i个观测点第j个月归一化后的水质指标值xij第i个观测点第j个月的水质综合指标值Qi1第i个观测站水质的综合值Qi2第i个观测站水质为不可饮用水的月份个数Ri水量整个长江流域水质综合评价函数Di每一个观测点对应的水域长度Si对应水流横截面积Lij第i个观测点第j个月的水流量vij第i个观测点第j个月的水流速度Czj和 Nzj平均得到
12、支流每个测点CODMn和NH3-N的监测值Wj综合指标Vj各测点水流速度四基本假设1.假设污染物排放入长江后迅速混合在水中。2.假设我们研究的长江是一条平直的河流。3.假设各检测指标无相互作用。4.假设一个地区的污染只来自于上游的污水和本地区的排污。5.假设预测不考虑突变因素，如洪水、干旱等。6.假设溶解氧(DO)浓度越高水质越好，不考虑过含氧情况。7.假设所给数据真实可靠。8.假设水质状况只与题目给我们的 4 个项目有关，不考虑其他项目五模型的建立和求解5.1长江水质的综合评价模型5.1.1数据的标准化处理和综合(此段概念说明，如在二问题中的笔墨较多，则可有可无。)按照上述要求,根据附表中提
13、供的项 目标准限值,对数据归一化处理: 以一个观测点某一时刻为例,依次记四个项目指标的实际测量值为xk, 归一化的水质指标值 xkk=1,2,3,41）溶解氧的处理 首先将数据作极小化处理，即令倒数变换 x*=1x1，然后通过极差变换将其数据标准化，即令 x1=x*0.5， 1 2)指标高锰酸盐指数的处理 对所有高锰酸盐数据作极差处将其数据标准化，即令x2=x215， 23) 指标氨氮的处理 对所有氨氮数据作极差处理，将其数据标准化，即令x3=x32， 14) 指标PH值的处理 PH 值 (酸碱度 )的大小反映出水质呈酸碱性的程度。通常的水生物都适应于中性水质，即酸碱度的平衡值 (PH值略大于 7)，在这里不妨取正常值7，偏离值越大水质就越坏 。为此，对所有的 PH值数据作均值差处理将其数据标准化，即令x4=fx=12x4-7, &x477-x4, &x41 (k=14ak=1) (5) 5.1.2单个观测点水质的评估向量和长江全流域水质的综合评价知道了一个观测点28个月份的水质综合指标，要求对该观测点的综合评价能够反映水质情况、是否可饮用和可饮用的程度等目
