長江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測模型


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長江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測模型

摘要………………………………………….1
問題的提出………………………………….2
問題的分析………………………………….2
模型假設(shè)…………………………………….3
符號(hào)說明…………………………………….3
模型建立…………………………………….3
模型求解…………………………………….7
模型有缺點(diǎn)和改進(jìn)方向……………………15
建議和意見…………………………….….15


摘要：
為解決問題一，本文建立了一個(gè)綜合評(píng)價(jià)模型，提出了水質(zhì)質(zhì)量指數(shù)概念,把影響水質(zhì)的因素量化，并利用了模糊數(shù)學(xué)的層次分析法分析各因素權(quán)重,通過做加權(quán)平均,得出水質(zhì)質(zhì)量分指數(shù)量化值，從而對(duì)長江水質(zhì)作出了定量的綜合評(píng)價(jià),并分析各地區(qū)的污染狀況。對(duì)于問題二,本文巧妙的建立了一個(gè)流速、流量、河長與濃度的關(guān)系,從而得出沒有污染時(shí),觀測點(diǎn)的理想值,并作出對(duì)比圖像,簡單明了的分析出長江主要污染物高錳酸鹽和氨氮污染源所在地區(qū)。
對(duì)于問題三,本文根據(jù)灰色系統(tǒng)理論,建立GM(1,1)預(yù)測模型,利用長江前十年各等級(jí)水質(zhì)所占河長及百分,預(yù)測出各等級(jí)水質(zhì)未來十年所占河長。另外，在模型三的基礎(chǔ)上，建立了多元線形回歸模型，較好的解決了若未來十年長江干流第IV類和第V類水的比例控制在20%以上，且沒有劣V類水，每年需要處理的污水量的問題。
本文運(yùn)用了SPSS和Matlab軟件，并編寫C++程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解和檢驗(yàn)，與實(shí)際情況吻合很好。最后根據(jù)我們模型所得出的結(jié)論，對(duì)長江水質(zhì)污染的解決提出了一些建議和意見，可以為長江的治污和防治提供一定的參考。





關(guān)鍵詞：綜合評(píng)價(jià) 灰色預(yù)測 線性回歸






一 問題的提出
水是人類賴以生存的資源，保護(hù)水資源就是保護(hù)我們自己，對(duì)于我國大江大河水資源的保護(hù)和治理應(yīng)是重中之重。專家們呼吁：“以人為本，建設(shè)文明和諧社會(huì)，改善人與自然的環(huán)境，減少污染?！?
長江是我國第一、世界第三大河流，長江水質(zhì)的污染程度日趨嚴(yán)重，已引起了相關(guān)政府部門和專家們的高度重視。因此，對(duì)長江水質(zhì)狀況的評(píng)價(jià)和預(yù)測就十分重要，根據(jù)附1，2，3，4給出了有關(guān)情況和數(shù)據(jù)，解決以下問題：
（1）對(duì)長江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，并分析各地區(qū)水質(zhì)
的污染狀況。
（2）研究、分析長江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要在哪些地區(qū)?
（3）假如不采取更有效的治理措施，依照過去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測分析，比如研究未來10年的情況。
（4）根據(jù)你的預(yù)測分析，如果未來10年內(nèi)每年都要求長江干流的Ⅳ類和Ⅴ類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒有劣Ⅴ類水,那么每年需要處理多少污水？
（5）你對(duì)解決長江水質(zhì)污染問題有什么切實(shí)可行的建議和意見。

二 問題的分析
●問題一：
因?yàn)槲覀兒雎粤似溆嗟囊蛩刂豢紤]溶解氧，高錳酸鹽，氨氮。所以要考慮這些因素所對(duì)長江水質(zhì)的影響?？紤]到它們都很難量化，而對(duì)于這些因素的權(quán)重計(jì)算，我們認(rèn)為模糊數(shù)學(xué)中的層次分析法較為適用，具體方法將在后面給出。有了各影響因子的權(quán)重，我們就可以和各因子的分指數(shù)加權(quán)平均算出水質(zhì)質(zhì)量指數(shù)，并定量地綜合評(píng)價(jià)長江近兩年多的水質(zhì)情況并分析各地區(qū)水質(zhì)的污染狀況。
●問題二：
為分析長江干流近一年多主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的污染源主要在哪些地區(qū)，考慮長江干流七個(gè)觀測站，按會(huì)使長江流向依次排列。從第一個(gè)到第二個(gè)時(shí)，水域自己的降解污染有一定減小，通過上一個(gè)觀測站便可預(yù)測出到下一個(gè)觀測站沒有被污染的理想值，與實(shí)際值比較，便可得出，該地區(qū)是否是高錳酸鹽或氨氮的污染源。
●問題三：
依照過去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),在假設(shè)不考慮不采取更有效的治理措施的情況下,由于數(shù)據(jù)的規(guī)律性較差,我們認(rèn)為可以運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論建立GM(1,1)灰色預(yù)測模型,對(duì)長江未來水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢(shì)做出合理的預(yù)測分析,可得出在未來十年內(nèi)長江各類水的河段長度。
●問題四：
由于廢水排放量和各類水有一定的正比例關(guān)系,運(yùn)用多元線性回歸的方法做出廢水與各類水的線性關(guān)系式,并根據(jù)問題三的預(yù)測分析結(jié)果,可計(jì)算出每年需要處理的污水量。

三 模型假設(shè)
●總體假設(shè)：
1.附件中所給數(shù)據(jù)都是真實(shí)可信的。
2.居民正常生活所排放污水能被長江水體自然降解。
●問題一二假設(shè)：
1．對(duì)長江其余非主要污染物忽略不計(jì)。
2．長江干流的自然凈化能力可以認(rèn)為是近似均勻的。
3．在兩站點(diǎn)之間流速不變。
●問題三假設(shè):
1．不考慮異常年的情況，如98年。
●問題四假設(shè):
1.第三問的前所有假設(shè)
2.假設(shè)流入長江污水的總量和各長江干流各類水質(zhì)的水量呈一個(gè)多元線性關(guān)系。
3.污水經(jīng)過處理后，劣V類水、V類水、IV類水的量都轉(zhuǎn)化為III類水，而且若V類水和IV類水的比例和大于20%時(shí)，我