长江水质的评价和预测

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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Vb1．22No．72005年12月CHINESEJOURNALOFENGINEERINGMATHEMATICSDCC．2005文章编~'：1005—3085(2005)07—0026—09长江水质的评价和预测李云锋，王勇，杨林指导教师：沈锦仁(中国人民解放军理工大学，南京210007)编者按：本文用差分方程和回归分析的方法对问题作了正确、恰当的分析处理，结果合理。具有一定的创造性摘要：本文利用长江流域近两年多主要城市水质检测数据，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

2、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=O．4331，水质为良好。主要污染物为氨氮。。通过建立污染浓度的反应扩散方程，本文用三种方法反演出未知的污染源强迫函数f(x，t)，并对f(x，t)的三种数据加以综合分析，分别给出了高锰酸钾盐和氨氮污染源的主要分布地区。为了对长江未来水质污染发展趋势进行预测，本文建立了回归分析模型并对回归系数进行了F检验，结果是如果不采取有效的治理措施。长江可饮用水将逐年下降，且10年后可饮用水所占长江水总量的比例将不到5O％。根据这一预测结果，我们进而使用二元线性回归模型。通过对各种不可饮用水进行综合考虑，得到如下结果：要在未来lO

3、年内使长江干流的不可饮用水(n，类和类水)的比例控制在2O％以内，且没有劣类水，那么每年污水处理量至少为75．195亿吨。关键词归一化；水质综合评判指标函数；反应扩散方程：回归分析分类号AMS(2000)76Z05中图分类号：O212文献标识码：A1长江水质的综合评价1．1问题的分析附件3．1(长江流域主要城市水质检测报告)从多方面反映了长江近两年多的水质情况，因此对于长江流域水质的综合评价，主要是对水质检测报告原始数据的处理。由于地表水环境质量标准四个主要项目指标(溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、PH值)的原始数据的量纲各不相同，首先对数据进行归一化和综合处理；又由于数据量较大，因此要

4、对归一后数据进行综合分析，在对数据进行处理的过程中，考虑下面要求：1)归一化后的数据能够反映可饮用水与不可饮用水的区别，为此将III类与类水的分界点作为界值点，赋值为1；2)对于任一个项目指标值来讲，数据越小，水质越好；3)四个项目指标综合后仍以1作为可饮用水与不可饮用水的分界点，且数据越小，水质越好。1．2理论分析与算法步骤1)数据的归一化和综合按照上述要求，根据附表中提供的项目标准限值，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P％，归一化的水质指标值(尼=1，2，3，4)。维普资讯http://www.cqvip.com第7期李云锋等：长江水质

5、的评价和预测27对于溶解氧(DO)，定义EP1=一o；(1)对于高锰酸钾指数(CODMn)，定义P2=；(2)对于氨氮(NH3一N)，定义P3=而P3．，(3)对于PH值来讲，由于PH值在6—9之间均为可饮用水。假设当PH值=7时，水质是最好的。作如下定义={一xp(p4—7：三；：c4记Pu为第i个观测点第J个月的水质综合指标值，(Pk)u为第i个观测点第J个月归一化后的水质指标值(i=1，2，⋯，17；j=1，2，⋯，28；=1，2，3，4)，考虑不同项目指标对水质影响程度的不同，将四个项目指标的权重设为0％(=1，2，3，4)。水质综合指标值Pu的表达式为{【量×(h3'4)，

6、，●max(Pk)~j，(Pk)u>1·一／2)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∑0知道了一个观测点28个月份的水质综合指标值，要求对该观测=点水质的综合评价能够、、一、、反映水质情况、是否可饮用和可饮用的程度等目标。由此构造各观测点水质综合指标向量Qt=【Q1，Q2】，其中1旦Qil∑‘j=t为第i个观测站水质的综合量值，Q2为第i个观测站水质为不可饮用水的月份个数。假设一个观测站代表一块水域，设该水域内水质均匀，水量为忍，17个观测站代表的水域覆盖了整个长江流域且不重复覆盖。构造整个长江流域水质综合评价函数为17∑1昆=号一．∑』0t=l1．3水质等级标准的确定

7、根据式(1)．(4)式对数据的处理方法，计算附表中四个主要项目标准限值对应指标值，为了便于以后的讨论计算，不妨将PH值按照氨氮的指标值严格的分类，取al=0．2，a2=a3：0．35，a4：0．1，根据(5)式计算四个项目标准对应的综合指标值，同时考虑水质污染月份的个数，将其分别对应到水质为优质、良好、轻微污染、污染和严重污染，则得到水质等级的划分标准见表1。1_4长江水质的综合评价维普资讯http://www.cqvip.com工程数学学报第22卷表1：