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长江水质的量化评价与预测分析 摘要 本文分析评价了长江近年的水质情况，确定出长江主要污染源，并分析预测了未来10年长江的污染情况。 建立了模糊综合评价模型来评价长江水质。由所给17个观测站28个月的水质数据，分别求出每个观测站水质处于各类污染的隶属度，建立单因子模糊评判矩阵，结合评价指标的权系数向量，求出反映17个观测站水质状况的模糊综合评判矩阵，并进行归一化处理。求解得长江全流域1类水质断面占17.65% ，2类水质断面47.06%，3类水质断面23.53%，4类水质断面5.88%，5类水质断面5.88%，并得到各断面的水质情况。 改进稳态一维对流扩散水质模型，分别求出长江干流上六个江段高锰酸盐（CODMn）和氨氮(NH3-N)的污染量。再结合支流的地理位置及支流观测站的污染浓度数据，分析相关图象，得出长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐和氨氮的污染源均主要分布在：湖北宜昌湖南岳阳重庆朱沱湖北宜昌四川乐山 比例 67.55 66.22 64.71 63.24 61.81 60.40 59.03 57.69 56.38 55.10 若要求未来10年内每年长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例都控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水，则每年需要处理的污水量为（单位：亿吨）： 2005 2006 2007 2008 2009 污水年处理量 24.0897 28.6064 33.0651 37.6167 42.3310 2010 2011 2012 2013 2014 污水年处理量 47.2051 52.2562 57.5597 63.0846 68.8667 最后针对所作的水质评价与预测，提出解决长江水质污染问题的切实可行的建议和意见。 一、问题重述 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。 现已知长江沿线17个观测站（地区）近两年多主要水质指标的检测数据、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）以及“1995~2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。一般说来，江河自身对污染物都有一定的自然净化能力，反映这种能力的指标称为降解系数。根据检测，主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数可以考虑取0.2　(单位：1/天)。给出国标(GB3838-2002)《地表水环境质量标准项目标准限值。污染]。模糊综合评价是由给出的评价标准和实测值,经过模糊变换,对待评价对象给出总的评价的一种方法。水质污染程度是一个模糊概念，在进行评价时很难给出确切的表达，应用模糊理论处理问题，评价结果比较合理、更加接近客观实际。 下面建立模糊综合评价模型来解决两年多的水质综合评价问题。 1. 建立模糊评判矩阵 记模糊评判矩阵为，其中表示在第i个观测站测得的处于第j级污染程度的隶属度，隶属度是通过对隶属函数的计算来确定的，隶属函数一般采用“降半梯形”的函数。由于劣Ⅴ类污染物指标较极端，我们根据标准将水质分成5级。 以溶解氧（DO）为例，即溶解氧应有对应于5个级别的隶属函数。 以DO的监测值为自变量x,对第j级别的隶属度为（水质标准见附录8） 将各监测断面的监测数据代入前面确定的隶属函数中，就可以计算其隶属度，进而建立每个断面的单因子模糊评价矩阵（程序见附录2）。 2. 确定评价指标的权系数向量 当对多个（m个）目标进行综合模糊评价时，还要对各个目标分别加权。权重是衡量因子集中某一因子对水质污染程度影响相对大小的量,权重系数越大,则该因子对水质的影响程度越大。设第i个目标权系数为Wi，则可得权系数向量A=(W1,W2,…,Wm)，满足。这里仅需要考虑DO、CODMn，NH3-N 这三种污染物对水质的影响，对它们赋予不同的权重Wi。我们以污染物的超标情况决定权重，各因素的监测值相对于水质标准的超标越大,对污染的贡献越大,从而权重越大，可用下面的公式求权重系数： ①对于CODMn和NH3-N指标： Ii = ②对于DO指标，因为于DO 与其它因素性质相反,实测DO 浓度大,说明水质污染不严重,水质好。所以DO 的权重赋值取C i/ Si 的倒数，即 其中，Ii （i =1,2,3）表示第i 种污染物的权重；Ci 表示第i 种污染物的浓度实测均值；Si 为第i 种污染物的六个级别浓度标准限值的均值。为了进行模糊复合运算，还必须对各因子权重进行归一化处理,即: 根据各观测站中三种污染因素的实测浓度Ci 和平均浓度Si ，得到了因素权重分配集X 的归一处理化结果（程序见附录3）,如下表： 表1：三种因素权重的的归一化结果 观测站 溶解氧DO 高锰酸盐指数CODMn 氨氮NH3-N 1 0.5035 0.3223 0.1741 2 0.4650 0.2503 0.2846 3 0