長(zhǎng)江水質(zhì)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)建模論文

1、高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽承 諾 書我們仔細(xì)閱讀了中國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的競(jìng)賽規(guī)那么.我們完全明白，在競(jìng)賽開始后參賽隊(duì)員不能以任何方式包括 、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等與隊(duì)外的任何人包括指導(dǎo)教師研究、討論與賽題有關(guān)的問(wèn)題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競(jìng)賽規(guī)那么的, 如果引用別人的成果或其他公開的資料包括網(wǎng)上查到的資料，必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競(jìng)賽規(guī)那么，以保證競(jìng)賽的公正、公平性。如有違反競(jìng)賽規(guī)那么的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。我們參賽選擇的題號(hào)是從A/B/C/D中選擇一項(xiàng)填寫： B 我們的參賽報(bào)名號(hào)為如果賽區(qū)設(shè)置報(bào)名號(hào)的話： 所屬學(xué)

2、校請(qǐng)?zhí)顚懲暾娜?參賽隊(duì)員 (打印并簽名) ：1. 2. 3. 指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人 (打印并簽名)： 日期： 年 月 日賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)：高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編 號(hào) 專 用 頁(yè)賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)：賽區(qū)評(píng)閱記錄可供賽區(qū)評(píng)閱時(shí)使用：評(píng)閱人評(píng)分備注全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)由賽區(qū)組委會(huì)送交全國(guó)前編號(hào)：全國(guó)評(píng)閱編號(hào)由全國(guó)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)：長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)摘要：本文討論如何設(shè)計(jì)對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)污染情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)各個(gè)地區(qū)水質(zhì)污染狀況分析，并判斷出污染物高錳酸鹽和氨氮的主要污染源，以及對(duì)未來(lái)水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型，然后根據(jù)預(yù)測(cè)的情況對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)的水質(zhì)情

3、況采取切實(shí)可行的 治理方案，并提出合理的建議與意見(jiàn)。根據(jù)題目附件中已有的數(shù)據(jù)和搜集的一些綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)實(shí)際情況作了適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，對(duì)不同要求的題目建立了不同模型并進(jìn)行了較為完整的求解。1針對(duì)問(wèn)題1，本文首先對(duì)附件3中2003.62005.9這兩年多來(lái)不同地區(qū)不同月份的各種影響水質(zhì)情況的主要因子的含量數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后采用了BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法對(duì)長(zhǎng)江近兩年多的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，并具體分析了各個(gè)地區(qū)的水質(zhì)污染狀況。評(píng)價(jià)結(jié)果為：兩年多來(lái)，長(zhǎng)江 水質(zhì)根本，其中高錳酸鹽和氨氮含量較多，溶解氧有90%以上。2針對(duì)問(wèn)題2，我們建立了一維河流水質(zhì)模型，將各個(gè)地區(qū)的上游地區(qū)作為污染源

4、，利用一維河流水質(zhì)模型根本方程，求出上游地區(qū)擴(kuò)散到本地的污染物的濃度。再利用附件3給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，求出各個(gè)地區(qū)排放的高錳酸鹽和氨氮的濃度，作出折線圖，進(jìn)行比擬。并計(jì)算了平均值作為輔助評(píng)價(jià)。最后得出高錳酸鹽的主要污染源是湖南岳陽(yáng)，氨氮的主要污染源是湖南岳陽(yáng)和重慶朱沱。3針對(duì)問(wèn)題3，本文對(duì)附件4中水質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為了更好的對(duì)未來(lái)10年的水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用了BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。對(duì)所求的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出水質(zhì)污染狀況的長(zhǎng)期趨勢(shì)：類河長(zhǎng)百分比成下降趨勢(shì)，及劣類河長(zhǎng)百分比總體呈上升趨勢(shì)。4針對(duì)問(wèn)題4，此題以問(wèn)題三預(yù)測(cè)的水文年干流的未來(lái)10年里各類水的含量為根底，需要處理的水有兩個(gè)局部，一

5、局部是類水和類水，第二局部是劣類水。根據(jù)過(guò)去10年長(zhǎng)江總水量預(yù)測(cè)出未來(lái)10年總水量并分別與各年需要處理的水所占的百分比相乘，便得到了每年需要處理的廢水量。最后結(jié)果為：時(shí)間2005200620072021202120212021202120212021需要處理的污水量 /億噸34383692370336903664363636133598359135885針對(duì)問(wèn)題5，由文中所求出的一些數(shù)據(jù)，在大致了解長(zhǎng)江污染的情況下，結(jié)合預(yù)測(cè)模型得出的結(jié)果，提出了一些較為可行的建議和意見(jiàn)。關(guān)鍵字:綜合評(píng)價(jià) 一維河流水質(zhì)模型 水質(zhì)預(yù)測(cè) BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 問(wèn)題重述問(wèn)題的背景水是人類賴以生存的資源，保護(hù)水資源就是保護(hù)

6、我們自己，對(duì)于我國(guó)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(zhǎng)江是我國(guó)第一、世界第三大河流，長(zhǎng)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。2004年10月，由全國(guó)政協(xié)與中國(guó)開展研究院聯(lián)合組成“保護(hù)長(zhǎng)江萬(wàn)里行考察團(tuán)，從長(zhǎng)江上游宜賓到下游上海，對(duì)沿線21個(gè)重點(diǎn)城市做了實(shí)地考察，揭示了一幅長(zhǎng)江污染的真實(shí)畫面，其污染程度讓人觸目驚心。為此，專家們提出“假設(shè)不及時(shí)拯救，長(zhǎng)江生態(tài)10年內(nèi)將瀕臨崩潰附件，并發(fā)出了“拿什么拯救癌變長(zhǎng)江的呼喚附件2。(單位：1/天)。附件4是“19952004年長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告給出的主

7、要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。下面的附表是國(guó)標(biāo)(GB3838-2002) 給出的?地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?中4個(gè)主要工程標(biāo)準(zhǔn)限值，其中、類為可飲用水。1對(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)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假設(shè)不采取更有效的治理措施，依照過(guò)去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的開展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析，比方研究未來(lái)10年的情況。4根據(jù)你的預(yù)測(cè)分析，如果未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的類和類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣類水,那么每年需要處理多少污水？ 5你對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題有什么切實(shí)可行的建議和意見(jiàn)。問(wèn)題分

8、析長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河。發(fā)源于青藏高原唐古拉山主峰各拉丹東的西南側(cè)。干流自青藏高原蜿蜒東流，經(jīng)青海省、西藏自治區(qū)、四川省、云南省、湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江蘇省和上海市10個(gè)省、區(qū)、市，在上海市注入東海。全長(zhǎng)6300千米。流域面積180多萬(wàn)平方千米，占全國(guó)面積的15。長(zhǎng)江由河源到河口橫跨中國(guó)地形上的三級(jí)巨大階梯，穿過(guò)不同的地質(zhì)構(gòu)造和巖層，沿途接納支流的匯入，對(duì)長(zhǎng)江的河谷形態(tài)和水流特性產(chǎn)生不同的影響。按水文、地貌特點(diǎn)把干流劃分為上、中、下游3段：從河源至宜昌市為上游段，宜昌市至湖口為中游段，湖口以下為下游段。在長(zhǎng)江干流21個(gè)城市江段中，污染帶總長(zhǎng)，其中南京長(zhǎng)、武漢、上海、岳陽(yáng)、重慶、鎮(zhèn)江。

9、在上海、南京、武漢、重慶、攀枝花等21個(gè)沿江城市被調(diào)查的790km江段中，已形成560km的污染帶。長(zhǎng)江水資源是長(zhǎng)江流域億多人口賴以生存的物質(zhì)根底，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)開展的根底保證，長(zhǎng)江流域水資源雖然相比照擬豐富，但總量還是有限的，且時(shí)空分布不均勻，水又是一種十分脆弱的自然資源，極易受到污染和破壞。題目要求要求討論四種主要污染物的對(duì)長(zhǎng)江的污染情況，并建立相應(yīng)的模型，提出治理污染，保護(hù)長(zhǎng)江的建議和意見(jiàn)。問(wèn)題一：對(duì)長(zhǎng)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。題目附件3中給出了2003.62005.9這兩年多來(lái)不同地區(qū)不同月份的的各種影響水質(zhì)情況的主要因子的含量，要對(duì)長(zhǎng)江近兩年多

10、的水質(zhì)情況做出定量的綜合評(píng)價(jià)，就要對(duì)這些數(shù)字進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和分析的預(yù)處理，然后再建立一種量化的綜合評(píng)價(jià)模型。目前國(guó)內(nèi)最根本的綜合評(píng)價(jià)模型主要有模糊模式識(shí)別評(píng)價(jià)法，灰關(guān)聯(lián)模式識(shí)別法，BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有類似人的大腦思維過(guò)程，可以模擬人腦解決某些具有模糊性和不確定性問(wèn)題的能力。因此，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)對(duì)新樣本的識(shí)別與評(píng)價(jià)，對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于長(zhǎng)江近兩年多水質(zhì)情況的定量綜合評(píng)價(jià)，可以把所求的各個(gè)地區(qū)各個(gè)月份的綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行平均，對(duì)照?水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及綜合評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系表?進(jìn)行水質(zhì)類別評(píng)定，再具體利用各個(gè)指標(biāo)的均值進(jìn)行具體的分析。對(duì)于各個(gè)地區(qū)的水質(zhì)污

11、染狀況的分析，通過(guò)對(duì)各地區(qū)綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行排序，可以比擬出地區(qū)之間的污染狀況，也可對(duì)照?水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及綜合評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系表?進(jìn)行水質(zhì)類別評(píng)定，對(duì)于同一類級(jí)別的水，可以再通過(guò)各個(gè)指標(biāo)的均值進(jìn)行分析與比擬，找出影響其水質(zhì)的主要因子。問(wèn)題二：研究、分析長(zhǎng)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)?題中給出了2004.42005.4這一年多來(lái)不同地區(qū)不同月份的高錳酸鹽和氨氮的含量，由于只需考慮干流，故各支流情況不予考慮。要分析主要污染源，就需要知道各地區(qū)在相同時(shí)間內(nèi)排放的高錳酸鹽和氨氮的量，換句話說(shuō)，我們只需比擬相同時(shí)期的排放量即可。題中所給的各地區(qū)高錳酸鹽和氨氮含量值包括兩個(gè)

12、方面，一是本地向長(zhǎng)江排放的高錳酸鹽和氨氮，二是上游排放的高錳酸鹽和氨氮通過(guò)水流擴(kuò)散進(jìn)入本地。本地含量可用水流量乘以濃度再乘以時(shí)間，所以要求出本地排放量關(guān)鍵是求出上流擴(kuò)散到本地的高錳酸鹽和氨氮的量。四川地區(qū)為起始位置，由于四川的上游西藏地區(qū)對(duì)長(zhǎng)江的污染較小，這里假設(shè)污染為零，故它的排放量就是四川地區(qū)的含量；其他地區(qū)的含量利用擴(kuò)散方程，建立一維水質(zhì)擴(kuò)散模型，將上游地區(qū)作為擴(kuò)散源，知道了擴(kuò)散源的濃度、水流速度、距離等相關(guān)信息，即可求出上游地區(qū)擴(kuò)散到該地的量，從而求出該地的排放量。將一年多各個(gè)地區(qū)的高錳酸鹽和氨氮的排放量分別求出，繪出時(shí)間和排放量的曲線圖，通過(guò)觀察比擬即可知道高錳酸鹽和氨氮的主要來(lái)源，

13、同時(shí)可繪出一年來(lái)高錳酸鹽和氨氮的排放量的平均值作為輔助評(píng)價(jià)。問(wèn)題三： 假設(shè)不采取更有效的治理措施，依照過(guò)去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的開展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析，比方研究未來(lái)10年的情況。題中附件4給出了1995年2004年長(zhǎng)江流域水質(zhì)報(bào)告，其中包括了每一年各個(gè)時(shí)段的全流域、干流、支流內(nèi)類類類類類劣類水所占的百分比，以及每年排放的總廢水量。與第一問(wèn)類似，需要對(duì)所給的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再采用一種水質(zhì)預(yù)測(cè)模型，常用的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型有，水質(zhì)數(shù)學(xué)模擬預(yù)測(cè)，多元回歸模式，灰色預(yù)測(cè)模型法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模并行、分布式存儲(chǔ)與處理、自組織、自適應(yīng)與自學(xué)習(xí)的能力，特別適用于處理需要

14、同時(shí)考慮許多因素和條件的、不精確的和模糊的信息處理問(wèn)題。經(jīng)過(guò)第一問(wèn)的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)，此題依然采用了BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)未來(lái)十年長(zhǎng)江水質(zhì)污染情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于預(yù)測(cè)出的數(shù)據(jù)，在Excel表格中繪制折線圖，可以看出未來(lái)十年各類水質(zhì)的開展趨勢(shì)，即包括了豐水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中類類類類類劣類水在未來(lái)10年里占總水量的百分比變化趨勢(shì)。問(wèn)題四：根據(jù)你的預(yù)測(cè)分析，如果未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的類和類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣類水,那么每年需要處理多少污水？ 此題以問(wèn)題三預(yù)測(cè)的水文年干流的未來(lái)10年里各類水的含量為根底，需要處理的水有兩個(gè)局部，一局部是類水和類水，

15、第二局部是劣類水。按照要求對(duì)這兩局部水進(jìn)行處理，即使類水和類水比例控制在20%以內(nèi)，且不含有劣類水，根據(jù)過(guò)去10年長(zhǎng)江總水量預(yù)測(cè)出未來(lái)10年總水量并分別與各年需要處理的水所占的百分比相乘，便得到了每年需要處理的廢水量。問(wèn)題五：你對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題有什么切實(shí)可行的建議和意見(jiàn)。 此題是一道論述題，應(yīng)當(dāng)結(jié)合本文所求出的一些數(shù)據(jù)，提出一些較為符合實(shí)際的，對(duì)減輕長(zhǎng)江污染、提高長(zhǎng)江水質(zhì)有益的建議。條件假設(shè)假設(shè)長(zhǎng)江流經(jīng)西藏時(shí)受到的污染忽略不計(jì)，污染從四川地區(qū)開始計(jì)算。不考慮江上縱向深度的擴(kuò)散。各污染物的含量在一定時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的。問(wèn)題中只考慮影響水質(zhì)的四種主要影響因子。主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的降解系

16、數(shù)取0.2，并且該系數(shù)不隨時(shí)間變化。在預(yù)測(cè)的十年里不發(fā)生干旱洪水等自然災(zāi)害，相關(guān)政策無(wú)大的變動(dòng)。符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明單位pH標(biāo)準(zhǔn)化之前的值pH標(biāo)準(zhǔn)化之后的值地區(qū)處的水流速地區(qū)處的相應(yīng)污染物的濃度/天模型的建立與求解問(wèn)題一：對(duì)長(zhǎng)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。首先對(duì)附錄3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化。這里有四個(gè)主要因子：pH，DO,CODMn,NH3-N。對(duì)于pH值的標(biāo)準(zhǔn)化處理，按如下公式：對(duì)于DO的標(biāo)準(zhǔn)化處理，因?yàn)槠涫切б嫘鸵蜃?，即其值越大，水質(zhì)越好，可按如下公式進(jìn)行處理：對(duì)于CODMn,NH3-N的標(biāo)準(zhǔn)化處理，因?yàn)槠涫潜惧X型因子，即其值越大，水質(zhì)越

17、差，可按如下公式進(jìn)行處理：處理數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄。接下來(lái)就是BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的建立，這一過(guò)程可通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，從提供的近兩年的數(shù)據(jù)來(lái)看，根據(jù)?地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?劃定的標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)不同月份各地水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的類別不是絕對(duì)的。對(duì)水質(zhì)的情況，需要給出一種綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以解決此問(wèn)題。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人腦對(duì)采樣數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)之后，過(guò)程中記錄調(diào)整各神經(jīng)元的閾值和節(jié)點(diǎn)間的權(quán)值，再對(duì)輸入各數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算輸出。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的非線性映射能力、泛化能力、容錯(cuò)能力對(duì)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生是一種很好的方法.由于各個(gè)因子的量綱不同，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行上述的標(biāo)準(zhǔn)化處理到0,1區(qū)間。BP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的輸

18、入向量：0.3 0.733333333 1 10.3 1 1 1; 目標(biāo)向量：t=0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0;具體實(shí)現(xiàn)：在matlab環(huán)境下可以直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的函數(shù)來(lái)完成。整體包括學(xué)習(xí)過(guò)程和輸入數(shù)據(jù)測(cè)試輸出結(jié)果過(guò)程，train()函數(shù)訓(xùn)練后導(dǎo)入數(shù)據(jù)。構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)，對(duì)采樣值生成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。1利用matlab數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)創(chuàng)立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2選擇適宜的訓(xùn)練函數(shù)及參數(shù)。這里設(shè)置隱含層為15個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。參數(shù)epochs設(shè)為5000。3輸入水質(zhì)4項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。4進(jìn)行MATLAB仿真設(shè)計(jì)。，計(jì)算出各個(gè)地區(qū)各個(gè)月份的綜合評(píng)價(jià)值見(jiàn)附錄。對(duì)于長(zhǎng)江近兩年多的水質(zhì)污染情況綜合評(píng)價(jià)，可以把綜合

19、評(píng)價(jià)值對(duì)照下表進(jìn)行水質(zhì)類別評(píng)定。 表一：水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及綜合評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系水質(zhì)等級(jí)pHDOCODMnNH3-N綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)0011劣11111結(jié)果如下：表二：各個(gè)地區(qū)的近兩年多綜合評(píng)價(jià)值與測(cè)評(píng)等級(jí)序號(hào)點(diǎn)位名稱綜合評(píng)價(jià)值評(píng)測(cè)等級(jí)1四川攀枝花類水2重慶朱沱類水3湖北宜昌南津關(guān)類水4湖南岳陽(yáng)城陵磯類水5江西九江河西水廠類水6安徽安慶皖河口類水7江蘇南京林山類水8四川樂(lè)山岷江大橋類水9四川宜賓涼姜溝類水10四川瀘州沱江二橋類水11湖北丹江口胡家?guī)X類水12湖南長(zhǎng)沙新港類水13湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓類水14湖北武漢宗關(guān)類水15江西南昌滁槎類水16江西九江蛤蟆石類水17江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)類水所有點(diǎn)位綜合評(píng)價(jià)值均值

20、類水表三：各個(gè)地區(qū)近兩年多四項(xiàng)主要指標(biāo)的均值點(diǎn)位名稱pH*DOCODMnNH3-N四川攀枝花重慶朱沱湖北宜昌南津關(guān)湖南岳陽(yáng)城陵磯江西九江河西水廠安徽安慶皖河口江蘇南京林山四川樂(lè)山岷江大橋四川宜賓涼姜溝四川瀘州沱江二橋湖北丹江口胡家?guī)X湖南長(zhǎng)沙新港湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓6湖北武漢宗關(guān)江西南昌滁槎江西九江蛤蟆石江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)綜合點(diǎn)位均值1525通過(guò)對(duì)表一、表二的分析可知：1.近兩年多來(lái)，長(zhǎng)江水質(zhì)根本屬于類水，其中高錳酸鹽和氨氮含量較多，溶解氧也有90%以上。2.從各個(gè)地區(qū)來(lái)看：表四：各地區(qū)水質(zhì)情況表點(diǎn)位名稱水質(zhì)類別主要污染指標(biāo)四川攀枝花類水重慶朱沱類水氨氮湖北宜昌南津關(guān)類水高錳酸鹽湖南岳陽(yáng)城陵磯類水高錳酸鹽

21、，氨氮江西九江河西水廠類水安徽安慶皖河口類水溶解氧江蘇南京林山類水溶解氧四川樂(lè)山岷江大橋類水溶解氧、高錳酸鹽、氨氮四川宜賓涼姜溝類水氨氮四川瀘州沱江二橋類水溶解氧，高錳酸鹽湖北丹江口胡家?guī)X類水湖南長(zhǎng)沙新港類水溶解氧湖南岳陽(yáng)岳陽(yáng)樓類水高錳酸鹽湖北武漢宗關(guān)類水高錳酸鹽江西南昌滁槎類水溶解氧、高錳酸鹽、氨氮江西九江蛤蟆石類水高錳酸鹽江蘇揚(yáng)州三江營(yíng)類水問(wèn)題二：研究、分析長(zhǎng)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)? 要研究一年多高錳酸鹽和氨氮的主要污染源，可以通過(guò)比擬同一時(shí)期各個(gè)地區(qū)在單位時(shí)間內(nèi)高錳酸鹽和氨氮的排放濃度。附錄3中表一給出了各個(gè)地區(qū)高錳酸鹽和氨氮的濃度，表二給出了各

22、站點(diǎn)間的距離、水流量和水流速。首先討論高錳酸鹽的污染情況。地區(qū)的高錳酸鹽含量=上游地區(qū)擴(kuò)散到此處的量+地區(qū)排放的量而地區(qū)的高錳酸鹽含量等于該地水流量乘以時(shí)間再乘以濃度這里時(shí)間取單位時(shí)間1s。因此要求地區(qū)排放的量關(guān)鍵是要求出上游地區(qū)擴(kuò)散到此處的量。下面建立求擴(kuò)散量的模型。由于這里不考慮縱向擴(kuò)散，且長(zhǎng)江的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬度，故這里建立長(zhǎng)江的一維水質(zhì)模型。一維水質(zhì)模型的概念：描述水質(zhì)組分的遷移變化在一個(gè)方向上是重要的，在另外兩個(gè)方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為一維水質(zhì)模型。一維河流水質(zhì)模型根本方程：這里是濃度，是擴(kuò)散系數(shù)，是河流速度，是擴(kuò)散的距離忽略擴(kuò)散項(xiàng)，沿程的坐標(biāo)，這是一個(gè)二階線性常微分方程，帶

23、入初始條件，方程的解為由題目中的條件，處即四川的高錳酸鹽含量可以求出。繼而可求出從處擴(kuò)散到處的高錳酸鹽的量，此處的擴(kuò)散方程為這里是處的高錳酸鹽含量。由于水流速度不是恒定的，故取。所以擴(kuò)散方程變?yōu)?*最后可得出：處高猛酸鹽的排放量= #用排放量除以水流量即可得到排放濃度。將附錄3中各組數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一化后代入上述方程*和#，再除以相應(yīng)水流量高錳酸鹽排放濃度如下表所示。表五各地區(qū)高錳酸鹽的排放濃度表 地區(qū) 月份四川重慶湖北湖南江西安徽南京1.4960112004.10 單位：g/并作出相應(yīng)的折線圖：圖一高錳酸鹽排放速率的平均值作為輔助評(píng)價(jià)：表六高錳酸鹽排放濃度的平均值地區(qū)四川重慶湖北湖南江西安徽南京平

24、均值單位：g/作出柱狀圖：圖二同理可求出各個(gè)地區(qū)的氨氮的排放濃度如下表所示：表七氨氮的排放濃度表 地區(qū) 月份四川重慶湖北湖南江西安徽南京0.3440112004.10 0.544119單位：g/并作出相應(yīng)的折線圖：圖三濃度的平均值作為輔助評(píng)價(jià)：表八氨氮排放濃度的平均值地區(qū)四川重慶湖北湖南江西安徽南京平均值單位：g/作出柱狀圖：圖四由上面所示數(shù)據(jù)，結(jié)合圖表，一望而知，高錳酸鹽的主要污染源為湖南岳陽(yáng)地區(qū)，；氨氮的主要污染源為湖南岳陽(yáng)和重慶朱沱，且重慶朱沱排放的氨氮濃度呈上升趨勢(shì)。 問(wèn)題三： 假設(shè)不采取更有效的治理措施，依照過(guò)去10年的主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江未來(lái)水質(zhì)污染的開展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析，比方研究

25、未來(lái)10年的情況。首先此題主要采用了過(guò)去10年里豐水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中類類類類類劣類水占總水量的百分比，把這些數(shù)據(jù)作為BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型樣本數(shù)據(jù)，利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)出未來(lái)10年里對(duì)應(yīng)的豐水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中類類類類類劣類水占總水量的百分比，數(shù)據(jù)如下表：表九：未來(lái)十年枯水期、豐水期、水文年的干流水各類水質(zhì)的預(yù)測(cè)情況未來(lái)十年枯水期干流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)200520062007202120210.233820212021202120212021未來(lái)十年豐水期干流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)2

26、0052006200720212021920212021202120212021未來(lái)十年水文年干流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)2005200620072021202120212021202120212021表十：未來(lái)十年枯水期、豐水期、水文年的支流水各類水質(zhì)的預(yù)測(cè)情況未來(lái)十年枯水期支流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)2005200620072021202120212021202120212021未來(lái)十年豐水期支流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)200520062007202120213820212021202120212021未來(lái)十年水文年支

27、流水質(zhì)情況時(shí)間類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)類水質(zhì)劣水質(zhì)20052006200720212021520212021202120212021繪制折線圖，如下：圖五圖六圖七圖八圖九圖十問(wèn)題四：根據(jù)你的預(yù)測(cè)分析，如果未來(lái)10年內(nèi)每年都要求長(zhǎng)江干流的類和類水的比例控制在20%以內(nèi)，且沒(méi)有劣類水,那么每年需要處理多少污水？ 由問(wèn)題3所得數(shù)據(jù)，類和類水超過(guò)20%的局部需要處理，所有劣類水都需要處理，因此把需要處理的污水量的百分比乘以長(zhǎng)江平均總流量即為需要處理的污水量，由此列出如下表格：表十一：未來(lái)十年污水處理情況表時(shí)間類和類水之和劣類水需要處理的水長(zhǎng)江平均總流量/億立方米需要處理的污水量 /億噸20052006

28、200720212021913120212021202120212021問(wèn)題五：你對(duì)解決長(zhǎng)江水質(zhì)污染問(wèn)題有什么切實(shí)可行的建議和意見(jiàn)。由本文所求的一些數(shù)據(jù)可以知道，長(zhǎng)江在最近幾年內(nèi)受到了非常嚴(yán)重的污染，并且這種污染正逐步加劇。長(zhǎng)江水資源是長(zhǎng)江流域4億多人口賴以生存的物質(zhì)根底，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)開展的根底保證，為實(shí)現(xiàn)新時(shí)期長(zhǎng)江水源保護(hù)戰(zhàn)略目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)流域可持續(xù)開展，對(duì)長(zhǎng)江流域水資源保護(hù)提出以下對(duì)策：提高水資源保護(hù)意識(shí)利用多種方式，加強(qiáng)宣傳教育和輿論監(jiān)督，使社會(huì)各界和公眾了解和遵守水的各項(xiàng)法律，強(qiáng)化人們的水資源保護(hù)意識(shí)，特別是要提高各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部環(huán)境保護(hù)的國(guó)策意識(shí)，增強(qiáng)緊迫感和危機(jī)感，使保護(hù)水資源變成全民的自

29、覺(jué)行為。建立完善的公眾參與制度，齊心協(xié)力，加快防治和保護(hù)步伐，為當(dāng)代和子孫后代留下一個(gè)美好的水環(huán)境和生存空間。加強(qiáng)長(zhǎng)江流域監(jiān)督管理?xiàng)l塊分割的管理體制，人為地將系統(tǒng)、完善的水系分割開，“多龍治水，難以實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局。水資源保護(hù)應(yīng)遵照流域水資源與水環(huán)境一體化、水量與水質(zhì)并重的原那么進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控，制定和規(guī)劃整個(gè)流域的水資源保護(hù)目標(biāo)、措施和要求，理順關(guān)系、健全機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)流域水資源保護(hù)和管理，加快水資源保護(hù)決策支持系統(tǒng)建設(shè)。完善法律制度1將可持續(xù)開展的立法思想貫穿到?憲法?中去2改革排污收費(fèi)制度一是改良收費(fèi)依據(jù)，由濃度收費(fèi)過(guò)渡到排放總量收費(fèi)。濃度指標(biāo)與總量指標(biāo)相結(jié)合，在排放濃度控

30、制的根底上，實(shí)行總量控制，這不僅與我國(guó)“九五期間實(shí)施主要污染物排放總量控制的環(huán)保主要任務(wù)相一致，還可從根本上解決空氣、水對(duì)污染物稀釋的問(wèn)題，可有效削減污染排放。二是采用多因子疊加收費(fèi)取代單因子收費(fèi)。對(duì)于同一污染源中多種污染物疊加收費(fèi)，污染者承當(dāng)其污染行為的全部責(zé)任，這樣才符合污染者付費(fèi)原那么。三是收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)開展、物價(jià)水平變化而作相應(yīng)調(diào)整，使收費(fèi)水平略高于設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，這可刺激企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備治理污染。四是實(shí)施超標(biāo)排污收費(fèi)向排污收費(fèi)的轉(zhuǎn)變，無(wú)論是何種污染，排污即收費(fèi)，超標(biāo)即罰款，充分、合理利用資源，使環(huán)境污染程度控制在環(huán)境承載力之內(nèi)。模型的評(píng)價(jià)1優(yōu)點(diǎn):文章真實(shí)性強(qiáng)，論文中的模型都是自行推導(dǎo)建

31、立的；建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合評(píng)價(jià)模型、一維水質(zhì)擴(kuò)散模型、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型能與實(shí)際緊密聯(lián)系，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，使得模型具有很好的通用性和推廣性；模型的計(jì)算采用專業(yè)的MATLAB軟件，可信度較高；對(duì)模型中涉及到的眾多影響因素進(jìn)行了一般性分析，使得論文有說(shuō)服力；本文在研究各種污染產(chǎn)生的影響時(shí)，將數(shù)據(jù)、表格和圖示相結(jié)合，使結(jié)果一目了然。2缺點(diǎn)：雖然建立的模型比擬完美，但是利用計(jì)算機(jī)在計(jì)算的過(guò)程中由于數(shù)據(jù)的龐大，影響了運(yùn)行速度；在第二問(wèn)的計(jì)算過(guò)程中用的速度是兩地之間的平均速度，并且假設(shè)主要污染物高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的降解系數(shù)為0.2，所以使得模型的計(jì)算與實(shí)際情況會(huì)有所偏差；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

32、預(yù)測(cè)方法測(cè)算過(guò)程復(fù)雜，需要建立多個(gè)回歸模型，計(jì)算量大，所需的系數(shù)多，因?yàn)槊總€(gè)系數(shù)的計(jì)算過(guò)程都有誤差，這就導(dǎo)致累計(jì)誤差增大；且由于各個(gè)數(shù)據(jù)之間相互制約，相互影響，即系統(tǒng)存在非線性，這種方法只考慮問(wèn)題的線性特特征，容易導(dǎo)致較大的測(cè)算誤差，而且訓(xùn)練的時(shí)間較長(zhǎng)；建立的一維河流水質(zhì)模型雖然使得考慮的擴(kuò)散問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單，但忽略了水質(zhì)深度和寬度的擴(kuò)散，與實(shí)際問(wèn)題是有一定偏差的；模型的推廣通過(guò)對(duì)題目的解讀不難發(fā)現(xiàn)這是一類綜合評(píng)價(jià)和對(duì)未來(lái)情況預(yù)測(cè)的問(wèn)題。本文建立的是一個(gè)對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的模型，仔細(xì)分析建立的模型，不難發(fā)現(xiàn)：這個(gè)模型不僅適用于各類水的水質(zhì)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)問(wèn)題，它對(duì)于與之相關(guān)的綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的問(wèn)題都可

33、以起到指導(dǎo)作用。此題的求解是一個(gè)典型的綜合評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的問(wèn)題，模型的使用范圍非常廣泛，在各種水的水質(zhì)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，各種商品未來(lái)銷售情況的預(yù)測(cè)，學(xué)生綜合成績(jī)的評(píng)價(jià)等領(lǐng)域都有著積極的指導(dǎo)意義?？傊采婕暗綄?duì)事物的綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的問(wèn)題，都可以用本模型進(jìn)行解決。參考文獻(xiàn)1邱靖，楊毅，基于改良BP網(wǎng)絡(luò)模型的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型的研究，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，第22卷第三期，2007年5月。2王凡，周揚(yáng)，劉偉，常用水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法討論，安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，第37卷第三十一期，2021年。3李奇珍，何軍仕，水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法討論，人民黃河，第29卷第一期，2007年。4杜偉，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的探索，天津大學(xué)碩士學(xué)位論

34、文，2007年。5莫慧芳，谷愛(ài)昱，張新政，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)預(yù)測(cè)方法的研究，控制工程，第11卷增刊，2004年5月。6環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與和影響預(yù)測(cè)，豆丁網(wǎng)，第13頁(yè)。7王靜，太湖流域河網(wǎng)一維水質(zhì)模型研究，學(xué)位論文，環(huán)境科學(xué)。8徐智廷，李河海，6S-P概化模型在臨沂水功能區(qū)納污能力分析中的應(yīng)用，期刊論文,水資源保護(hù)ISTIC PKU -2007年3期。附錄：%利用BP算法實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)%數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，及對(duì)給出0,1標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)的綜合分析clear all;x=inforMatrix; %獲取各個(gè)樣本值0.30.733333333110.3111; %設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)%volume,P=biaozhu

35、nxilie;net.trainparam.epochs=5000; %設(shè)置迭代次數(shù)%構(gòu)造BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)net=newff(0 1;0 1;0 1;0 1,15,1,tansig,logsig);net.trainparam.lr=0.05; %net.trainparam.goal=0.000001;%訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)net=train(net,B,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0);%網(wǎng)絡(luò)泛化for i=1:3y2=sim(net,x(:,:,17)endy3=sim(net,B)y2;function B=inforMatrix;0.30.080.1066666670.075;0.3

36、0.4013333330.1066666670.16;0.30.2866666670.11333333310.30.1973333330.2533333330.095;0.30.4613333330.05133333310.30.2320.0733333330.205;0.30.1733333330.1210.300.1933333330.205;0.300.210.300.120.19;0.300300.1333333330.18;0.30.0440.20666666710.300.080.145;0.30.1426666670.36666666710.30.882

37、6666670.610.300.160.12;0.30030.4173333330.25333333310.30.2226666670.110.300.1266666670.1;0.30.0053333330.1466666670.195;0.30.1133333330.2733333330.19;0.30.3253333330.05333333310.30.1186666670.2533333330.16;0.30.0053333330.260.14;0.30.1093333330.3466666670.24;0.30.0973333330.3333333330.155;B(:,:,17)=0.300300.2066666670.135;0.30.0186666670.47333333310.300.1666666670.105;B(:,:,19)=100.28666666710.300.320.085;B(:,:,20)=0.30.040.310.300.1733333330.21;