中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师: 长江水质的评价和预测数学模型 【摘要】:本文主要就长江近两年来的污染状况进行了综合评价,对长江主要污染 物的来源进行了来源分析,并根据近十年来的数据,利用水质综合指数模型、衰减模型 与拟合模型对长江水质的发展状况做了分析预测,由此求出了污水处理量。 在进行污染状况评价时,我们用一个水质综合指数综合了各项指标来描述水质情 在污染物来源分析中,运用衰减模型,描述了无外界新输入污染物条件下的污染物 变化情况,从而分析出污染物的大致来源 在对未来的水质发展预测时,采用了数值模拟的方法找出污染状况与废水排放量之 间的关系,并将废水排放量与时间联系起来,从而推算出污染状况与时间的关系,预测 未来水质的发展状况。由此来制订未来的治理计划 主要问题的结论: 长江水质评价: 全年水质干流目前较为平稳,多在II、II类之间徘徊。支流受丰水期、枯水 期影响较大,枯水期污染严重。 支流各地污染状况多样。四川乐山、四川泸州、湖南长沙、江西南昌水质很差 四川宜宾,九江蛤蟆石水质较差;湖南岳阳,湖北武汉,江苏扬州水质一般,丹江 口水质最好 2主要污染源分布 高锰酸盐指数( CODMn):岳阳,九江,宜昌三地附近及附近上游; 氨氮(NH3-N):岳阳,重庆,宜昌附近及附近上游 3未来十年水质预测: 如不采取有效治理措施,未来十年后,长江干流III类及其以上水质的河长将 不足30%,水质变得极其恶劣,生态崩溃。下面是丰水期的干流的的各类水比例变 化表供参考(其它结果见正文表11)。 年份 200520620072008200920102011201220132014 斤、Ⅱ、11(%)59.55551.748.34542.139.336.8|34.532.3 流劣V(%)13.616.719.622.324.72729.13132.734.3 4未来十年应处理的的污水量: 年份2005200620072008200920102011201220132014 污水处理量10012015017020023026029030370 注:污水量单位:亿吨 【关键词】:水质综合指数自然降解 最小二乘法评价项目 连续的评价分类离散的评价分类项目标准数值模拟
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - １ - 长江水质的评价和预测数学模型 【摘要】：本文主要就长江近两年来的污染状况进行了综合评价，对长江主要污染 物的来源进行了来源分析，并根据近十年来的数据，利用水质综合指数模型、衰减模型 与拟合模型对长江水质的发展状况做了分析预测，由此求出了污水处理量。 在进行污染状况评价时，我们用一个水质综合指数综合了各项指标来描述水质情 况。 在污染物来源分析中，运用衰减模型，描述了无外界新输入污染物条件下的污染物 变化情况，从而分析出污染物的大致来源。 在对未来的水质发展预测时，采用了数值模拟的方法找出污染状况与废水排放量之 间的关系，并将废水排放量与时间联系起来，从而推算出污染状况与时间的关系，预测 未来水质的发展状况。由此来制订未来的治理计划。 主要问题的结论： 1.长江水质评价： 全年水质干流目前较为平稳，多在 II、III 类之间徘徊。支流受丰水期、枯水 期影响较大，枯水期污染严重。 支流各地污染状况多样。四川乐山、四川泸州、湖南长沙、江西南昌水质很差； 四川宜宾，九江蛤蟆石水质较差；湖南岳阳，湖北武汉，江苏扬州水质一般，丹江 口水质最好。 2.主要污染源分布： 高锰酸盐指数(CODMn)：岳阳，九江，宜昌三地附近及附近上游； 氨氮（NH3－N）：岳阳，重庆，宜昌附近及附近上游。 3.未来十年水质预测： 如不采取有效治理措施，未来十年后，长江干流 III 类及其以上水质的河长将 不足 30%，水质变得极其恶劣，生态崩溃。下面是丰水期的干流的的各类水比例变 化表供参考（其它结果见正文表 11）。 年份 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 I、II、III（％） 59.5 55.5 51.7 48.3 45 42.1 39.3 36.8 34.5 32.3 IV、V（％） 26.9 27.8 28.7 29.5 30.2 30.9 31.6 32.2 32.8 33.4 干 流 劣 V（％） 13.6 16.7 19.6 22.3 24.7 27 29.1 31 32.7 34.3 4.未来十年应处理的的污水量： 年份 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 污水处理量 100 120 150 170 200 230 260 290 330 370 注：污水量单位：亿吨。 【关键词】： 水质综合指数 自然降解 最小二乘法 评价项目 连续的评价分类 离散的评价分类 项目标准 数值模拟
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师:刘新海 、问题的重述和分析 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。 现有长江沿线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)。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。一般说来,江河自身对 污染物都有一定的自然净化能力,即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物 降解等使水中污染物的浓度降低u。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实 上,长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的,根据检测可知,主要污染物高锰 酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.1~0.5之间,比如可以考虑取0.2(单位:1/ 天)。 又有“1995~2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。下面的附表是国 标(GB3838-2002)给出的《地表水环境质量标准》中4个主要项目标准限值,其中I I、Ⅲ类为可饮用水 要研究的问题是 (1)对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价,并分析各地区水质的污染 状况。 (2)研究、分析长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源主要 在哪些地区? (3)假如不采取更有效的治理措施,依照过去10年的主要统计数据,对长江未来 水质污染的发展趋势做出预测分析,比如研究未来10年的情况 (4)根据预测分析,如果未来10年内每年都要求长江干流的Ⅳ类和V类水的比例 控制在20%以内,且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水? (5)提出解决长江水质污染问题的切实可行的建议和意见。 附表:《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中4个主要项目标准限值 单位:mg/L 分类 标准值 序项目 I类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类V类劣V类 7.5 溶解氧(D0O)≥ (或饱和率6 90%) 2高锰酸盐指数(CODM)≤ 610|15 氨氮(NH3-N)≤ 0.15 叶 1.01.52.0 PH值(无量纲) 6---9 二、模型的假设和符号说明
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ２ - 一、问题的重述和分析 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。 现有长江沿线 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）。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。一般说来，江河自身对 污染物都有一定的自然净化能力，即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物 降解等使水中污染物的浓度降低 u。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实 上，长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的，根据检测可知，主要污染物高锰 酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于 0.1～0.5 之间，比如可以考虑取 0.2 (单位：1/ 天)。 又有“1995～2004 年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。下面的附表是国 标(GB3838-2002) 给出的《地表水环境质量标准》中 4 个主要项目标准限值，其中Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水。 要研究的问题是： （1）对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并分析各地区水质的污染 状况。 （2）研究、分析长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源主要 在哪些地区? （3）假如不采取更有效的治理措施，依照过去 10 年的主要统计数据，对长江未来 水质污染的发展趋势做出预测分析，比如研究未来 10 年的情况。 （4）根据预测分析，如果未来 10 年内每年都要求长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例 控制在 20%以内，且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水？ （5）提出解决长江水质污染问题的切实可行的建议和意见。 附表: 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中 4 个主要项目标准限值 单位：mg/L 序 号 分 类 标准值 项 目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类 1 溶解氧(DO) ≥ 7.5 （或饱和率 90%） 6 5 3 2 0 2 高锰酸盐指数(CODMn) ≤ 2 4 6 10 15 ∞ 3 氨氮（NH3-N） ≤ 0.15 0.5 1.0 1.5 2.0 ∞ 4 PH 值（无量纲） 6---9 二、模型的假设和符号说明
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师:刘新海 )、模型的假设: 1、假设对长江干、支流水质有影响的污染物只有高锰酸盐和氨氮;衡量水质的指 标有:溶解氧(D0)、高锰酸盐指数( CODMn)、氨氮(NH3-N)的浓度。 2、据统计表中所给出的数据,可以发现从2003年6月至2005年9月13个地点 的門值都在6~9这个范围内,根据(GB3838-2002)的标准,此时的PH值对于水质 标准的划分我们认为没有什么影响,因此忽略P值对江水质量的影响。 3、假设对长江水质变化起决定性作用的是废水排放量,而与其它的的因素无关; 4、假设每年排放到长江及其支流中的废水的“品质”是稳定的,或者说不同年份 同样量的废水所造成的污染程度是一样的 (二)、名词和符号说明: (1)名词说明 1、评价项目:《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中评价水质的主要项目, 本文所用到的有三个,即为溶解氧(D0)、高锰酸盐指数( CODMn)、氨氮(N3-N); 2、《标准》:《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的简称,下文均如此称呼; 3、评价分类:分为离散的评价分类和连续的评价分类,《标准》中的评价分类为离 散的,如Ⅰ类、Ⅴ类取5、劣V类取6等;本文中假设的评价分类为连续的,具体请见 下文的说明 4、项目标准:指《标准》中各项目的标准限值,如IV水溶解氧(DO)的标准限值 为5,则其项目标准为5; (2)符号说明: P一水质质量综合指数,值可以为小数 P一某地第个评价项目的连续的评价分类。具体说明:《标准》中主要评价项目 的分类是离散的,体现不出不同地区水样的具体差异,比如同是II类水的两地区,就 存在其中一个接近I类水,而另一个接近II类水的情况。为了能够表现出具体的差异, 我们用连续的评价分类P取代离散的评价分类。如2003-06四川攀枝花的溶解氧(D0) 浓度为6.8mg/L,对应的项目标准为I类(≥7.5)、II类(≥6),则其连续的评价分类 7.5-6.8 P=2+ 5-6=247,式中2代表I1类水的离散的评价分类;其他连续的评价分类 算法与此类似,详见正文; Pax一某地连续的评价分类P中的最大值; P=-∑P一某地所有评价项目的连续的评价分类的算术平均值,本文中n=3 (因为有三个评价项目) 6一权值,0<θ<1,本文中取6= 3 原因见三分析) K一污染物的降解系数,按照题目说明取K=0.2(单位:1/天) 三、模型的建立和求解 (一)、近两年(2003.6~2005.9)共计28个月的长江水质情况定量的综合评价
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ３ - (一)、模型的假设： 1、假设对长江干、支流水质有影响的污染物只有高锰酸盐和氨氮；衡量水质的指 标有：溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）的浓度。 2、据统计表中所给出的数据，可以发现从 2003 年 6 月至 2005 年 9 月 13 个地点 的 PH 值都在 6～9 这个范围内，根据（GB3838－2002）的标准，此时的 PH 值对于水质 标准的划分我们认为没有什么影响，因此忽略 PH 值对江水质量的影响。 3、假设对长江水质变化起决定性作用的是废水排放量，而与其它的的因素无关； 4、假设每年排放到长江及其支流中的废水的“品质”是稳定的，或者说不同年份 同样量的废水所造成的污染程度是一样的。 (二)、名词和符号说明： ⑴名词说明： 1、评价项目：《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中评价水质的主要项目， 本文所用到的有三个，即为溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）； 2、《标准》：《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）的简称，下文均如此称呼； 3、评价分类：分为离散的评价分类和连续的评价分类，《标准》中的评价分类为离 散的，如 I 类、V 类取 5、劣 V 类取 6 等；本文中假设的评价分类为连续的，具体请见 下文的说明； 4、项目标准：指《标准》中各项目的标准限值，如 IV 水溶解氧（DO）的标准限值 为 5，则其项目标准为 5； ⑵符号说明： P综 —水质质量综合指数，值可以为小数； Pi —某地第i 个评价项目的连续的评价分类。具体说明：《标准》中主要评价项目 的分类是离散的，体现不出不同地区水样的具体差异，比如同是 II 类水的两地区，就 存在其中一个接近 I 类水，而另一个接近 III 类水的情况。为了能够表现出具体的差异， 我们用连续的评价分类 Pi 取代离散的评价分类。如 2003-06 四川攀枝花的溶解氧（DO） 浓度为 6.8mg/L，对应的项目标准为 I 类（≥ 7.5）、II 类( ≥ 6)，则其连续的评价分类 1 7.5 6.8 2 2.47 7.5 6 P − = + = − ，式中 2 代表 II 类水的离散的评价分类；其他连续的评价分类 算法与此类似，详见正文； Pmax—某地连续的评价分类 Pi 中的最大值； 1 1 n i i P P n = = ∑ —某地所有评价项目的连续的评价分类的算术平均值，本文中 n＝3 （因为有三个评价项目）； θ —权值，0 1 < < θ ，本文中取 1 3 θ＝ （原因见三分析）； K —污染物的降解系数，按照题目说明取K ＝0.2（单位：1/天）； 三、模型的建立和求解 (一)、近两年（2003.6～2005.9）共计 28 个月的长江水质情况定量的综合评价
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师: 以及根据评价结果分析所得出的各个地区水质的污染情况 为了便于综合分析断面水质质量和污染程度,我们采用综合指数对长江的水质情况 进行定量的综合评价 某地的水质类别的综合指数公式为:P=6P+(1-0)P油 其中 P一水质综合指数 P一某地第i个评价项目的连续的评价分类; Pa-某地连续的评价分类P中的最大值 P=∑P一某地所有评价项目的连续的评价分类的算术平均值,本文中n=3(因 为有三个评价项目); 6一权值,0<θ<1,本文中取 3 综合水质指数越高说明水质越差,对应的类别越低。 采用这种综合指数公式的理由: 从《标准》得知,某地水质的类别由评价项目中级别最低的决定(不妨称之为最低 原则)。比如2003-06四川攀枝花按溶解氧(D)浓度6.8算属II类水,按髙锰酸盐指 数(CODn)浓度0.2算属Ⅰ类水,按氨氮(NH3-N)浓度0.1算属Ⅰ类水,综合考虑后 为II类水,这里决定其类别的是溶解氧(D0)浓度。 由上面的分析知,为了综合评价长江的水质,不能简单地采用《标准》中的分类方 法,因为同为一类水污染程度不可能完全相同,这时,简单的分类就不能体现出这种差 别来。还有,即便某几种评价项目位于同一分类范围中,各自的具体数值也不大可能相 同 因此,如果只是少量数据短期的评价,是可以采用离散的标准分类予以区分,而对 于大量长期的评价,这种离散的标准操作起来就不那么容易得出准确的结果了。为克服 这种问题,在这里我们采用一种可以称之为“连续的”标准来变通一下—也就是上面 提到的连续的评价分类,来体现同一类型中的不同样本的细微差异,从而对较大的数据 量进行一种较为精确的定量分析。当然,由于水中只要有一项指标超标,它的质量类别 就会降低,可能会与三项指标都较差的同类水的实际差距不太大,所有我们在综合评价 的时候对于这三个评价分类中的最大评价分类(即P)给予较大的权系数,水质的综 合指标由所有评价项目的连续的评价分类平均值P与其最大值P=的加权平均得到 下面说明如何得出三种评价项目的连续的评价分类P的计算式。 根据《标准》,溶解氧的限值采用的是下限(≥),而高锰酸盐指数与氨氮限值采用 的是上限(≤),两者的计算方法有所不同,但大同小异 经过对附录3中所有地区和月份数据的分析,得出溶解氧、高锰酸盐指数和氨氮浓 度的变化范围分别为(0.88,14.4)、(0.2,9.9)和(0.02,24.2)(单位:mg/L)
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ４ - 以及根据评价结果分析所得出的各个地区水质的污染情况。 为了便于综合分析断面水质质量和污染程度，我们采用综合指数对长江的水质情况 进行定量的综合评价。 某地的水质类别的综合指数【1】公式为： P P P 综＝ θ θ m a x + ( 1 - ) 其中： P综 —水质综合指数； Pi —某地第i 个评价项目的连续的评价分类； Pmax—某地连续的评价分类 Pi 中的最大值； 1 1 n i i P P n = = ∑ —某地所有评价项目的连续的评价分类的算术平均值，本文中 n＝3（因 为有三个评价项目）； θ —权值，0 1 < < θ ，本文中取 1 3 θ＝ ； 综合水质指数越高说明水质越差，对应的类别越低。 采用这种综合指数公式的理由： 从《标准》得知，某地水质的类别由评价项目中级别最低的决定（不妨称之为最低 原则）。比如 2003-06 四川攀枝花按溶解氧（DO）浓度 6.8 算属 II 类水，按高锰酸盐指 数（CODMn）浓度 0.2 算属 I 类水，按氨氮（NH3-N）浓度 0.1 算属 I 类水，综合考虑后 为 II 类水，这里决定其类别的是溶解氧（DO）浓度。 由上面的分析知，为了综合评价长江的水质，不能简单地采用《标准》中的分类方 法，因为同为一类水污染程度不可能完全相同，这时，简单的分类就不能体现出这种差 别来。还有，即便某几种评价项目位于同一分类范围中，各自的具体数值也不大可能相 同。 因此，如果只是少量数据短期的评价，是可以采用离散的标准分类予以区分，而对 于大量长期的评价，这种离散的标准操作起来就不那么容易得出准确的结果了。为克服 这种问题，在这里我们采用一种可以称之为“连续的”标准来变通一下——也就是上面 提到的连续的评价分类，来体现同一类型中的不同样本的细微差异，从而对较大的数据 量进行一种较为精确的定量分析。当然，由于水中只要有一项指标超标，它的质量类别 就会降低，可能会与三项指标都较差的同类水的实际差距不太大，所有我们在综合评价 的时候对于这三个评价分类中的最大评价分类（即 Pmax ）给予较大的权系数，水质的综 合指标由所有评价项目的连续的评价分类平均值 P 与其最大值 Pmax 的加权平均得到。 下面说明如何得出三种评价项目的连续的评价分类 Pi 的计算式。 根据《标准》，溶解氧的限值采用的是下限( ≥ )，而高锰酸盐指数与氨氮限值采用 的是上限( ≤ )，两者的计算方法有所不同，但大同小异。 经过对附录 3 中所有地区和月份数据的分析，得出溶解氧、高锰酸盐指数和氨氮浓 度的变化范围分别为（0.88，14.4）、（0.2，9.9）和（0.02，24.2）（单位：mg/L）
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师: 对于溶解氧指数,因为其为越高越好,所有我们以所有数据中的14.4为最高级别, 其所属的连续的评价分类为1(即若某地江水溶解氧指数为14.4,则其连续的评价分类 为P=1);7.5是《标准》中I类II类的分界线,其所属的连续的评价分类为2(即若 某地江水溶解氧指数为7.5,则其所属的连续的评价分类为P=2);6是II类与II类 的分界线,其连续的评价分类为3,等等 对于高锰酸盐指数,因为浓度越低越好,所有我们以0为其最高级别,其所属的连 续的评价分类为1;2是I类与II类的分界线,其所属的连续的评价分类为2,以下同 样 氨氮指数的换算方法与高锰酸盐的完全一样。 最终,我们得出表1: 表1三种评价项目的离散的的评价分类、连续的评价分类及项目标准关系表 离散的评价类别1类类I类ⅣV类V类劣V类 项目标准 14.4 7.5~66~5 解 氧|连续的评价分类1~22~33~4 4~5 5~6 变化范围 高L离散的评价类别「类Ⅱ类II类ⅣV类V类劣V类 项目标准 6~1010~15|>15 酸连续的评价分类1~2 4~5 5~6 盐氨氮 变化范围 离散的评价类别1类11类I1类|ⅣV类V类劣V类 项目标准 0~0.150.15 0.5~11~1.51.5~2|>2 0.5 连续的评价分类1~22~33~44~55~6>6 变化范围 由上表,对应于每一个标准类的变化范围,为简单起见,我们认为,连续的评价分 类的变化在每个这样的小区间内都是与项目标准呈线性变化的,例若高锰酸盐的项目实 际检测值是3.2,那么我们就认为它的评论分类为2.6。在劣V类的评价中有所不同, 因为劣V类的项目标准没有上限,所以我们这里用倍数来表示连续的评价分类。仍以高 锰酸盐指数为例,如果能达到15以上,比如是20,那么连续的评价分类就是 20÷15×6=8;对于溶解氧,由于下限是0,因而用倒数来表示,比如如果溶解氧是 0.2,则评价分类就是2÷0.2×6=60,表明氧越少,情况越严重。 下面给出每种项目每个级别的连续的评价分类的计算式,式中x为监测项目值。 表2连续的评价分类的计算式表 I类 II类 III类 IV类 V类 劣V类 溶解氧144-x 7.5-x 12 S∠ 3 5 高锰酸|x x-10 +2 3 +4 盐 4-2 10-6 5=10+5/06 氨氮 0.15 0.5 +1 0.15 0.5-0.15 1-0.5 1.5-1 2-1.5
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ５ - 对于溶解氧指数，因为其为越高越好，所有我们以所有数据中的 14.4 为最高级别， 其所属的连续的评价分类为 1（即若某地江水溶解氧指数为 14.4，则其连续的评价分类 为 Pi ＝1）；7.5 是《标准》中 I 类 II 类的分界线，其所属的连续的评价分类为 2（即若 某地江水溶解氧指数为 7.5，则其所属的连续的评价分类为 Pi ＝2）；6 是 II 类与 III 类 的分界线，其连续的评价分类为 3，等等。 对于高锰酸盐指数，因为浓度越低越好，所有我们以 0 为其最高级别，其所属的连 续的评价分类为 1；2 是 I 类与 II 类的分界线，其所属的连续的评价分类为 2，以下同 样。 氨氮指数的换算方法与高锰酸盐的完全一样。 最终，我们得出表 1： 表 1 三种评价项目的离散的的评价分类、连续的评价分类及项目标准关系表 离散的评价类别 I 类 II 类 III 类 IV 类 V 类 劣 V 类 项目标准 14.4 ～ 7.5 溶 7.5～6 6～5 5～3 3～2 6 离散的评价类别 I 类 II 类 III 类 IV 类 V 类 劣 V 类 项目标准 0～2 2～4 4～6 6～10 10～15 >15 高 锰 酸 盐 连续的评价分类 变化范围 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 >6 离散的评价类别 I 类 II 类 III 类 IV 类 V 类 劣 V 类 项目标准 0～0.15 0.15 ～ 0.5 氨 0.5～1 1～1.5 1.5～2 >2 氮 连续的评价分类 变化范围 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 >6 由上表，对应于每一个标准类的变化范围，为简单起见，我们认为，连续的评价分 类的变化在每个这样的小区间内都是与项目标准呈线性变化的，例若高锰酸盐的项目实 际检测值是 3.2，那么我们就认为它的评论分类为 2.6。在劣 V 类的评价中有所不同， 因为劣 V 类的项目标准没有上限，所以我们这里用倍数来表示连续的评价分类。仍以高 锰酸盐指数为例，如果能达到 15 以上，比如是 20，那么连续的评价分类就是 2 0 1 5 6 8 ÷ × = ；对于溶解氧，由于下限是 0，因而用倒数来表示，比如如果溶解氧是 0.2，则评价分类就是 2 0.2 6=60 ÷ × ，表明氧越少，情况越严重。 下面给出每种项目每个级别的连续的评价分类的计算式，式中 x 为监测项目值。 表 2 连续的评价分类的计算式表 I 类 II 类 III 类 IV 类 V 类 劣 V 类 溶解氧 1 14.4 7.5 14 4. + − − x 2 7.5 6 5.7 + − − x 3 6 5 6 + − − x 4 5 3 5 − − x 5 3 2 3 + − − x x 12 高 锰 酸 盐 1 2 + x 2 4 2 2 + − x − 3 6 4 4 + − x − 4 10 6 6 + − x − 5 15 10 10 + − x − 0.6x 氨氮 1 0.15 + x 2 0.5 0.15 15.0 + − x − 3 1 0.5 5.0 + − x − 4 1.5 1 1 + − x − 5 2 1.5 5.1 + − x − 3x
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师:刘新海 1、近两年(203.6~2005.9共计28个月)长江水质情况定量的综合评价 由上面的综合指数公式,结合附录一中17个观测站(地区)近两年多主要水质指 标的检测数据,我们分别取权值θ=、6=、θ=绘制出长江水质综合指数图 形如图1。由图可以得出,θ的变化范围内对于图形的变化影响不大。 长江28月综合水质变化图(=05) 支流 全部地区 主 长江8月综合水化图003 兴如黛 ∴拉主 2月综合水药变化图( 全地区 ÷:::1 每t 图16取不同值时长江水质变化对比图 因此可以选取典型值θ=作为实验目标图形进行分析(见下面图2及其分析)。 根据图1,我们列出某个月份17个地区各自的综合指数,对它们求算术平均值 所得结果如表3所示 表3各个月份综合指数算术平均值列表(=) 月份 宗合指数 算术平均2.843.072.942.953.484.444754886.443.733.342.892932.89 月份 1516171819 3242526 综合指数 算术平均值 2.792.653.313.174.023.352.972.622.592.642.662.732.692.64 注:2003.06~2005.09共有28个月份,以1~28表 对表3的数据作图,见图2
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ６ - 1、近两年（2003.6～2005.9 共计 28 个月）长江水质情况定量的综合评价。 由上面的综合指数公式，结合附录一中 17 个观测站（地区）近两年多主要水质指 标的检测数据，我们分别取权值 1 2 θ = 、 1 3 θ = 、 2 7 θ = 绘制出长江水质综合指数图 形如图 1。由图可以得出，θ 的变化范围内对于图形的变化影响不大。 图 1 θ 取不同值时长江水质变化对比图 因此可以选取典型值 1 3 θ = 作为实验目标图形进行分析（见下面图 2 及其分析）。 根据图 1，我们列出某个月份 17 个地区各自的综合指数，对它们求算术平均值。 所得结果如表 3 所示： 表 3 各个月份综合指数算术平均值列表（ 1 3 θ = ） 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合指数 算术平均值 2.84 3.07 2.94 2.95 3.48 4.44 4.75 4.88 6.44 3.73 3.34 2.89 2.93 2.89 月份 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 综合指数 算术平均值 2.79 2.65 3.31 3.17 4.02 3.35 2.97 2.62 2.59 2.64 2.66 2.73 2.69 2.64 注：2003.06～2005.09 共有 28 个月份，以 1～28 表示。 对表 3 的数据作图，见图 2：
1234567890.8举、付文、于延明,指导教师0刘新海 长江28月综合水质变化图(=0.33 報兴如 月份 图2长江水质综合变化图 由图2可以看出 支流地区:综合指数变化比较剧烈,其中有四个月份的综合指数超过了6,基本上 属于劣V类水,水质非常差,这说明支流地区的污染非常严重,分析其原因可能是支流 的水量较小相对于污染程度加剧。我们也可以看出在第9个(2004-02月)和第19个月份 (2004-12月)变化趋势最为明显,呈现出“拐点”特性,而在其他月份变化很平稳, 说明支流的水质还受时段的影响,各水期的污染程度大小对比为:丰水期〉平水期〉枯 水期。而且从整体上可以看出,支流的水质在这两年多的趋势是在逐渐好转的,并最终 在20月份以后变化趋于缓和。 干流地区:长江干流水质变化比较平稳,综合指数在2~3之间变动,基本上属II 类水和III类水,而且受时段的影响不明显。原因是干流的水量比较大,各评价项目的 浓度变化不太大。但是从总体上看后面几个月份的平均数据比前面的数据相比有所下 降,也说明总体的水质开始好转。 全部地区:总体的变化趋势介于支流和干流之间,也是受时段影响比较大,而且在 最近的多个月份变化趋势趋于缓和,污染程度下降。 2、各个地区水质的污染情况 我们首先做出17个地区28个月份的综合水质系数图,为了便于计算和分析,根据 图形变化趋势的相似性把这17个地区归为六个组进行分类讨论 其中分组情况见表4 表4各地区根据变化趋势分组情况 综合指数 地名 方差 算术平均值 第一组 川攀枝花 0.3721 重庆朱沱 2.4712 0.0823 湖北宣昌 2.4626 0.137 湖南岳阳 2.7721 江西九江 2.2797 0.048
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ７ - 图 2 长江水质综合变化图 由图 2 可以看出: 支流地区：综合指数变化比较剧烈，其中有四个月份的综合指数超过了6，基本上 属于劣V类水，水质非常差，这说明支流地区的污染非常严重，分析其原因可能是支流 的水量较小相对于污染程度加剧。我们也可以看出在第9个（2004-02月）和第19个月份 （2004-12月）变化趋势最为明显，呈现出“拐点”特性，而在其他月份变化很平稳， 说明支流的水质还受时段的影响，各水期的污染程度大小对比为：丰水期> 平水期> 枯 水期。而且从整体上可以看出，支流的水质在这两年多的趋势是在逐渐好转的，并最终 在20月份以后变化趋于缓和。 干流地区：长江干流水质变化比较平稳，综合指数在 2～3 之间变动，基本上属 II 类水和 III 类水，而且受时段的影响不明显。原因是干流的水量比较大，各评价项目的 浓度变化不太大。但是从总体上看后面几个月份的平均数据比前面的数据相比有所下 降，也说明总体的水质开始好转。 全部地区：总体的变化趋势介于支流和干流之间，也是受时段影响比较大，而且在 最近的多个月份变化趋势趋于缓和，污染程度下降。 2、各个地区水质的污染情况 我们首先做出 17 个地区 28 个月份的综合水质系数图，为了便于计算和分析，根据 图形变化趋势的相似性把这 17 个地区归为六个组进行分类讨论。 其中分组情况见表 4： 表 4 各地区根据变化趋势分组情况 组 地名 综合指数 算术平均值 方差 第一组 四川攀枝花 2.3258 0.3721 重庆朱沱 2.4712 0.0823 湖北宜昌 2.4626 0.137 湖南岳阳 2.7721 0.0782 第二组 江西九江 2.2797 0.048
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师: 安徽安庆 2.4358 江苏南京 2.3954 0.0633 四川乐山岷江|3.9474 第三组 四川泸州沱江3.75348.6275 湖南长沙 3.5262 江西南昌 11.9091176.4014 第四组 273870 江西九江蛤蟆石2.815 湖南岳阳楼 2.9662 0.1962 第五组 湖北武汉 2.7232 0.168 江苏扬州 湖北丹江口 1.9245 0.009 上四川枝花 月份 图3第一组 第一组污染状况分析 图3中计算得出平均综合指数为2.3258,总体属于II-II类水质。水质状况比 较好。方差为0.3721,说明变化比较大
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ８ - 安徽安庆 2.4358 0.0661 江苏南京 2.3954 0.0633 四川乐山岷江 3.9474 0.9532 四川泸州沱江 3.7534 8.6275 湖南长沙 3.5262 0.2612 第三组 江西南昌 11.9091 176.4014 四川宜宾 2.7387 0.7436 第四组 江西九江蛤蟆石 2.815 0.3508 湖南岳阳楼 2.9662 0.1962 第五组 湖北武汉 2.7232 0.168 江苏扬州 2.7231 0.1831 第六组 湖北丹江口 1.9245 0.009 图 3 第一组 第一组污染状况分析： 图 3 中计算得出平均综合指数为 2.3258，总体属于 II—III 类水质。水质状况比 较好。方差为 0.3721，说明变化比较大
中国石油大学(华东):王东举、付文、于延明,指导教师:刘新海 第二组 江西 工苏南京 月份 图4第二组 第二组污染状况分析: 图4中计算得出平均综合指数在(2.2797,2.7721)范围内,方差在(0.048,0.137) 范围内。这一组均位于干流,水质变化平缓,而且水质综合指数小,水质良好,大部分 属于II-II类水质 第三组 江西南昌 图5第三组 第三组污染状况分析: 图5中计算得出平均综合指数在(3.5262,11.9091)范围内,方差在(0.2612 176.4014)范围内。这一组水质比较差,平均指数很高,尤其是南昌达到了11.9091(指 数较大的原因是我们的模型计算中没有设置上限),水质大部分属于IV、V类,甚至出 现了大部分的劣V类。这四个地区在地理位置上有一个共同点:都处于支流而且或者是 9
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - ９ - 图 4 第二组 第二组污染状况分析： 图 4 中计算得出平均综合指数在（2.2797，2.7721）范围内，方差在（0.048，0.137） 范围内。这一组均位于干流，水质变化平缓，而且水质综合指数小，水质良好，大部分 属于 II—III 类水质， 图 5 第三组 第三组污染状况分析： 图 5 中计算得出平均综合指数在（3.5262，11.9091）范围内，方差在（0.2612， 176.4014）范围内。这一组水质比较差，平均指数很高，尤其是南昌达到了 11.9091（指 数较大的原因是我们的模型计算中没有设置上限），水质大部分属于 IV、V 类，甚至出 现了大部分的劣 V 类。这四个地区在地理位置上有一个共同点：都处于支流而且或者是
号教师:刘新海 湖泊入口或者是入江口。由于支流部分水量比较小,周围的工厂或者是城市污水对这部 分地方的污染程度很大,尤其是位于鄱阳湖入口的江西南昌,污染程度最高。 第四组 匚克始娘石 月份 图6第四组 第四组污染状况分析: 第四组包括四川宜宾和江西九江蛤蟆石,这两个地区平均综合指数分别是2.7387, 2.815,方差分别为0.7436,0.3508,二者数据图形比较接近。整体水质在II-ⅣV范 围内,水质一般,而且波动比较大 第五组 颡如一 月份 图7第五组 第五组污染状况分析: 这一组的平均综合指数在(2.7231,2.9662)范围内,方差在(0.168,0.1962) 范围内,水质基本处于II一III范围内,水质较好。 10
中国石油大学（华东）：王东举、付文、于延明，指导教师：刘新海 - １０ - 湖泊入口或者是入江口。由于支流部分水量比较小，周围的工厂或者是城市污水对这部 分地方的污染程度很大，尤其是位于鄱阳湖入口的江西南昌，污染程度最高。 图 6 第四组 第四组污染状况分析： 第四组包括四川宜宾和江西九江蛤蟆石，这两个地区平均综合指数分别是 2.7387， 2.815，方差分别为 0.7436，0.3508 ，二者数据图形比较接近。整体水质在 II—IV 范 围内，水质一般，而且波动比较大。 图 7 第五组 第五组污染状况分析： 这一组的平均综合指数在（2.7231，2.9662）范围内，方差在（0.168，0.1962） 范围内，水质基本处于 II—III 范围内，水质较好