长江水质评价和预测数学建模论文--本科毕业论文.doc

1 高教社杯全国大学生数学建模竞赛高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承承 诺诺 书书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是（从 A/B/C/D 中选择一项填写）：B 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：参赛队员(打印并签名)：1.2.3.指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：日期：年 月 日 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2 高教社杯全国大学生数学建模高教社杯全国大学生数学建模竞赛竞赛 编编 号号 专专 用用 页页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：3 长江水质的评价和预测长江水质的评价和预测 摘要摘要：本文讨论如何设计对长江水质污染情况进行综合评价，对各个地区水质污染状况分析，并判断出污染物高锰酸盐和氨氮的主要污染源，以及对未来水质情况进行预测的模型，然后根据预测的情况对长江未来的水质情况采取切实可行的 治理方案，并提出合理的建议与意见。根据题目附件中已有的数据和搜集的一些综合评价和预测模型，并根据实际情况作了适当的假设，对不同要求的题目建立了不同模型并进行了较为完整的求解。（1）针对问题 1，本文首先对附件 3 中 2003.62005.9 这两年多来不同地区不同月份的各种影响水质情况的主要因子的含量数据进行了标准化处理，然后采用了 BP 人工神经网络评价法对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并具体分析了各个地区的水质污染状况。评价结果为：两年多来，长江 水质基本，其中高锰酸盐和氨氮含量较多，溶解氧有 90%以上。（2）针对问题 2，我们建立了一维河流水质模型，将各个地区的上游地区作为污染源，利用一维河流水质模型基本方程，求出上游地区扩散到本地的污染物的浓度。再利用附件 3 给出的相关数据，求出各个地区排放的高锰酸盐和氨氮的浓度，作出折线图，进行比较。并计算了平均值作为辅助评价。最后得出高锰酸盐的主要污染源是湖南岳阳，氨氮的主要污染源是湖南岳阳和重庆朱沱。（3）针对问题 3，本文对附件 4 中水质的历史数据进行分析，为了更好的对未来 10 年的水质情况进行预测，采用了 BP 人工神经网络预测模型。对所求的数据进行分析，得出水质污染状况的长期趋势：类河长百分比成下降趋势，及劣类河长百分比总体呈上升趋势。（4）针对问题 4，本题以问题三预测的水文年干流的未来 10 年里各类水的含量为基础，需要处理的水有两个部分，一部分是类水和类水，第二部分是劣类水。根据过去 10 年长江总水量预测出未来 10 年总水量并分别与各年需要处理的水所占的百分比相乘，便得到了每年需要处理的废水量。最后结果为：时间 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 需要处理 的污水量 /亿吨 3438 3692 3703 3690 3664 3636 3613 3598 3591 3588 4（5）针对问题 5，由文中所求出的一些数据，在大致了解长江污染的情况下，结合预测模型得出的结果，提出了一些较为可行的建议和意见。关键字关键字:综合评价 一维河流水质模型 水质预测 BP 人工神经网络 5 一、一、问题重述问题重述 1.1 问题的背景问题的背景 水是人类赖以生存的资源，保护水资源就是保护我们自己，对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中之重。专家们呼吁：“以人为本，建设文明和谐社会，改善人与自然的环境，减少污染。”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。2004 年 10 月，由全国政协与中国发展研究院联合组成“保护长江万里行”考察团，从长江上游宜宾到下游上海，对沿线21 个重点城市做了实地考察，揭示了一幅长江污染的真实画面，其污染程度让人触目惊心。为此，专家们提出“若不及时拯救，长江生态 10 年内将濒临崩溃”（附件），并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤（附件 2）。附件 3 给出了长江沿线 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。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0.10.5 之间，比如可以考虑取 0.2(单位：1/天)。附件 4 是“19952004 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、类为可饮用水。1.2 问题的提出问题的提出（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 6 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）根据你的预测分析，如果未来 10 年内每年都要求长江干流的类和类水的比例控制在 20%以内，且没有劣类水,那么每年需要处理多少污水？（5）你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。二、二、问题分析问题分析 2.1 问题背景的分析问题背景的分析 长江是我国第一大河。发源于青藏高原唐古拉山主峰各拉丹东的西南侧。干流自青藏高原蜿蜒东流，经青海省、西藏自治区、四川省、云南省、湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江苏省和上海市 10 个省、区、市，在上海市注入东海。全长 6300 千米。流域面积 180 多万平方千米，占全国面积的 15。长江由河源到河口横跨中国地形上的三级巨大阶梯，穿过不同的地质构造和岩层，沿途接纳支流的汇入，对长江的河谷形态和水流特性产生不同的影响。按水文、地貌特点把干流划分为上、中、下游 3 段：从河源至宜昌市为上游段，宜昌市至湖口为中游段，湖口以下为下游段。在长江干流 21 个城市江段中，污染带总长 452.3km，其中南京长 122.8km、武汉 77.3km、上海 52.3km、岳阳 29.5km、重庆 27.4km、镇江 21.2km。在上海、南京、武汉、重庆、攀枝花等 21 个沿江城市被调查的 790km 江段中，已形成 560km的污染带。长江水资源是长江流域亿多人口赖以生存的物质基础，也是经济社会发展的基础保证，长江流域水资源虽然相对比较丰富，但总量还是有限的，且时空分布不均匀，水又是一种十分脆弱的自然资源，极易受到污染和破坏。题目要求要求讨论四种主要污染物的对长江的污染情况，并建立相应的模型，提出治理污染，保护长江的建议和意见。2.2 问题分析问题分析 问题一：问题一：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。状况。7 题目附件3中给出了2003.62005.9这两年多来不同地区不同月份的的各种影响水质情况的主要因子的含量，要对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，就要对这些数字进行数学统计和分析的预处理，然后再建立一种量化的综合评价模型。目前国内最基本的综合评价模型主要有模糊模式识别评价法，灰关联模式识别法，BP人工神经网络法。由于人工神经网络有类似人的大脑思维过程，可以模拟人脑解决某些具有模糊性和不确定性问题的能力。因此，利用人工神经网络对已知环境样本进行学习，学会对新样本的识别与评价，对长江水质情况进行综合评价。对于长江近两年多水质情况的定量综合评价，可以把所求的各个地区各个月份的综合评价值进行平均，对照水环境质量标准及综合评价对应转换关系表进行水质类别评定，再具体利用各个指标的均值进行具体的分析。对于各个地区的水质污染状况的分析，通过对各地区综合评价值进行排序，可以比较出地区之间的污染状况，也可对照水环境质量标准及综合评价对应转换关系表进行水质类别评定，对于同一类级别的水，可以再通过各个指标的均值进行分析与比较，找出影响其水质的主要因子。问题二：问题二：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要在哪些地区?题中给出了 2004.42005.4 这一年多来不同地区不同月份的高锰酸盐和氨氮的含量，由于只需考虑干流，故各支流情况不予考虑。要分析主要污染源，就需要知道各地区在相同时间内排放的高锰酸盐和氨氮的量，换句话说，我们只需比较相同时期的排放量即可。题中所给的各地区高锰酸盐和氨氮含量值包括两个方面，一是本地向长江排放的高锰酸盐和氨氮，二是上游排放的高锰酸盐和氨氮通过水流扩散进入本地。本地含量可用水流量乘以浓度再乘以时间，所以要求出本地排放量关键是求出上流扩散到本地的高锰酸盐和氨氮的量。四川地区为起始位置，由于四川的上游西藏地区对长江的污染较小，这里假设污染为零，故它的排放量就是四川地区的含量；其他地区的含量利用扩散方程，建立一维水质扩散模型，将上游地区作为扩 8 散源，知道了扩散源的浓度、水流速度、距离等相关信息，即可求出上游地区扩散到该地的量，从而求出该地的排放量。将一年多各个地区的高锰酸盐和氨氮的排放量分别求出，绘出时间和排放量的曲线图，通过观察比较即可知道高锰酸盐和氨氮的主要来源，同时可绘出一年来高锰酸盐和氨氮的排放量的平均值作为辅助评价。问题三：问题三：假如不采取更有效的治理措施，依照过去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，对长年的主要统计数据，对长江未江未来水质污染的发展趋势做出预测分析，比如研究未来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。年的情况。题中附件4给出了1995年2004年长江流域水质报告，其中包括了每一年各个时段的全流域、干流、支流内类类类类类劣类水所占的百分比，以及每年排放的总废水量。与第一问类似，需要对所给的数据进行预处理，再采用一种水质预测模型，常用的水质预测模型有，水质数学模拟预测，多元回归模式，灰色预测模型法和神经网络模型预测等。人工神经网络具有大规模并行、分布式存储与处理、自组织、自适应与自学习的能力，特别适用于处理需要同时考虑许多因素和条件的、不精确的和模糊的信息处理问题。经过第一问的BP人工神经网络模型的学习，本题依然采用了BP人工神经网络模型对未来十年长江水质污染情况进行预测。对于预测出的数据，在Excel表格中绘制折线图，可以看出未来十年各类水质的发展趋势，即包括了丰水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中类类类类类劣类水在未来10年里占总水量的百分比变化趋势。问题四：问题四：根据你的预测分析，如果未来根据你的预测分析，如果未来 10 年内每年都要求长江干流的年内每年都要求长江干流的类和类类和类水水的比例控制在的比例控制在 20%以内，且没有以内，且没有劣类水劣类水,那么那么每年需要处理多少污水？每年需要处理多少污水？本题以问题三预测的水文年干流的未来 10 年里各类水的含量为基础，需要处理的水有两个部分，一部分是类水和类水，第二部分是劣类水。按照要求对这两部分水进行处理，即使类水和类水比例控制在 20%以内，且不含有劣类水，根据过去 10 年长江总水量预测出未来 10 年总水量并分别与各年需要 9 处理的水所占的百分比相乘，便得到了每年需要处理的废水量。问题五：问题五：你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。本题是一道论述题，应当结合本文所求出的一些数据，提出一些较为符合实际的，对减轻长江污染、提高长江水质有益的建议。三、三、条条件假设件假设 1、假设长江流经西藏时受到的污染忽略不计，污染从四川地区开始计算。2、不考虑江上纵向深度的扩散。3、各污染物的含量在一定时间内是稳定的。4、问题中只考虑影响水质的四种主要影响因子。5、主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数取 0.2，并且该系数不随时间变化。6、在预测的十年里不发生干旱洪水等自然灾害，相关政策无大的变动。四、四、符号说明符号说明 符号 说明 单位 x pH 标准化之前的值 y pH 标准化之后的值 iv 地区id处的水流速 sm/in 地区id处的相应污染物的浓度 Lmg/1k 降解系数，这里取 0.2/天 五、五、模型的建立与求解模型的建立与求解 5.1 问题一：问题一：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。状况。首先对附录 3 中的数据进行标准化处理，即数据的无量纲化。这里有四个主 10 要因子：pH，DO,CODMn,NH3-N。对于 pH 值的标准化处理，按如下公式：777777xxxxy上限下限 对于 DO 的标准化处理，因为其是效益型因子，即其值越大，水质越好，可按如下公式进行处理：第一级第一级第一级aaaaaaz010 对于 CODMn,NH3-N 的标准化处理，因为其是成本型因子，即其值越大，水质越差，可按如下公式进行处理：最差级最差级最差级bbbbbbw01 处理数据见附录。接下来就是 BP 人工神经网络评价模型的建立，这一过程可通过 MATLAB 编程实现，从提供的近两年的数据来看，根据地表水环境质量标准划定的标准限值，对不同月份各地水质进行评价的类别不是绝对的。对水质的情况，需要给出一种综合评价标准。BP 神经网络可以解决此问题。BP 神经网络是一种模拟人脑对采样数据的学习之后，过程中记录调整各神经元的阈值和节点间的权值，再对输入各数据进行计算输出。BP 神经网络具有很好的非线性映射能力、泛化能力、容错能力对水质综合评价标准的产生是一种很好的方法.由于各个因子的量纲不同，需对数据进行上述的标准化处理到0,1区间。BP 网络应用的输入向量：B=0.3 0 0.133333333 0.075 0.3 0.2 0.266666667 0.25 0.3 0.333333333 0.4 0.5 0.3 0.6 0.666666667 0.75 0.3 0.733333333 1 1 0.3 1 1 1;目标向量：t=0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0;具体实现：在 matlab 环境下可以直接调用数据库内的函数来完成。整体包括学习过程和输入数据测试输出结果过程，train()函数训练后导入数据。构建BP 网络，对采样值生成对应数据。1）利用 matlab 数据库函数创建 BP 神经网络。2）选择合适的训练函数及参数。这里设置隐含层为 15 个节点，输出层为一个节点。参数 epochs 设为 5000。3）输入水质 4 项评价标准。4）进行 MATLAB 仿真设计。，计算出各个地区各个月份的综合评价值（见附 11 录）。对于长江近两年多的水质污染情况综合评价，可以把综合评价值对照下表进行水质类别评定。表一：水环境质量标准及综合评价对应转换关系 水质等级 pH DO CODMn NH3-N 综合水质评价标准 0.3 0 0.133333 0.075 0 0.3 0.2 0.266667 0.25 0.2 0.3 0.333333 0.4 0.5 0.4 0.3 0.6 0.666667 0.75 0.6 0.3 0.733333 1 1 0.8 劣 1 1 1 1 1 结果如下：表二：各个地区的近两年多综合评价值与测评等级 序号 点位名称 综合评价值 评测等级 1 四川攀枝花 0.0688464 类水 2 重庆朱沱 0.044425 类水 3 湖北宜昌南津关 0.0312429 类水 4 湖南岳阳城陵矶 0.0170036 类水 5 江西九江河西水厂 0.0340857 类水 6 安徽安庆皖河口 0.0463036 类水 7 江苏南京林山 0.0912786 类水 8 四川乐山岷江大桥 0.3310036 类水 9 四川宜宾凉姜沟 0.1114036 类水 10 四川泸州沱江二桥 0.2128607 类水 11 湖北丹江口胡家岭 0.0066214 类水 12 湖南长沙新港 0.2981607 类水 13 湖南岳阳岳阳楼 0.0529607 类水 14 湖北武汉宗关 0.1119286 类水 15 江西南昌滁槎 0.5316286 类水 16 江西九江蛤蟆石 0.1117286 类水 17 江苏扬州三江营 0.1065071 类水 所有点位综合评价值均值 0.1298817 类水 表三：各个地区近两年多四项主要指标的均值 点位名称 pH*DO CODMn NH3-N 四川攀枝花 8.271528 9.042526 2.367328 0.166376 12 重庆朱沱 7.906607 8.977619 2.041931 0.333188 湖北宜昌南津关 7.720337 8.545265 2.91336 0.266971 湖南岳阳城陵矶 7.829147 8.642725 3.798148 0.330106 江西九江河西水厂 7.434742 7.755172 2.439947 0.154259 安徽安庆皖河口 7.460278 7.485873 2.647354 0.23668 江苏南京林山 7.655258 7.488228 2.146296 0.131138 四川乐山岷江大桥 7.528512 5.549603 5.265212 0.937381 四川宜宾凉姜沟 8.072817 8.965503 2.807143 0.432407 四川泸州沱江二桥 7.695377 6.823862 3.377646 0.744921 湖北丹江口胡家岭 7.876567 9.272249 1.977116 0.091706 湖南长沙新港 7.091905 7.070556 2.493386 0.914418 湖南岳阳岳阳楼 7.697421 8.325794 4.086376 0.384616 湖北武汉宗关 7.951409 7.362302 3.324471 0.201759 江西南昌滁槎 7.110397 5.703876 2.195926 4.561071 江西九江蛤蟆石 7.590476 7.932235 3.632275 0.283757 江苏扬州三江营 7.668234 8.065635 2.918651 0.288492 综合点位均值 7.68006 7.82406 2.966622 0.41525 通过对表一、表二的分析可知：1.近两年多来，长江水质基本属于类水，其中高锰酸盐和氨氮含量较多，溶解氧也有 90%以上。2.从各个地区来看：表四：各地区水质情况表 点位名称 水质类别 主要污染指标 四川攀枝花 类水 重庆朱沱 类水 氨氮 湖北宜昌南津关 类水 高锰酸盐 湖南岳阳城陵矶 类水 高锰酸盐，氨氮 江西九江河西水厂 类水 安徽安庆皖河口 类水 溶解氧 江苏南京林山 类水 溶解氧 四川乐山岷江大桥 类水 溶解氧、高锰酸盐、氨氮 四川宜宾凉姜沟 类水 氨氮 四川泸州沱江二桥 类水 溶解氧，高锰酸盐 湖北丹江口胡家岭 类水 湖南长沙新港 类水 溶解氧 湖南岳阳岳阳楼 类水 高锰酸盐 湖北武汉宗关 类水 高锰酸盐 江西南昌滁槎 类水 溶解氧、高锰酸盐、氨氮 江西九江蛤蟆石 类水 高锰酸盐 江苏扬州三江营 类水 5.2 问题二：问题二：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 13 要在哪些地区要在哪些地区?要研究一年多高锰酸盐和氨氮的主要污染源，可以通过比较同一时期各个地区在单位时间内高锰酸盐和氨氮的排放浓度。附录 3 中表一给出了各个地区高锰酸盐和氨氮的浓度，表二给出了各站点间的距离、水流量和水流速。首先讨论高锰酸盐的污染情况。id地区的高锰酸盐含量=上游地区扩散到此处的量+id地区排放的量 而id地区的高锰酸盐含量等于该地水流量乘以时间再乘以浓度（这里时间取单位时间1s）。因此要求id地区排放的量关键是要求出上游地区扩散到此处的量。下面建立求扩散量的模型。由于这里不考虑纵向扩散，且长江的长度远大于宽度，故这里建立长江的一维水质模型。一维水质模型的概念：描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，在另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型。一维河流水质模型基本方程：KCdxCdDdxdCuxx22 xuDkDuCCxx2104112exp 这里C是浓度，K是扩散系数，u是河流速度，x是扩散的距离 忽略扩散项，沿程的坐标utx，CkdtdC1/，这是一个二阶线性常微分方程，带入初始条件0,0CCx，方程的解为)/(exp)(10uxkCxC 由题目中的已知条件，1d处（即四川）的高锰酸盐含量可以求出。继而可求出从1id处扩散到id处的高锰酸盐的量，此处的扩散方程为)/(exp)(11iiiiuxknxC 14 这里1in是1id处的高锰酸盐含量。由于水流速度不是恒定的，故取iiivvu121。所以扩散方程变为 )/2(exp)(111iiiiivvxknxC （*）最后可得出：id处高猛酸盐的排放量=iiCn （#）用排放量除以水流量即可得到排放浓度。将附录 3 中各组数据单位统一化后代入上述方程（*）和（#），再除以相应水流量可得到 2004.4 到 2005.4 各个地区的高锰酸盐排放浓度如下表所示。表五：2004.4 到 2005.4 间各地区高锰酸盐的排放浓度表 地区 月份 四川 重庆 湖北 湖南 江西 安徽 南京 2004.4 2.3 3.211895 2.040185 3.292326 2.894961 2.794072 1.496011 2004.5 4.3 1.643257 2.924796 3.591064 3.094286 3.192291 1.795462 2004.6 2.5 2.660805 3.614183 3.433048 2.564937 1.567608 1.987915 2004.7 2.4 2.956993 2.925639 4.098316 2.534542 1.665728 1.78234 2004.8 5.8 1.028928 3.010162 3.914138 2.250989 1.860792 1.678388 2004.9 6.1 3.883886 2.256614 3.67953 1.761561 1.421495 2.139753 2004.10 0.8 1.528703 3.534688 3.366959 1.82923 2.069536 1.874085 2004.11 2.8 1.802397 1.828934 2.597606 2.198311 2.198544 1.799308 2004.12 1.6 1.210706 2.369681 3.497632 2.298565 1.699323 1.99977 2005.1 1.2 1.237359 1.879055 5.09986 2.399664 2.599789 2.499903 2005.2 0.9 1.764711 1.995257 3.199939 3.099782 2.699768 2.299892 2005.3 1.1 1.869944 2.096305 4.099917 1.799655 2.699622 1.799616 2005.4 1.1 1.94897 2.390891 2.899968 1.999944 2.299725 1.499827（单位：g/3m）并作出相应的折线图：15 不同时期不同地区高锰酸盐排放浓度变化图012345672004.42004.52004.62004.72004.82004.92004.102004.112004.122005.12005.22005.32005.4时间/月浓度 g/m3四川重庆湖北湖南江西安徽南京 图一 并求出2004.4到2005.4间各地区高锰酸盐排放速率的平均值作为辅助评价：表六：2004.4 到 2005.4 间各地区高锰酸盐排放浓度的平均值 地区 四川 重庆 湖北 湖南 江西 安徽 南京 平均值 2.530769 2.057581 2.528184 3.597716 2.363571 2.212945 1.896328（单位：g/3m）作出柱状图：16 不同地区高锰酸盐排放浓度平均值对照图00.511.522.533.54四川重庆湖北湖南江西安徽南京平均值 图二 同理可求出各个地区的氨氮的排放浓度如下表所示：表七：2004.4 到 2005.4 间各地区氨氮的排放浓度表 地区 月份 四川 重庆 湖北 湖南 江西 安徽 南京 2004.4 0.15 0.191211 0.260411 0.259058 0.269603 0.219448 0.019687 2004.5 0.07 0.260937 0.29077 0.319106 0.219492 0.249453 0.089645 2004.6 0.04 0.174573 0.328851 0.34401 0.146494 0.168131 0.058716 2004.7 0.04 0.174283 0.145035 0.354916 0.154389 0.217891 0.047715 2004.8 1 0.002574 0.182364 0.324738 0.235957 0.155909 0.04818 2004.9 0.09 0.152385 0.248422 0.281195 0.239351 0.116513 0.065978 2004.10 0.08 0.22287 0.206236 0.35173 0.182721 0.166954 0.037902 2004.11 0.06 0.265766 0.230406 0.359698 0.219766 0.119854 0.049962 2004.12 0.08 0.505535 0.148106 0.309842 0.119873 0.139965 0.099981 2005.1 0.07 0.536346 0.2113 0.419984 0.209972 0.199981 0.219993 2005.2 0.15 0.544119 0.178551 0.429995 0.129971 0.17999 0.309993 2005.3 0.26 0.532896 0.18895 0.419992 0.109965 0.229977 0.019967 2005.4 0.1 0.625361 0.127131 0.419998 0.139992 0.149981 0.199989 17（单位：g/3m）并作出相应的折线图：不同时间不同地区氨氮排放浓度变化图00.20.40.60.811.22004.42004.52004.62004.72004.82004.92004.102004.112004.122005.12005.22005.32005.4时间/月排放浓度 g/m3四川重庆湖北湖南江西安徽南京 图三 并求出 2004.4 到 2005.4 间各地区氨氮排放浓度的平均值作为辅助评价：表八：2004.4 到 2005.4 间各地区氨氮排放浓度的平均值 地区 四川 重庆 湖北 湖南 江西 安徽 南京 平均值 0.190769 0.353123 0.188888 0.365954 0.174986 0.168638 0.108834（单位：g/3m）作出柱状图：18 不同地区氨氮排放浓度平均值对照图00.050.10.150.20.250.30.350.4四川重庆湖北湖南江西安徽南京地区浓度 g/m3平均值 图四 由上面所示数据，结合图表，一望而知，高锰酸盐的主要污染源为湖南岳阳地区，；氨氮的主要污染源为湖南岳阳和重庆朱沱，且重庆朱沱排放的氨氮浓度呈上升趋势。5.3 问题三：问题三：假如不采取更有效的治理措施，依照过去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。年的情况。首先本题主要采用了过去 10 年里丰水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中类类类类类劣类水占总水量的百分比，把这些数据作为BP 人工神经网络算法模型样本数据，利用 BP 人工神经网络算法预测出未来 10年里对应的丰水期，枯水期，以及水文年的干流水、支流水中类类类类类劣类水占总水量的百分比，数据如下表：表九：未来十年枯水期、丰水期、水文年的干流水各类水质的预测情况 未来十年枯水期干流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0.1942 0.0909 0.0398 0.1731 0.2518 0.2503 2006 0.2123 0.0319 0.03 0.1947 0.259 0.272 2007 0.2254 0.0239 0.0359 0.2041 0.2496 0.2612 2008 0.2316 0.019 0.0418 0.2112 0.2438 0.2527 2009 0.2338 0.0164 0.0458 0.2148 0.2411 0.2482 19 2010 0.2344 0.0152 0.0481 0.2165 0.2398 0.246 2011 0.2346 0.0147 0.0492 0.2172 0.2392 0.2451 2012 0.2347 0.0144 0.0498 0.2176 0.2389 0.2446 2013 0.2347 0.0143 0.0501 0.2177 0.2388 0.2444 2014 0.2347 0.0142 0.0502 0.2178 0.2387 0.2443 未来十年丰水期干流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0.2875 0.2908 0.0006 0.1239 0.0117 0.2855 2006 0.2757 0.2784 0.024 0.1441 0.0038 0.2741 2007 0.2662 0.271 0.0278 0.1679 0.0022 0.2649 2008 0.2593 0.2661 0.0351 0.1795 0.0015 0.2586 2009 0.2536 0.2619 0.0464 0.1829 0.0011 0.254 2010 0.2486 0.2581 0.0591 0.1832 0.0008 0.2502 2011 0.2445 0.255 0.0701 0.1824 0.0006 0.2472 2012 0.2418 0.2531 0.0774 0.1817 0.0006 0.2453 2013 0.2405 0.2521 0.0811 0.1814 0.0005 0.2444 2014 0.2399 0.2517 0.0826 0.1813 0.0005 0.244 未来十年水文年干流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0.24085 0.19085 0.0202 0.1485 0.13175 0.2679 2006 0.244 0.15515 0.027 0.1694 0.1314 0.27305 2007 0.2458 0.14745 0.03185 0.186 0.1259 0.26305 2008 0.24545 0.14255 0.03845 0.19535 0.12265 0.25565 2009 0.2437 0.13915 0.0461 0.19885 0.1211 0.2511 2010 0.2415 0.13665 0.0536 0.19985 0.1203 0.2481 2011 0.23955 0.13485 0.05965 0.1998 0.1199 0.24615 2012 0.23825 0.13375 0.0636 0.19965 0.11975 0.24495 2013 0.2376 0.1332 0.0656 0.19955 0.11965 0.2444 2014 0.2373 0.13295 0.0664 0.19955 0.1196 0.24415 表十：未来十年枯水期、丰水期、水文年的支流水各类水质的预测情况 未来十年枯水期支流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0.1465 0.1134 0.1677 0.1709 0.2126 0.1889 2006 0.2413 0.1032 0.1683 0.0222 0.2227 0.2423 2007 0.2372 0.0245 0.2404 0.0197 0.257 0.2212 2008 0.2292 0.0428 0.2314 0.1023 0.2013 0.193 2009 0.2235 0.11 0.2015 0.0778 0.1678 0.2193 2010 0.2308 0.0937 0.2036 0.058 0.1882 0.2258 2011 0.2352 0.0654 0.2196 0.0655 0.1932 0.2212 2012 0.23 0.0771 0.216 0.0791 0.1792 0.2186 2013 0.2285 0.0937 0.2055 0.0668 0.1829 0.2227 2014 0.2323 0.0791 0.2126 0.0645 0.1881 0.2234 20 未来十年丰水期支流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0.2911 0.0372 0.2114 0.3232 0.1369 0.0003 2006 0.4687 0.0042 0.0371 0.461 0.0141 0.0149 2007 0.4685 0.0038 0.0366 0.4649 0.0128 0.0134 2008 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2009 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2010 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2011 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2012 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2013 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 2014 0.4685 0.0038 0.0365 0.4649 0.0128 0.0135 未来十年水文年支流水质情况 时间 类水质 类水质 类水质 类水质 类水质 劣水质 2005 0