长江水质的评价和预测(5)

4.问题三的层次分析模型

模型建立：

我们采用层次分析法分析过去十年的主要统计数据，了解以往长江的水质污染情况。 1）构造水质综合评价的的阶梯层次结构

在构造长江水质综合评价模型时，考虑丰水期值、枯水期值、水文期值这三个情况下的水质指标的综合效果。评价的标准是根据全流域、干流、支流为依据的，而且，在每个评价标准下，又以6类水的信息为基础。构造其四层的综合评价的递阶层次结构如下图：

问题三：水质污染综合评价 水文期值A1 全流域B1 干流B2 支流B3 丰水期值A2 枯水期值A3 Ⅰ类水C1 Ⅱ类水C2 Ⅲ类水C3 Ⅳ类水C4 Ⅴ类水 C5 劣Ⅴ类水C6 图3.4水质污染综合评价 2）建立V-A层判断矩阵

建立V-A层判断矩阵的依据是：考虑A层的三个因素对长江水质综合评价的重要性时，认为水文期比丰水期重要，而丰水期又比枯水期重要，得到以下判断矩阵：

A1

A2 A3

?1,A???1/3,??1/5,3,1,3/5,5,?5/3,??1??A1A2

A33）建立A-B层判断矩阵

建立A-B层判断矩阵的依据是：考虑B层的三个因素对A1综合评价时的重要性时，认为全流域的值比干流和支流都重要。得到以下的判断矩阵：

B1 B2 B3

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?1,B???1/3,??1/3,3,1,1/3,3,?3,??1??B1B2

B3

通过计算求解，我们得到了1995～2004的水质分级的评价表：

表3.13 1995年～2004年的水质分级的评价表

年

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 份 PI

0.19 0.2 0.23 0.26 0.28 0.31 0.29 0.315 0.33 0.35 值

经过进一步的分析，我们得到了后10年的预测分析表：

表3.13 2005年～2014年的水质预测分级表

年

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 份 PI

0.36 0.38 0.39 0.4 0.45 0.49 0.526 0.551 0.58 0.61 值

㈣ 问题四的求解分析

问题四为：根据问题三的预测分析，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？ 解决方案

依照过去十年的统计数据及根据我们对问题Ⅰ和问题Ⅲ的结果求解结果如表1.5和3.2统计可得到当年长江排污量达到207亿吨时，长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例将超过20%，且劣Ⅴ类水不为零，为此要将在未来十年内每年都要求长江干流的Ⅳ类水和Ⅴ类水的比例控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水，必须将长江的年排污量控制在207亿吨以下，即未来十年每年需要处理的污水量应为Hi?207?Ri（I=2005,2006,?,2014）其中Ri为第i年需要处理的污水量，Hi为预测的i年的污水排放量。结果见下表（）：

表4.1每年需要处理的污水（单位：亿吨） 年份 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Ri 107.9 134.4 163.2 194.3 227.6 263.2 301.1 341.3 383.8 428.6

㈤ 问题五

问题五为：对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。

针对前面四个问题的结论，在综合治理长江污染问题，合理利用水资源上，我们提出了以下几条建议：

1、强化法制管理,严格控制污水入江。回顾江水污染的历史教训, 造成长江污染的关键, 是大量污水直接入江。要保护长江水资源,就要严格控制污水入江量。所以要尽快制定长江流域水污染防治条例,把长江流域的污染源统统纳入流域的法制管理,制定保护标准,划定保护区,实行总量控制,严格限制入江排污量。制定限期治理规划,该关停的坚决关停。只要强化管理,长江水污染一

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定会得到控制和改善。

2、加强污染源治理,建立长江污染源综合治理系统。随着社会经济的发展,长江及其上游地区的污染源也不断增加,要保护长江水质,单靠某一种治理措施是不行的,必须走综合治理的道路。抓住重点污染源,解决主要矛盾,建立建全长江水污染治理系统。要建立工厂治理—城市集中治理—土地处理—长江湿地处理系统。要加强研究, 做好规划。工厂治理要治一处成一处, 要保证运行率和治理效果。

3、推行节约用水和污水再用，尽可能减少新鲜水的使用量；为了实现污水处理回用目的，针对拟建项目特点，提出对排放的污水采用适宜的处理措施。城市污水厂处理的污水要充分利用, 结合农田水利建设,扩大科学引污灌溉面积,消化处理污水;同时进行综合整治。

4、排污交易：遵守地表水污染负荷总量控制原则和要求。在条件许可情况下，通过排污交易保持排污总量不增大。

5、对拟建项目实施清洁生产、预防污染和生态破坏，这些是消减环境影响的最根本措施。

6、对拟建项目拟采纳的污水污染控制方案的合理性、先进性提出评价和改进意见。

7、在项目建设期因清理场地和基坑开挖、推土造成的裸土层应就地建雨水拦蓄池和种植速生植被，减少沉淀物进入地表水体。

8、施用农用化学品的项目，应当通过安排好化学品施用时间、施用率、施用范围和流失到水体的途径等方面想办法，将土壤侵蚀和进入水体的化学品减少到最小。

9、当根据当地具体情况，采取生物、化学、管理、文化和机械等手段一体的综合方法。

10、 在农村或城市远郊有条件的地区，可以利用人工湿地对非点源污染（例如营养物、农药和沉淀物污染等）进行控制。

四、模型的优缺点分析

㈠ 模型的优点：

1）通过层次分析的的方法，解决了问题中对长江总体以及各观测点水质的综合评价问题

2）采用指数平滑法和层次分析相结合的方式解决了对未来10年长江水质污染趋势的预测

3）模型的结构简单便于推广和改进，对现实具有很强的指导意义。 4）对解决长江水质的污染问题提出了大量切实可行措施。 ㈡ 模型的缺点：

由于所给定的数据有限，对个别问题的解决难免带来了误差；时间的仓促也使对我们对问题的研究还不能达到尽善尽美。

五、模型的推广与改进

我们的模型不仅可以应用于对江河湖泊水质进行较精确的评价，而且对类似的

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评价问题都能很好多解决。对问题的预测可以对未来的决策研究提供了可参考的依据，对未来有了一个更好的把握。

参 考 文 献

[1] 李祚泳等，环境质量评价原理与方法，北京 化学工业出版社，2004年5月 [2] 姜启源等，数学模型（第三版），北京 高等教育出版社，2003年8月 [3] 丁桑岚，环境评价概论，北京 化学工业出版社，2001年4月

[4] 王沫然，MATLAB6.0与科学计算，北京 电子工业出版社，2001年9月

附录1：断点水质的评价程序

附录2：断点水质的评价结果

附录3：MATLAB程序清单

附录4：问题三指数平滑法程序

附录5：各类水比重的发展趋势图

录 清 单

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附附 录

附录1断点水质的评价程序

#include

#define N 4 //监测数据项目 #define M 4 //质量标准

float aa[4][4]={1, 2, 3, 3, 0.5, 1, 1.5, 1.5, 0.33333, 0.66667, 1, 1, 0.33333, 0.66667, 1, 1};

/*float a[N][M]={7.681785714, 8.137857143, 3.021428571, 0.287142857, 7.5975, 6.503125, 3.35, 0.285625, 7.9575, 10.215, 2.775, 0.28,

7.7125, 10.36875, 2.4875, 0.29375};//江苏扬州三江营? /*float a[N][M]={7.619285714, 7.910357143, 3.742857143, 0.286428571, 7.351875, 6.91375, 2.85, 0.18, 8.0725, 8.89, 7.125, 0.45,

7.9275, 9.41375, 3.8375, 0.4175};*///江西九江蛤蟆石 /*float a[N][M]={7.110357143, 5.698214286, 2.323928571, 4.633214286, 6.766875, 5.039375, 1.566875, 2.07125, 8.1025, 8.415, 4.25, 10.8925,

7.30125, 5.6575, 2.875, 6.6275};//江西南昌滁槎

/*float a[N][M]={7.9475, 7.421428571, 3.325, 0.183214286, 7.954375, 6.31125,3.225, 0.166875, 7.905, 9.035, 4, 0.19,

7.955, 8.835, 3.1875, 0.2125};*///湖北武汉宗关 /*float a[N][M]={7.728571429, 8.315, 4.192857143, 0.385714286, 7.73, 7.993125, 3.9875, 0.339375, 7.6975, 8.575, 4.2, 0.3725,

7.74125, 8.82875, 4.6, 0.485};*///湖南岳阳岳阳楼 /*float a[N][M]={7.076785714, 7.11, 2.485714286, 0.916428571,

7.048125, 6.5525, 2.5375, 0.749375,

7.3325, 7.5875, 1.775, 1.27, 7.00625, 7.98625, 2.7375, 1.07375};//湖南长沙新港

/*float a[N][M]={7.877142857, 9.291071429, 1.953571429, 0.092142857,

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