长江流域水质的综合评价与预测

王梦东

(武汉理工大学理学院统计学系,湖北武汉　430063)

摘　要　长江流域水质演变过程可看成是一个具有多节点,向下流关联的复杂网络系统。本文运用统计学的统计推断原理及复杂系统理论,对长江近两年的水质情况作定量的综合评价。关键词　长江流域;水质污染;复杂系统;降解系数

中图分类号　X 52　　文献标志码　A 　文章编号　1671-8100(2006)02-0011-02

收稿日期:2006-01-05

作者简介:王梦东,硕士,主要从事统计学和复杂性系统研究工作。3　国家自然科学基金项目(资助号:70371063)。

1　问题的提出

水域污染是目前一个严峻的问题,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,已引起了相关部门和专家们的高度

重视。根据给出的长江沿线17个观测站(地区)近两年主要水质指标的检测数据,以及干流上7个观测站近一年的基本数据(站点距离、水流量和水流速)

[1]

,结合“1995～2004年长江流域水质报

告”给出的主要统计数据和国标(G B383822002)给出的《地表水环境质量标准》,研究长江干流近一年主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的主要污染源地区。

2　模型假设与变量说明

(1)假设污染物高锰酸盐与氨氮的降解系数

为0.2;

(2)长江中支流的污染物对干流的影响很小,可以忽略;

(3)变量说明

P ii :第i 监测点单位时间内排放到河流中的

污水量(g/s );

P i :第i 监测点单位时间内河流中流水含有

的污水量(g/s );

k :污染物的降解系数;

t i :第i 监测点的水流到i +1监测点的天数(t );

V i :第i 段流域之间水的流速(m/s );C i :第i 监测点的单位时间排出(mg/s );Q i :第i 监测点水的流量(m 3

/s );

3　模型的建立及求解

本文以该地区单位时间排放到河流中的污水

量多少,评判该地区是否为主要的污染源,单位时间内排放到河流中的污水量多的地区即为主要污染源。由于某地区的单位时间内河流流水中含有的污水量,包括上流的流下来残留污染物和该地区自身单位时间内排放到河流中的污水量,那么可建立模型如下:

P 1=P 11P 2=(1-k )

t 1

P 1+P 22

P 3=(1-k )(t 1+t 2)

P 1+(1-k )

t 2

P 2+P 22

…

P 7=(1-k )(t 1+t 2+…+t 7)P 1+(1-k )(t 2+…+t 7)

P 2+…+P 77

由于,河流中单位时间内流出的污水量=监测点

的污水浓度×水的流量:

P =Q ×C

据此化简得:

P ii =P i -(1-k )

t i-1

P i -1

　　如果降解系数k =0.2,将各个干流地区的监

1

1船海工程武汉船舶职业技术学院学报　2006年第2期

测的污染物浓度与水的流速带入进行计算,见

表1。

表1　2004年4月各干流的单位时间内排污量

污染物(g/s )

攀枝花

重庆朱沱

宜昌南津关

岳阳城陵矶

p (CODMn )8487448243353869341p (NH32N )

553.52671.34910.34798.1

污染物

河西水厂安庆皖河口南京林山

p (CODMn )593443044617634p (NH32N )

5842.2

1634.3

-1530.6

　　2004年5月至2005年4月的各干流的单位时间内排放到江中的污水量表格见文献[1];然后,计算出近一年来干流中单位时间内排放到河流中的污水量的数学期望:

E (P ii )NH 3-N =113∑13i =1P (j )

ii 　　那么,根据表格中的各地区的先后顺序,E

(P )CODMn =(9445.331,31591.88,35881,48049,33830,21887.29,31400)。

因此,一年来通过计算干流中单位时间内排放到河流中的高锰酸盐的质量的数学期望值的大小,表明有主要污染物高锰酸盐的地区为:湖南岳阳,江西九江,而湖北宜昌与江苏南京也有可能是主要污染源。进一步分析,对一年来干流中单位时间内排放到河流中的污水量作出直观的对比,见图1

。

图1　各地区排出C ODMn 的污水量由图1可以观察出湖北宜昌在2004年4月～2004年10月份也是整个长江中的主要污染源。而江苏南京一直比较平稳,也应该属于主要污染源。

　　氨氮的主要污染源地区:

E (P ii )NH 3-N =

1

13∑13

i =1

P

(j )ii

代入数据计算:

E (P )

NH 3-N

=(481.58,2841.8,3322.592,

4602.269,2794.842,1323.943,354.3546)

　　那么,一年来通过计算干流中单位时间内排放到河流中的氨氮量的数学期望值大小,表明有主要污染物氨氮的地区为:湖南岳阳,重庆朱沱,而湖北宜昌排污量也比较大,同理,作出对比图,见图

2

图2　各地区排放氨氮量的情况

根据各个地区单位时间排放至长江中的氨氮

量对比,可以知道湖北宜昌在2004年4月～2004年10月份也是长江中的污染源。

综上所述,长江干流近一年主要污染物高锰酸盐指数污染源为:湖南岳阳,江西九江,江苏南京,而湖北宜昌在2004年4月～2004年10月份是整个长江中高锰酸盐指数的主要污染源。长江干流近一年主要污染物氨氮污染源为:湖南岳阳,重庆朱沱,湖北宜昌在2004年4月～2004年10月份也是长江中的氨氮的主要污染源。

参　考　文　献

1　姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].高等教育出版社,2003,

3.

2　成思危.复杂性科学探索[M].民主与建设出版社,1999.3　戴汝为,沙飞.复杂性问题研究综述:概念及研究方法[J ].自

然,1995,17(2).

(下转第16页)

4　结束语

在实际进行板缝排列时,要遵循的诸项原则往往会出现相互制约的现象,因此,排列板缝的过程,实际是分析矛盾和处理矛盾的过程。尤其是新船型、新结构、新用途船舶的不断出现,很难用一种或几种固定的方法来处理情况各异、复杂多变矛盾。需要操作者对具体问题具体分析,重点处理好主要原则,兼顾其它原则,灵活处理,才能得到更好的结果。

参　考　文　献

1　黄浩.船体工艺手册[M].北京:国防工业出版社,19.

2　康汉元.船台无余量装配[M].北京:人民交通出版社,1980.

Discuss on Arranging of H ull Plate

XU Zhao2kang

(Wuhan University of T echnology,Wuhan430063,China)

Abstract:This paper gives a com prehensive view of the principles on hull plate arranging,and the general approaches and processes as well.Several familiar problems and related res olutions in arranging are ex2 plained fully.

K ey w ords:hull plate;arranging

(责任编辑:谭银元)

(上接第12页)

The Comprehensive Evaluation and Prediction of

Yangtze Drainage Area W ater Q uality

WANG Meng2dong

(Statistics Department,Wuhan University of Science and T echnology,Wuhan430063,China)

Abstract:The water quality ev olvement process in Y angtze River drainage area is believed as a com plex netw ork system,with having lots of nodes and correlating to the down flow.This paper described a forecast mathematic m odel about water quality pollution in Y angtze River drainage area,which is using the auto stem cell engine according as the ev olvement and state of its system.And then the ev olution trend am ong decade w ould be doped out about water quality pollution.

K ey w ords:Y angtze River drainage area;water quality pollution;com plex system;auto stem cell engine.

(责任编辑:谭银元)