巢湖的水环境保护评价和保护方案.pdf

第 1 页 共 16 页合肥学院第六届数学建模竞赛参 赛 论 文团队编号：选择赛题：【A】【B】论文题目：巢湖的水环境保护评价和保护方案参赛队员个人信息：姓名性别系别班级学生证号签名王玉女数理系09级数学与应用数学（2）班0907022037 王玉姚丹丹女数理系09级数学与应用数学（2）班0907022021 姚丹丹王青杰男数理系09级数学与应用数学（2）班0907022013 王青杰名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 16 页 -第 2 页 共 16 页巢湖的水环境保护评价和保护方案摘要巢湖是我国5 大淡水湖泊之一，也是安徽省境内第1 大湖，具有提供生活饮用水、工业用水、农灌用水以及水产养殖、航运、旅游、蓄排水和调节气候等多种功能多年来，由于防汛和工农业用水的需要，围湖堤及通江闸的修建使其成为湖泊型水库，水位常年人为控制巢湖流域内森林植被遭到严重破坏，水土流失加剧，生态环境不断恶化，导致整个流域生态系统结构和功能在短时间内发生了巨大的变化要实现流域水资源的可持续利用,必须加快水污染综合治理文章利用综合水质标识指数法、均值和方差分析法、拟合曲线估计法分析了巢湖污染保护现状,并结合实际情况提出了治理对策。

关键词：巢湖水质污染综合水质标识指数法均值和方差分析法拟合曲线估计法问题重述环境保护问题是当前的一个重要社会课题位于我市之郊的巢湖是我国五大淡水湖之一，关爱巢湖、保护巢湖，我们责无旁贷早在若干年前，我市就提出了保护巢湖水环境的重要目标请你根据附件所给材料，并查阅有关资料用数学建模的方法解决如下问题：就所给材料，评价当前巢湖的水环境保护情况；就你的评价给出巢湖水环境的进一步保护方案；就你的方案形成一份给有关部门的报告问题假设1.假设巢湖的自然净化能力是均匀的；2.假设在没有人类保护的情况下，巢湖水质环境是不变的；3.假设废水的处理对各类污染程度的河流的影响是均匀的；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 16 页 -第 3 页 共 16 页4.假设附件所给材料的数据是真实可信的符号说明 Pi：单区域水质指数 X1.X2：单区域水质标识指数法总和的平均值（X1.X2）t1：比较分析时间间隔内起始时刻的综合水质指数（X1.X2）t2：比较分析时间间隔内终止时刻的综合水质指数xExnii1：均值niExxsin1221：方差问题分析巢湖的水质状况有很多传统的系统评估方法比如加权评估法、专家评估法、综合评分法以及层次分析法都不免受到主观因素不同程度的影响。

综合评价水环境质量，全面把握流域水环境污染特征是水环境污染防治中的重要基础性工作水质标识指数可以完整标识水质评价指标的类别、水质数据、功能区目标值等重要信息，在单区域水质标识指数法基础上建立的综合水质标识指数法能完整表达河流总体的综合水质信息，既不会因个别水质指标较差就否定综合水质，又能对综合水质做出合理的评价，为系统全面地研究浑河流域各不同河段水环境特征，我们根据20092011 年间水质监测材料，采用综合水质标识指数法，识别出各控制区域的污染情况，并阐明了巢湖流域水环境质量时间变化规律，本研究既体现了全流域统筹考虑的系统思想，又体现了分区研究的针对性特点1、单区域水质标识指数单区域水质指数Pi 表示为第 i 地区水质污染的程度的均值2、综合水质标识指数综合水质标识指数由单区域水质标识指数总和的平均值、代表水质类别与功能区划设定类别比较结果，X1.X2 为单区域水质标识指数法总和的平均值m 为参加水质评价地区个数3、综合水质评价名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 16 页 -第 4 页 共 16 页3.1 综合水质级别评价依据国家地表水环境质量标准的分类，对水质进行级别界定称为水质级别评价。

对照水体功能区类别，对水体清洁或污染程度进行评价分为5 级：优、良好、轻度污染、中度污染、重度污染，评价标准见表1.对流域、区域水环境综合治理而言，河流、水系整体的水质状况，如环湖河整体水质级别是水质评价关注的问题在区域水质级别评价的基础上，可对环湖河整体的综合水质级别进行评价，其方法为：首先计算环湖河或水系各监测断面综合指数的算术平均值（见下式），然后根据表 1 评价环湖河及水系的综合水质级别基于综合水质指数的环湖河整体的综合水质评价式中：X1.X2 为河流或水系的综合水质指数；i 为环湖河流编号；n 为环湖河流总数；（X1.X2）为河流或水系第i 个环湖河上的综合水质指数综合水质级别的判断标准见表13.2 综合水质污染随时间变化评价水质随时间变化表达为：基本不变、轻微变化、显著变化a、基本不变在比较分析的时间间隔内，综合水质没有发生改善或略有改善：式中：（X1.X2）t1 为比较分析时间间隔内起始时刻的综合水质指数；（X1.X2）t2 为比较分析时间间隔内终止时刻的综合水质指数b、轻微变化在比较分析的时间间隔内，综合水质没有发生显著的改善：c、显著变化在比较分析的时间间隔内，综合水质没有发生改善或略有改变：4、综合水质级别评价由表 3 和表 4 可知，巢湖的污染程度比较严重，基本上都属于轻、中级污染，它的治理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 16 页 -第 5 页 共 16 页迫不及待。

污染比较严重的地方是西半湖、派河、十五里河、南淝河，尤其是南淝河更是属于重度污染地区，情况比较严重由表 5 可以发现巢湖的治理效果不是很明显2009 年 6-12月相比 1-6 月综合水质下降了3.96%，2010 年 1-6 月相比 2009 年 6-12 月综合水质改善了17.1%，2010 年 6-12 月相比 2010 年 1-6 月综合水质下降13.8%，所以我们得出，巢湖的保护措施做得不是很明显表1：判断标准污染程度优良轻中重标准-1 0 1 2 3 表 2：20092010 年巢湖环湖河流综合水质污染标识指数区域2009 年1-6 月2009 年6-12 月2010 年1-6 月2010 年 6-12月综合水质污染指数东半湖水质状况1.5 1 1.166667 1 1.1333334 西半湖水质状况2.5 2.666667 2.833333 2.833333 2.6666666 裕溪河水质状况0 0.166667-0.33333 0.333333 0.0416675 杭埠河水质状况0.166667 0.5-0.5 0.333333 0.125 兆河水质状况0.5 0.833333-0.16667 0.833333 0.499999 柘皋河水质状况0.333333 1.333333-0.16667 0.666667 0.5416658 白石天河水质状况0.333333 1.333333 0.166667 0.666667 0.625 双桥河水质状况2.666667 1 3 1.833333 2.125 派河水质状况2.833333 2.666667 2.5 2.166667 2.5416668 十五里河水质状况3 3 3 2.833333 2.9583333 南淝河水质状况3 3 3 3 3 巢湖1.530303 1.590909 1.318182 1.5 1.47803 表 3：20092010 年巢湖环湖河流综合水质污染类别名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 16 页 -第 6 页 共 16 页区域2009 年1-6 月2009 年6-12 月2010 年1-6 月2010 年6-12 月综合水质污染东半湖水质状况轻良良良轻西半湖水质状况重重重重重裕溪河水质状况良良良良良杭埠河水质状况良良良良良兆河水质状况良轻良轻良柘皋河水质状况良轻良轻轻白石天河水质状况良轻良轻轻双桥河水质状况重轻重中中派河水质状况重重重中重十五里河水质状况重重重重重南淝河水质状况重重重重重巢湖中中轻中轻（以四舍五入进行数字处理）表 4：巢湖水质污染情况趋势表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 16 页 -第 7 页 共 16 页巢湖水质污染情况00.511.522009年1-6月2009年6-12月2010年1-6月2010年6-12月时间水质污染标识指数系列1表 5：东西半湖污染程度情况表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 16 页 -第 8 页 共 16 页解决巢湖水质污染问题的建议和意见根据材料所给的内容，我们经过分析得到，将水质污染状况分为五个水平，富营养状况分为三个水平，由于数据很多采取模拟函数误差太大，而通过整体的均值和方差不仅具有整体性，也很具有说服力。

所以我们计算出了东西半湖的水质污染状况和富营养状况的均值和方差时间是从2009 年 1 月到 2011 年 6 月）具体的分析可以参考下表以及所给的分析计算方法：均值：nxExnii1方差：niExxsin1221（随机变量x是每月的污染指数）1、均值和方差分析法：a、xExnii1越大，niExxsin1221越小，污染越严重，相关部门可能忽略该地区的治理b、xExnii1越大，niExxsin1221越大，说明相关部门投入了治理，但效果不明显,该地区很难治理，要加大治理力度C、xExnii1越小，niExxsin1221越小，说明该地区的水质状况很好，相关部门可适量减少该地区的资金投入表 6：巢湖环湖九大湖水质状况区域均值方差名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 16 页 -第 9 页 共 16 页1 东半湖水质状况1.1333333333 0.18222222222 2 西半湖水质状况2.6666666667 0.28888888889 3 东半湖水体营养状态0.53333333333 0.31555555556 4 西半湖水体营养状态1.6666666667 0.28888888889 5 裕溪河水质状况0.041666666667 0.37326388889 6 杭埠河水质状况0.125 0.94270833333 7 兆河水质状况0.5 0.83333333333 8 柘皋河水质状况0.54166666667 1.4149305556 9 白石天河水质状况0.625 0.984375 10 双桥河水质状况2.125 1.5260416667 11 派河水质状况2.5416666667 0.74826388889 12 十五里河水质状况2.9583333333 0.039930555556 13 南淝河水质状况3 0 通过求东西半湖的方差和均值，可以看出东半湖水质状况均值:1.133 东半湖水体营养状态均值：0.533 西半湖水质状况:2.667 西半湖水体营养状态均值：1.667，可以看出东半湖的平均水质状况比西半湖水质状况要好；而从东西半湖水质状况的方差水平可以看出西半湖比东半湖要稳定，可以说明东半湖不仅污染总体水平低，而且很容易治理。

相反，西半湖水质状况和富营养状况方差相对较大，所以偏西地区波动性较大人为干扰因素较大，所以该地区相对来说很难治理相应的该地区应加大对西半湖的污染的治理下面就分别对九大河进一步分析：将九大河水质状况（说明：将数据保留到0.001 位四舍五入）均值按递增的顺序排列：裕溪河 杭埠河 兆河 柘皋河 白石天河 双桥河 派河水 十五里河 南淝河niExxsin1221按递增的顺序排列：南淝河 裕溪河 十五里河 派河水 兆河 杭埠河 白石天河 柘皋河 双桥河从上面的排列顺序可以得出:裕溪河水质状况最好，污染基本上是轻其次是杭埠河较好，水质状况最差的是南淝河而在从方差看，整体水平裕溪河是最好，不仅无让水平低，而且方差低，说明该地区基本上趋于稳定，该河保持原来现状即可或者更好最差的南淝河，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 16 页 -第 10 页 共 16 页均值最大，方差为零说明该地区缺少治理，或是说该地区根本。