水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃與管理

1、課程內(nèi)容水污染特征及水環(huán)境監(jiān)測(cè)第一章 -問(wèn)題、方法水環(huán)境評(píng)價(jià)第二章 -標(biāo)準(zhǔn)、方法水污染治理技術(shù)第三章 -目標(biāo)、技術(shù)水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃第四章 -目標(biāo)、方法1第四章 水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃概述水環(huán)境系統(tǒng)控制規(guī)劃水污染物總量控制規(guī)劃2第四章 水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃概述水環(huán)境系統(tǒng)控制規(guī)劃水污染物總量控制規(guī)劃3 水環(huán)境系統(tǒng)是由污染物發(fā)生系統(tǒng)、污染物承納系統(tǒng)和污染物控制系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)。水環(huán)境系統(tǒng)的組成水環(huán)境系統(tǒng)污染物承納系統(tǒng)污染物控制系統(tǒng)污染物發(fā)生系統(tǒng)工業(yè)廢污水源生活污水發(fā)生源廠(chǎng)內(nèi)單項(xiàng)治理城市污水處理廠(chǎng)土地處理氧化塘河流水體湖泊水體海洋水體土地系統(tǒng)4 污染物發(fā)生系統(tǒng) 水污染發(fā)生系統(tǒng)是造成水環(huán)境污染的來(lái)源系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由人

2、為活動(dòng)和自然污染源組成。水污染發(fā)生系統(tǒng)中包括點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染。水環(huán)境系統(tǒng)的組成水污染發(fā)生系統(tǒng)自然污染人為污染自然侵蝕水土流失植物殘骸動(dòng)物殘骸工業(yè)區(qū)礦區(qū)住宅居民區(qū)農(nóng)田徑流5 污染物承納系統(tǒng) 污染物承納系統(tǒng)一般是指天然的或人工的水體，如河流、湖泊、水庫(kù)、海洋和地下水等等。污染物承納系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生著物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化和能量的傳遞過(guò)程。水污染物的承納系統(tǒng)的質(zhì)量是我們追求的目標(biāo)和規(guī)劃的出發(fā)點(diǎn)。 水污染控制系統(tǒng) 水污染控制系統(tǒng)是一個(gè)非常廣泛的概念。從廣義上來(lái)說(shuō)，它可以涉及到人類(lèi)的資源開(kāi)發(fā)、人口規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量之間的協(xié)調(diào)平衡問(wèn)題。從地域上來(lái)說(shuō)，可以在一條河流的整個(gè)流域上進(jìn)行水資源開(kāi)發(fā)、利用和水污染防

3、治規(guī)劃，也可以再一個(gè)小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)與污水處理，乃至一個(gè)具體的污水處理設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行。 水污染控制系統(tǒng)是保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量的措施系統(tǒng)，包括生產(chǎn)工藝的革新、污染物治理工程、水土保持、行政管理措施和法規(guī)等等。水環(huán)境系統(tǒng)的組成6環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的一般概念環(huán)境規(guī)劃環(huán)境容量系統(tǒng)論總量控制系統(tǒng)規(guī)劃環(huán)境模擬總量控制 環(huán)境規(guī)劃是國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的有機(jī)組成部分，是環(huán)境決策在時(shí)間、空間上的具體安排。這種規(guī)劃是對(duì)一定時(shí)期內(nèi)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和措施所作出的規(guī)定，其目的是在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保護(hù)環(huán)境，使經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。7內(nèi)容之一：環(huán)境污染的發(fā)展環(huán)境問(wèn)題萌芽階段發(fā)展惡化階段第一次高潮階段第二次高潮階段

4、內(nèi)容之二：環(huán)境污染的治理歷程工業(yè)污染防治城市環(huán)境綜合治理生態(tài)環(huán)境綜合防治區(qū)域環(huán)境綜合防治全球環(huán)境保護(hù) 環(huán)境保護(hù)規(guī)劃學(xué)科的產(chǎn)生8內(nèi)容之三：三個(gè)階段1973-1981 起步階段1981-1985 納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)1986-2000 全面提升內(nèi)容之四：四個(gè)轉(zhuǎn)變 污染防治-污染預(yù)防污染污染防治與生態(tài)保護(hù)并重循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展內(nèi)容之五：工業(yè)：末端治理綜合防治結(jié)構(gòu)調(diào)整 環(huán)境保護(hù)規(guī)劃學(xué)科的產(chǎn)生9 環(huán)境保護(hù)規(guī)劃學(xué)科的產(chǎn)生“六、七、八五”屬污染控制型規(guī)劃，在規(guī)劃中逐步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)污染由末端治理為主轉(zhuǎn)向以污染控制預(yù)防為主的轉(zhuǎn)變；“九五”規(guī)劃提出了生態(tài)保護(hù)和農(nóng)村保護(hù)的內(nèi)容，第一次編制了總量控制計(jì)劃、重點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)劃和重點(diǎn)流

5、域、區(qū)域規(guī)劃；“十五”規(guī)劃較好體現(xiàn)以人為本的思想和污染防治與生態(tài)保護(hù)并重的原則，提出了以污染污總量控制為主線(xiàn)，以防治區(qū)域的污染和遏制人為生態(tài)破壞為重點(diǎn)，以政府主導(dǎo)、市場(chǎng)推進(jìn)、公眾參與為機(jī)制創(chuàng)新的方向。10 定義：水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃是根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)對(duì)水體質(zhì)量的要求，以水環(huán)境承載能力和污染物排放狀況為基礎(chǔ)，通過(guò)總量控制，對(duì)各種污染源和污染物的排放作出安排，以達(dá)到控制污染改善水環(huán)境的目的。 目標(biāo):協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各組成或部分之間的關(guān)系，以最低的水污染控制費(fèi)用滿(mǎn)足水環(huán)境質(zhì)量要求。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃11水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的分類(lèi) 從范圍和層次來(lái)劃分: 流域規(guī)劃 任務(wù)：在一個(gè)流域范圍內(nèi)確定水污染控制的戰(zhàn)略

6、目標(biāo)，包括環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。 主要內(nèi)容：在流域范圍內(nèi)協(xié)調(diào)各個(gè)重要污染源之間的關(guān)系，以保證流域范圍內(nèi)的各個(gè)河段和支流滿(mǎn)足水質(zhì)要求。12水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的分類(lèi) 從范圍和層次來(lái)劃分: 區(qū)域規(guī)劃 區(qū)域規(guī)劃是指流域范圍內(nèi)具有復(fù)雜的污染源的城市或工業(yè)區(qū)的水污染控制規(guī)劃。區(qū)域規(guī)劃是在流域規(guī)劃的指導(dǎo)下進(jìn)行的，其目的是將流域規(guī)劃的結(jié)果排放總量分配給各個(gè)污染源，并為此制定具體的方案。. 設(shè)施規(guī)劃 設(shè)施規(guī)劃的目的是按照區(qū)域規(guī)劃的結(jié)果，來(lái)選擇合理的污水處理設(shè)施，所選的污水處理設(shè)施既要滿(mǎn)足污水處理效率的要求，又要使污水處理的費(fèi)用最低。13水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的分類(lèi) 從不同管理目的來(lái)劃分 針對(duì)水質(zhì)管理的不同目的，水環(huán)境規(guī)劃

7、可以分為水環(huán)境綜合整治規(guī)劃、水污染物總量控制規(guī)劃、水污染系統(tǒng)規(guī)劃、城市飲用水源保護(hù)規(guī)劃等類(lèi)型。 水環(huán)境綜合整理規(guī)劃師根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀編制的開(kāi)發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)水資源和防止水害的總體部署。而其它規(guī)劃屬于專(zhuān)業(yè)規(guī)劃范疇。14水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的基本原則和步驟基本原則以經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想為依據(jù)，明確水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的指導(dǎo)思想；水環(huán)境目標(biāo)要切實(shí)可行，要有明確的時(shí)間要求和具體指標(biāo)；在制定區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的同時(shí)，制定區(qū)域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，兩者要緊密結(jié)合，經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和環(huán)境目標(biāo)之間要綜合平衡后加以確定；要進(jìn)行全面的效益分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的統(tǒng)一；區(qū)域水污染物的排

8、放要實(shí)現(xiàn)總量控制。15過(guò)程和步驟功能區(qū)劃分確定相應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)考察排污量與水質(zhì)現(xiàn)狀的定量關(guān)系分析達(dá)到國(guó)標(biāo)可供選擇的方法設(shè)計(jì)不同控制要求的總量控制方案成本-效益分析領(lǐng)導(dǎo)決策，重新確定功能16第四章 水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃概述水環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃水環(huán)境總量控制規(guī)劃17 根據(jù)解決污染問(wèn)題的途徑，我們可以把河流污水系統(tǒng)控制規(guī)劃分為兩大類(lèi)型: 最優(yōu)化規(guī)劃問(wèn)題 規(guī)劃方案模擬問(wèn)題 18 基本經(jīng)濟(jì)分析 以最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)改善水環(huán)境質(zhì)量，這是水污染那控制規(guī)劃的核心思想，也就是說(shuō)經(jīng)濟(jì)合理性是評(píng)價(jià)水污染控制系統(tǒng)好壞的基本依據(jù)。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 以收益-費(fèi)用分析來(lái)看，水污染控制所去除污染物的總量與收益和費(fèi)用之間存在如下關(guān)系：去除

9、污染物量越大，臨界費(fèi)用越大，臨界收益越小。臨界費(fèi)用和收益是指去除單位污染物所需要費(fèi)用價(jià)格和所得的收益價(jià)格。19 污染控制的收益和費(fèi)用，總的可以分為兩大部分： 第一，有關(guān)人為活動(dòng)的收益和費(fèi)用，包括污染源的回收、處理活動(dòng)，管道輸送活動(dòng)，污水處理活動(dòng)，以及其他河流治理活動(dòng)； 第二：有關(guān)水資源的污染及其控制所造成的社會(huì)收益與費(fèi)用。包括直接影響和間接影響。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)20 人為活動(dòng)的收益和費(fèi)用影響因素包括以下幾個(gè)方面：（1）污水處理活動(dòng)的費(fèi)用與污水處理的規(guī)模和處理效率有關(guān)，如圖所示。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)污水處理費(fèi)用的規(guī)模與處理效率的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)21（2）當(dāng)污水處理去除效率固定時(shí)，規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效

10、應(yīng)如下圖所示。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 也就是當(dāng)處理水量增加時(shí)，總費(fèi)用隨之增加，但處理污水的單價(jià)卻降低，相當(dāng)于圖中曲線(xiàn)C(Q）的斜率隨Q的增加而減小。污水處理費(fèi)用的規(guī)模與處理效率的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)22水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 但是，從污水處理與管道輸水這兩種活動(dòng)來(lái)說(shuō)，它們的分散與集中對(duì)費(fèi)用又有相互的制約關(guān)系。當(dāng)污水處理廠(chǎng)的數(shù)目n由大變小時(shí)，污水處理費(fèi)用下降，但是由于輸水管線(xiàn)總長(zhǎng)度的增加，輸水費(fèi)用將不斷上升，如圖所示。圖中總費(fèi)用曲線(xiàn)最低的點(diǎn)也就是污水處理廠(chǎng)的最優(yōu)設(shè)置參數(shù)（或最優(yōu)位置）區(qū)域污水處理系統(tǒng)處理廠(chǎng)規(guī)模的費(fèi)用變化及其構(gòu)成23（3）當(dāng)污水處理廠(chǎng)的規(guī)模固定時(shí)，處理效率與費(fèi)用如圖A中 ；也可表示為圖B。

11、水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 也就是當(dāng)處理效率提高時(shí)，總費(fèi)用隨之增加，但處理污水的單價(jià)，即圖B中曲線(xiàn)段斜率卻迅速增長(zhǎng)。圖A圖B24（4）在一定限度內(nèi)，水體具有同化污染物質(zhì)而保證水質(zhì)滿(mǎn)足某種功能要求的能力，即水體的自?xún)裟芰?。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 自?xún)裟芰θQ于水體自身的物理、化學(xué)和生物特性，也與污水的排放方式（包括排放位置、排污負(fù)荷）和水質(zhì)要求有關(guān)。開(kāi)發(fā)和利用這種資源可以代替污水人工處理的部分符合，從而降低污水處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用。25（4）在一定限度內(nèi)，水體具有同化污染物質(zhì)而保證水質(zhì)滿(mǎn)足某種功能要求的能力，即水體的自?xún)裟芰?。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 自?xún)裟芰θQ于水體自身的物理、化學(xué)和生物特性

12、，也與污水的排放方式（包括排放位置、排污負(fù)荷）和水質(zhì)要求有關(guān)。開(kāi)發(fā)和利用這種資源可以代替污水人工處理的部分符合，從而降低污水處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用。26 主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的核心內(nèi)容之一，而平價(jià)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)效果的優(yōu)劣必須借助科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 靜態(tài)指標(biāo)：不考慮資金時(shí)間價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要包括投資利潤(rùn)率、投資收益率、投資收入率、投資回收期與抵償年限等。 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：考慮了資金時(shí)間價(jià)值及項(xiàng)目在整個(gè)壽命期內(nèi)收入與支出的全部經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)后所得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)。水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)27 環(huán)境費(fèi)用效益分析 費(fèi)用效益分析方法是環(huán)境等公共項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的主要方法 環(huán)境費(fèi)用效益分析的一般步驟如圖所示：水環(huán)

13、境保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)弄清問(wèn)題各種對(duì)策方案的費(fèi)用環(huán)境破壞的程度與環(huán)境功能損壞關(guān)系環(huán)境功能分析費(fèi)用現(xiàn)值的計(jì)算各種對(duì)策方案環(huán)境改善的程度各種對(duì)策方案環(huán)境保護(hù)措施的效益費(fèi)用效益比較輸出結(jié)果效益現(xiàn)值的計(jì)算28 排放口最優(yōu)化處理 最優(yōu)化均勻處理 區(qū)域最優(yōu)化處理河流污水系統(tǒng)控制規(guī)劃 29一、排放口最優(yōu)化處理 排放口優(yōu)化處理問(wèn)題-以每個(gè)小區(qū)的污水處理廠(chǎng)為基礎(chǔ)，在水體水質(zhì)條件的約束下，求解各個(gè)污水處理廠(chǎng)的最佳處理效率組合。 排放口優(yōu)化處理問(wèn)題，在水污染控制系統(tǒng)中研究最多，技術(shù)也最為成熟，它是建立在河流水質(zhì)狀況模擬基礎(chǔ)上的優(yōu)化問(wèn)題。30 約束條件： 目標(biāo)函數(shù)：（1）排放口優(yōu)化處理 數(shù)學(xué)模型31（2）模型求解方法

14、線(xiàn)性規(guī)劃方法（LP） 近似規(guī)劃及小步梯度法的應(yīng)用 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法處理 32A、線(xiàn)性規(guī)劃方法（LP） 應(yīng)用費(fèi)用函數(shù)的線(xiàn)性方法，可將目標(biāo)函數(shù)化為線(xiàn)性方程，并將的排污口排入河流中BOD5的濃度改為已經(jīng)過(guò)處理后的濃度代入約束方程中，也就是 。經(jīng)過(guò)這一變換后即可用單純形法求最優(yōu)。 33B、近似規(guī)劃及小步梯度法的應(yīng)用 根據(jù)本地區(qū)能搜集到的資料來(lái)建立費(fèi)用函數(shù)，對(duì)于這些非線(xiàn)性的費(fèi)用函數(shù)（目標(biāo)函數(shù)）選定后，應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃教程中近似規(guī)劃法即可求得最優(yōu)解。若考慮到污水處理廠(chǎng)的處理效率有上、下限的約束，即，可行解域不允許超過(guò)上、下限，這時(shí)可用小步梯度法來(lái)求解，這里也不再重復(fù)。34C、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法處理 污流的水污染控制系統(tǒng)是一

15、個(gè)典型的多級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)，或者說(shuō)是一個(gè)序列系統(tǒng)，對(duì)于序列系統(tǒng)尋求目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的方法應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃是能收到滿(mǎn)意的效果的。 35二、最優(yōu)化均勻處理 在實(shí)際的河流污水系統(tǒng)中常與城市污水系統(tǒng)（或工業(yè)區(qū)）聯(lián)系在一起，需均衡考慮污水處理廠(chǎng)規(guī)模及經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，也就是一個(gè)小區(qū)的污水可能進(jìn)行處理，也可能輸往另一個(gè)小區(qū)后作集中處理，這就出現(xiàn)最優(yōu)化均勻處理問(wèn)題。 36（1）最優(yōu)化的均勻處理模型 這一問(wèn)題是上節(jié)問(wèn)題縮小到某個(gè)排放口，已由河流排放標(biāo)準(zhǔn)約束求得該排放口最優(yōu)排放后，再來(lái)求該排放口以上區(qū)域內(nèi)，各小區(qū)污水如果匯集或處理問(wèn)題。因此在處理效率已確定的情況下，其目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)是污水處理規(guī)模最優(yōu)的問(wèn)題。 37約束條件：這一問(wèn)題

16、的約束條件是各個(gè)小區(qū)的水量平衡必須滿(mǎn)足。 目標(biāo)函數(shù)： 式中： 為第i個(gè)污水處理廠(chǎng)的污水處理費(fèi)用； 為由i地輸往j地的污水輸送費(fèi)用； 為由i地輸往j地的污水量， 。 為在i地收集的污水量； 為在i地處理的污水量。 由于費(fèi)用函數(shù)是非線(xiàn)性函數(shù)，均勻處理最優(yōu)化規(guī)劃模型也是非線(xiàn)性模型。 38（2）全部處理與全不處理 由于污水處理廠(chǎng)的規(guī)模一經(jīng)確定后，為發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)匯集來(lái)的污水，不可能把它“分裂”為兩部分或多部分進(jìn)行處理。對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它本身收集的污水加上由其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)輸來(lái)的污水，只存在兩種可能選擇：或者全部處理，或者全部轉(zhuǎn)輸?shù)狡渌?jié)點(diǎn)上去處理，這就是“全部處理與全不處理”的決策。 39 將

17、一個(gè)水污染控制系統(tǒng)劃分為n個(gè)小區(qū)，第一個(gè)小區(qū)設(shè)有一個(gè)潛在的污水處理廠(chǎng)，各污水處理廠(chǎng)之間可以互相轉(zhuǎn)輸污水量，用下圖表示其中第i個(gè)小區(qū)和第i+1個(gè)小區(qū)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，方框表示相應(yīng)的污水處理廠(chǎng)。由圖所示可知： ii+1河 流Qi+1QiQi-1,iQi,i+1Qi+1,i+2qiqi+1相鄰處理廠(chǎng)的關(guān)系40 對(duì)于第i個(gè)小區(qū)來(lái)說(shuō)，污水處理費(fèi)用可以寫(xiě)成為 對(duì)于一條線(xiàn)路確定的管線(xiàn)，輸水費(fèi)用可以寫(xiě)成為 對(duì)于含有n個(gè)小區(qū)的系統(tǒng)，總費(fèi)用可以寫(xiě)為上述兩項(xiàng)費(fèi)用之和41目標(biāo)函數(shù)： 約束條件為水量平衡，可以寫(xiě)出為（對(duì)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)） 而對(duì)于含n個(gè)小區(qū)系統(tǒng)總的約束條件42（3）求解方法 對(duì)于這一問(wèn)題，由于是多項(xiàng)式形態(tài)的非線(xiàn)性規(guī)劃

18、問(wèn)題，我們可應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃教程中的拉格朗日乘子轉(zhuǎn)化法為無(wú)約束條件情況下求根值問(wèn)題，得拉格朗日函數(shù)： 43 求出上式的海森（Hessian）矩陣可知，L函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)在主對(duì)角線(xiàn)全部小于0；其余元素全為0。由此可知，根據(jù)多元函數(shù)極值定理判斷原函數(shù)必在區(qū)間內(nèi)取得極大值。這說(shuō)明原目標(biāo)函數(shù)在上述區(qū)間內(nèi)對(duì)流量的變化不取極小值，所以根據(jù)這一性質(zhì)來(lái)確定污水處理廠(chǎng)規(guī)模的策略就稱(chēng)為“全部處理或全不處理”的策略。 這一結(jié)論用來(lái)研究污染水控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解和組合時(shí)，可以大大縮小問(wèn)題的求解空間，它把一個(gè)具有無(wú)窮多組流量組合的問(wèn)題變成為一個(gè)有限多組求解的問(wèn)題。這對(duì)于水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃有重要的意義。 求解均勻處理系統(tǒng)的最

19、優(yōu)規(guī)劃問(wèn)題還有應(yīng)用混合整數(shù)規(guī)劃法，試探法等 。44三、區(qū)域最優(yōu)化處理 區(qū)域最優(yōu)化處理的規(guī)劃，實(shí)際這是排放口最優(yōu)化處理和最優(yōu)化均勻處理有兩者的綜合，而后兩者又是前者的特例。系統(tǒng)的分解 試探法 45（1）區(qū)域最優(yōu)化處理的規(guī)劃模型 目標(biāo)函數(shù) 約束條件 46（2）求解方法試探分解技術(shù) 試探分解法的基礎(chǔ)是“全部處理處理或全部不處理”策略。也就是，把任意一個(gè)小區(qū)的污水作為一個(gè)決策變量，試探著把他送到各個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)去處理，對(duì)產(chǎn)生的結(jié)果（總的系統(tǒng)費(fèi)用）進(jìn)行直接比較，選出費(fèi)用最低的解作為當(dāng)前最優(yōu)解，并作為下一次試探的初始目標(biāo)。這種試探按一定的規(guī)則反復(fù)進(jìn)行直至預(yù)定的程序約束。 在進(jìn)行第一次試探之后，原問(wèn)題就分解成為

20、兩個(gè)新的子問(wèn)題：排放口最優(yōu)化處理問(wèn)題與輸水管線(xiàn)的最優(yōu)計(jì)算問(wèn)題。按上二節(jié)獨(dú)立尋求最優(yōu)化費(fèi)用，兩者之和就是一次試探的總費(fèi)用，把這個(gè)總費(fèi)用再返回到原問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，與上次試探保留的最優(yōu)解進(jìn)行比較，舍劣存優(yōu)。然后重復(fù)進(jìn)行分解和協(xié)調(diào)，不斷改進(jìn)，直至取得滿(mǎn)意的解。 47 區(qū)域最優(yōu)化處理問(wèn)題的試探分解協(xié)調(diào)過(guò)程可用下面框圖來(lái)表示。 區(qū) 域 協(xié) 調(diào)Z=Z1+Z2排放口最優(yōu)化處理i Z1輸水管線(xiàn)最優(yōu)計(jì)算Dij Z2Qi Z1Z2Qij試探分解協(xié)調(diào)過(guò)程48 區(qū)域最優(yōu)化處理系統(tǒng)規(guī)劃的分解可以通過(guò)試探法進(jìn)行，試探法是一種直接尋優(yōu)的方法，它沒(méi)有固定的運(yùn)算程序。在試探過(guò)程中主要的要點(diǎn)是力求在制定的程序中包含最大數(shù)量的組合方案

21、，從中選出目標(biāo)值最優(yōu)解。 常用的試探法：開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探封閉節(jié)點(diǎn)試探最優(yōu)輸水路線(xiàn)試探 49A、開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探 開(kāi)放節(jié)點(diǎn)就是建有污水處理廠(chǎng)節(jié)點(diǎn)，它處理本小區(qū)收集的污水和由其它小區(qū)轉(zhuǎn)輸來(lái)的污水。封閉節(jié)點(diǎn)又稱(chēng)轉(zhuǎn)輸節(jié)點(diǎn)，是指那些不設(shè)污水處理廠(chǎng)，而將污水送到鄰近小區(qū)去處理的節(jié)點(diǎn)。 開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)試探的目的是探討封閉污水處理系統(tǒng)中每一個(gè)開(kāi)放節(jié)點(diǎn)的可能性。 對(duì)一個(gè)原先開(kāi)放的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它擔(dān)負(fù)著本地區(qū)收集的污水和由其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)輸來(lái)的污水的處理任務(wù)。在進(jìn)行開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探時(shí)，將被試節(jié)點(diǎn)的污水送到相鄰的開(kāi)放節(jié)點(diǎn)去處理，而將原來(lái)的污水處理廠(chǎng)關(guān)閉。若所試探的節(jié)點(diǎn)是i，與其相鄰的另一個(gè)開(kāi)放節(jié)點(diǎn)是j（j可以在i的上游，也可以在i的下游），則

22、i節(jié)點(diǎn)是否應(yīng)關(guān)閉的依據(jù)是： 50B、封閉節(jié)點(diǎn)試探 封閉節(jié)點(diǎn)試探是開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探的反過(guò)程，任務(wù)是試探封閉節(jié)點(diǎn)開(kāi)放的可能性。一個(gè)封閉節(jié)點(diǎn)一旦重新開(kāi)放，則該節(jié)點(diǎn)處收集的本小區(qū)的污水及經(jīng)由該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)輸?shù)奈鬯吭谠摴?jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。 假定我們?cè)囂降墓?jié)點(diǎn)是i、原接受i節(jié)點(diǎn)的污水的相鄰開(kāi)放節(jié)點(diǎn)是j，那么，確定該封閉節(jié)點(diǎn)是否應(yīng)該開(kāi)放的判別式為：51 若不等式成立，則節(jié)點(diǎn)i應(yīng)該開(kāi)放，否則，應(yīng)該繼續(xù)封閉。 封閉節(jié)點(diǎn)試探也根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)依次進(jìn)行，若在一個(gè)封閉節(jié)點(diǎn)的試探循環(huán)中產(chǎn)生任何的目標(biāo)費(fèi)用改進(jìn)，就返回第一個(gè)子程序開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探子程序。 否則，進(jìn)入下一個(gè)子程序輸水路線(xiàn)子程序。 52C、輸水路線(xiàn)試探 在試探法的前兩個(gè)子程序中，

23、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的污水輸送都是按節(jié)點(diǎn)編號(hào)順序進(jìn)行的。在實(shí)際地理環(huán)境中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的污水送到另一節(jié)點(diǎn)去處理，有可能不必經(jīng)由中間轉(zhuǎn)輸節(jié)點(diǎn)，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有可能存在捷徑，本子程序就是要探索這種輸水捷徑。 53如圖所示，i和K是兩個(gè)封閉節(jié)點(diǎn)，j是一個(gè)接它們的污水開(kāi)放點(diǎn)，根據(jù)前兩個(gè)子程序試探結(jié)果已得到（a）圖，現(xiàn)在若按（b）圖，哪種轉(zhuǎn)輸途徑費(fèi)用低？這時(shí)，不涉及污水處理廠(chǎng)的流量重新組合問(wèn)題，只需進(jìn)行污水輸送費(fèi)用的比較，判別原則是：ijijKK 轉(zhuǎn)輸節(jié)點(diǎn) 污水處理廠(chǎng)(a)(b) 最優(yōu)輸水線(xiàn)路試探 若不等式成立，則表明i節(jié)點(diǎn)的污水應(yīng)直接輸送到j(luò)點(diǎn)，否則仍需轉(zhuǎn)由節(jié)點(diǎn)K輸送至j。 輸水路線(xiàn)試探對(duì)每一個(gè)封閉節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行，計(jì)算

24、結(jié)果，輸出系統(tǒng)的一個(gè)滿(mǎn)意解及其相應(yīng)的費(fèi)用。54 對(duì)于區(qū)域最優(yōu)化處理應(yīng)用試探法進(jìn)行試探，其試探過(guò)程的主程序可列出一框圖，見(jiàn)下圖。 試探法具有很多優(yōu)點(diǎn)，它原理簡(jiǎn)單，方法易行，而且本身對(duì)目標(biāo)函數(shù)的形式?jīng)]有特別的要求，因此應(yīng)用起來(lái)十分靈活，框圖編出的程序，不僅可以計(jì)算區(qū)域最優(yōu)規(guī)劃問(wèn)題，同時(shí)也可以計(jì)算排放口最優(yōu)化處理問(wèn)題和最優(yōu)化均勻處理問(wèn)題。 D、試探法特點(diǎn)55數(shù) 據(jù) 輸 入求約束方程排放口最優(yōu)化處理開(kāi)放節(jié)點(diǎn)試探ZZ0？封閉節(jié)點(diǎn)試探ZZ0？輸水路線(xiàn)試探輸出 系統(tǒng)總費(fèi)用滿(mǎn)意解 處理廠(chǎng)規(guī)模 處理廠(chǎng)效率Z0=Z最低費(fèi)用Z0最優(yōu)解0排放口最優(yōu)化處理Z1輸水管線(xiàn)最優(yōu)計(jì)算Z2Z=Z1+Z2排放口最優(yōu)化處理Z1輸水管

25、線(xiàn)最優(yōu)計(jì)算Z2Z=Z1+Z2輸水管線(xiàn)最優(yōu)計(jì)算Z2是否是否試探法程序框圖*Z*Qr*hr56四、例 題Q10=10L10=2O10=8 k13=0.3k23=0.6 t3=1k12=0.3k22=0.6t2=1k11=0.3k21=0.6t1=0.5k14=0.3k24=0.6t4=1Q1=0.5L1=200O1=1Q2=0.3L2=200O2=1Q3=0.4L3=200O3=1 Q4=0.5L4=200O4=1 0Q31=0.2Q32=1Q33=0Q34=1571、費(fèi)用函數(shù)的線(xiàn)性化令582、BOD5的約束方程計(jì)算59將 代入水質(zhì)約束603、非負(fù)約束4、計(jì)算結(jié)果61第四章 水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃概述水環(huán)

26、境系統(tǒng)控制規(guī)劃水污染物總量控制規(guī)劃62 水功能區(qū)劃 目的：依據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和水資源綜合利用規(guī)劃，結(jié)合區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和社會(huì)需求，科學(xué)合理地在相應(yīng)水域劃定具有特定功能、滿(mǎn)足水資源開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)要求，并能夠發(fā)揮最佳效益的區(qū)域（即水功能區(qū)）；確定各水域的主導(dǎo)功能及功能順序，制定水域功能不遭破壞的水資源保護(hù)目標(biāo)；通過(guò)各功能區(qū)水資源保護(hù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，保障水資源的可持續(xù)利用。水污染物總量控制規(guī)劃63 指導(dǎo)思想 結(jié)合流域、區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，根據(jù)水資源的可再生能力和自然環(huán)境的可承受能力，科學(xué)、合理地開(kāi)發(fā)和保護(hù)水資源，即滿(mǎn)足當(dāng)代和本區(qū)域?qū)λY源的需求，又不損害后代和其他區(qū)域?qū)λY源的需求，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)

27、、社會(huì)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。水污染物總量控制規(guī)劃64 水功能區(qū)劃的原則 （1）前瞻性原則 水功能區(qū)劃具有前瞻性，要體現(xiàn)社會(huì)發(fā)展的超前意識(shí)，結(jié)合未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，引入本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域研究的最新成果，為將來(lái)的發(fā)展留有余地。 （2）統(tǒng)籌兼顧、突出重點(diǎn)的原則 水功能區(qū)劃應(yīng)將流域作為一個(gè)系統(tǒng)，統(tǒng)籌兼顧，充分考慮上下游、左右岸、近遠(yuǎn)期以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求對(duì)水域功能的要求；與水資源綜合開(kāi)發(fā)利用相協(xié)調(diào)，發(fā)展與保護(hù)相協(xié)調(diào)。水污染物總量控制規(guī)劃65 水功能區(qū)劃的原則 （3）分級(jí)與分類(lèi)相結(jié)合的原則 通過(guò)水功能區(qū)劃分在宏觀(guān)上對(duì)流域水資源的保護(hù)和利用進(jìn)行總體控制，協(xié)調(diào)地區(qū)

28、間的用水關(guān)系；在整體功能布局確定的前提下，再重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用水域內(nèi)詳細(xì)劃分各種用途的功能類(lèi)別和水域界線(xiàn)，協(xié)調(diào)行業(yè)間的用水關(guān)系，建立功能區(qū)之間橫向的并列關(guān)系和縱向的層次關(guān)系。 （4）便于管理、實(shí)用可行的原則 為了便于管理，水功能的分區(qū)界線(xiàn)盡可能與行政區(qū)界一致；類(lèi)型劃分中選用目前實(shí)際使用的、易于獲取和測(cè)定的指標(biāo)，定量和定性指標(biāo)相結(jié)合。水污染物總量控制規(guī)劃66 水功能區(qū)劃的原則 （5）水質(zhì)水量并重的原則 水功能區(qū)劃分，既要考慮對(duì)水量的需求，又要考慮對(duì)水質(zhì)的要求。水功能區(qū)類(lèi)型的確立，應(yīng)綜合考慮水資源數(shù)量與質(zhì)量，對(duì)常規(guī)情況下僅對(duì)資源單一屬性（數(shù)量或質(zhì)量）有要求的功能不做區(qū)劃，如發(fā)電、航運(yùn)等。水污染物總量控制

29、規(guī)劃67 水功能區(qū)劃的技術(shù)體系 我國(guó)水功能區(qū)劃分采用兩級(jí)體系，即一級(jí)區(qū)劃和二級(jí)區(qū)劃。水污染物總量控制規(guī)劃保護(hù)區(qū)水功能區(qū)劃分級(jí)分類(lèi)系統(tǒng)緩沖區(qū)開(kāi)發(fā)利用區(qū)保留區(qū)景觀(guān)娛樂(lè)用水區(qū)過(guò)渡區(qū)排污控制區(qū)漁業(yè)用水區(qū)農(nóng)業(yè)用水區(qū)工業(yè)用水區(qū)飲用水源區(qū)一級(jí)區(qū)劃二級(jí)區(qū)劃68 水功能一級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （1）保護(hù)區(qū) 指對(duì)水資源保護(hù)、飲用水保護(hù)、生態(tài)環(huán)境及珍稀瀕危物種的保護(hù)具有重要意義的水域。指標(biāo)包括集水面積、保護(hù)級(jí)別、調(diào)（供）水量等。 劃分條件： 源頭保護(hù)區(qū)； 國(guó)家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的水域；已建和規(guī)劃水平年內(nèi)建成的跨流域、跨省區(qū)的大型調(diào)水工程水源地及其調(diào)水路線(xiàn)，省內(nèi)重要的飲用水源地；對(duì)典型生態(tài)、自然生境保護(hù)具有重要意

30、義的水域。水污染物總量控制規(guī)劃69 水功能一級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （2）緩沖區(qū) 指協(xié)調(diào)省際間、矛盾突出的地區(qū)間用水關(guān)系；協(xié)調(diào)內(nèi)河功能區(qū)劃與海洋功能區(qū)劃關(guān)系；以及在保護(hù)區(qū)與開(kāi)發(fā)利用區(qū)相接時(shí)，為滿(mǎn)足保護(hù)區(qū)水質(zhì)要求需劃定的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括跨界區(qū)域及相鄰功能區(qū)間水質(zhì)差異區(qū)域。 劃分條件：跨省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)域河流、湖泊的邊界水域；省際邊界河流、湖泊的邊界附件水域；水污染矛盾突出地區(qū)之間水域。水污染物總量控制規(guī)劃70 水功能一級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （3）開(kāi)發(fā)利用區(qū) 指具有滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)生活、漁業(yè)、游樂(lè)和凈化水體污染等多種需水要求的水域和水污染控制、治理的重點(diǎn)水域。功能區(qū)指標(biāo)包括水資源開(kāi)發(fā)

31、利用程度、產(chǎn)值、人口、水質(zhì)及排污狀況等。 劃分條件：?。ㄅ牛┧谳^集中，?。ㄅ牛┧枯^大的水域（如流域內(nèi)重要城市河段、具有一定灌溉用水量和漁業(yè)用水要求的水域等）。水污染物總量控制規(guī)劃71 水功能一級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （4）保留區(qū) 指目前開(kāi)發(fā)利用程度不高，為今后開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)水資源而預(yù)留的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括水資源開(kāi)發(fā)利用程度、產(chǎn)值、人口、水量、水質(zhì)等。 劃分條件：受人類(lèi)活動(dòng)影響較少，水資源開(kāi)發(fā)利用程度較低的水域；目前不具備開(kāi)發(fā)條件的水域；考慮到可維持發(fā)展的需要，為今后的發(fā)展預(yù)留的水域。水污染物總量控制規(guī)劃72 水功能二級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （1）飲用水源區(qū) 指城鎮(zhèn)生活用水需要的水域。功能區(qū)劃

32、分指標(biāo)包括人口、取水量、取水口分布等。劃分條件：已有的城市生活用水取水口分布較集中的水域，或在規(guī)劃水平年內(nèi)城市發(fā)展設(shè)置的供水水源區(qū)。 （2）工業(yè)用水區(qū) 指城鎮(zhèn)工業(yè)用水需要的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括工業(yè)產(chǎn)值、取水總量、取水口分布等。劃分條件：現(xiàn)有的或規(guī)劃水平年內(nèi)需設(shè)置的工況企業(yè)生產(chǎn)用水取水點(diǎn)集中的水域。水污染物總量控制規(guī)劃73 水功能二級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （3）農(nóng)業(yè)用水區(qū) 指農(nóng)業(yè)灌溉用水需要的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括灌區(qū)面積、取水總量、取水口分布等。劃分條件：已有的或規(guī)劃水平年內(nèi)需要設(shè)置的農(nóng)業(yè)灌溉用水取水點(diǎn)集中的水域。 （4）漁業(yè)用水區(qū) 指具有魚(yú)、蝦、蟹、貝類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)及洄游通道功能

33、的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括漁業(yè)生產(chǎn)條件及生產(chǎn)狀況等。劃分條件：具有一定規(guī)模的主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、洄游通道，歷史悠久或新開(kāi)辟人工放養(yǎng)和保護(hù)的漁業(yè)水域；水文條件良好，水交換暢通；有合適的地形、底質(zhì)。水污染物總量控制規(guī)劃74 水功能二級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （5）景觀(guān)娛樂(lè)用水區(qū) 指以景觀(guān)、療養(yǎng)、度假和娛樂(lè)需要為目的水域。功能區(qū)劃分指標(biāo)為休閑、度假、娛樂(lè)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所涉及的水域；水上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)；風(fēng)景名勝區(qū)所涉及的水域。 （6）過(guò)渡區(qū) 指為使水質(zhì)要求有差異的相鄰功能區(qū)順利銜接二劃定的區(qū)域。功能區(qū)劃分指標(biāo)包括水質(zhì)與水量等。劃分條件：下游用水要求高于上游水質(zhì)狀況；有雙向水流的水域，且水質(zhì)要求不同的相鄰功能區(qū)之

34、間。水污染物總量控制規(guī)劃75 水功能二級(jí)區(qū)分類(lèi)及劃分指標(biāo) （7）排污控制區(qū) 指接納生活、生產(chǎn)污廢水比較集中，所接納的污廢水對(duì)水環(huán)境無(wú)重大不利影響的區(qū)域。功能區(qū)劃分指標(biāo)為排污量、排污口分布。劃分條件為接納廢水中污染物可稀釋降解，水域的稀釋自?xún)裟芰^強(qiáng)，其水文、生態(tài)特性適宜于作為排污區(qū)。水污染物總量控制規(guī)劃76 納污能力及水環(huán)境容量 納污能力是指水體在設(shè)計(jì)水文狀態(tài)、規(guī)定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和排污口位置條件下，所能容納的最大污染物數(shù)量。 水環(huán)境容量是指在給定水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)、設(shè)計(jì)水文條件和水域自然背景值條件下，水域所能夠容納的污染物的最大數(shù)量。水污染物總量控制規(guī)劃77納污能力的計(jì)算 設(shè)計(jì)保證率 設(shè)計(jì)流量、流速

35、、水位確定 納污能力計(jì)算 水質(zhì)目標(biāo)值CS的確定 參數(shù)的確定水污染物總量控制規(guī)劃78 設(shè)計(jì)保證率對(duì)于常年有水且水量較為豐沛得河道，采用多年最枯月平均流量作為樣本，推算設(shè)計(jì)水量條件，設(shè)計(jì)保證率P采用90。對(duì)于季節(jié)性河流或枯季水量很小的河道，可根據(jù)流域?qū)嶋H情況確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。有冰封期的河流，也可根據(jù)流域?qū)嶋H情況確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。水污染物總量控制規(guī)劃79 設(shè)計(jì)流量、流速、水位確定各類(lèi)模型需要的水量條件類(lèi)型零維水質(zhì)模型（小型湖泊、水庫(kù)）一維水質(zhì)模型二維水質(zhì)模型入湖河道的流量、湖泊水位（庫(kù)容）解析解：本河段設(shè)計(jì)流量及水位數(shù)值解：上游邊界：流量或水位； 下游邊界：流量或水位解析解：數(shù)值解：上邊界：流速；下邊界：水

36、位80設(shè)計(jì)流量、流速、水位計(jì)算資料收集整理、生成設(shè)計(jì)水量條件計(jì)算水下地形資料、水文資料及缺資料水域的資料生成設(shè)計(jì)流量、水位的計(jì)算設(shè)計(jì)流速推算水污染物總量控制規(guī)劃 設(shè)計(jì)流量、流速、水位確定81 水質(zhì)目標(biāo)值CS的確定 功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值的確定，是納污能力計(jì)算的基本依據(jù)，其取值的大小直接影響納污能力的大小。確定目標(biāo)值時(shí)，必須以功能區(qū)類(lèi)別為基本依據(jù)，在功能區(qū)類(lèi)別相應(yīng)的取值范圍內(nèi)，綜合考慮與其相鄰的上、下游功能區(qū)的相互關(guān)系，原則上不低于現(xiàn)狀水質(zhì)。水污染物總量控制規(guī)劃82 參數(shù)的確定各類(lèi)模型需要的參數(shù)：零維模型：降解系數(shù)K一維模型：降解系數(shù)K二維模型：降解系數(shù)K，橫向擴(kuò)散系數(shù)EZ 對(duì)已有成果的參數(shù)可直接選用

37、；沒(méi)有現(xiàn)成成果，但有相關(guān)觀(guān)測(cè)資料，根據(jù)資料推算；沒(méi)有現(xiàn)成成果，沒(méi)有相關(guān)觀(guān)測(cè)資料，采用類(lèi)比法確定。83 納污能力的計(jì)算 零維模型 一維模型 二維模型 其他類(lèi)型水體水污染物總量控制規(guī)劃84 零維模型適用條件 可應(yīng)用于小型水庫(kù)、湖泊污染源概化 無(wú)需概化計(jì)算條件的確定 考慮穩(wěn)態(tài)的小型湖泊，設(shè)有幾條河流匯入湖體，各支流流量及污染物濃度分別為q1,q2,qn; c01,c02,c0n，設(shè)湖體水質(zhì)目標(biāo)為CS，在這種情況下，計(jì)算湖體的水環(huán)境容量。85 零維模型計(jì)算方法 假定水量為穩(wěn)態(tài)，出流流量qi 出流水質(zhì)濃度：根據(jù)均勻混合假定，出流水質(zhì)濃度應(yīng)為CS 式中，W為納污能力，K為降解系數(shù)（l/s）,V為庫(kù)容（m3

38、）86 零維模型算例 某湖泊在枯水保證率為90的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，平均水深為H2m，湖面面積S3km2，有二條入湖河道流量分別為q17m3/s,q2=3m3/s,河道1位于飲用水源區(qū)內(nèi)，相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為CS1=12mg/l，河道2位于過(guò)渡區(qū)內(nèi)，湖區(qū)為景觀(guān)娛樂(lè)區(qū)，相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為CS15mg/l，污染物降解系數(shù)K0.1/天，求允許納污量WW=(q1+q2)*CS-q1C01-q2C02)*86.4+KVCS =(7*15-7*12)*86.4+0.1*6*106*15 =2714(kg/d) =0.365*2714(t/a)87 對(duì)寬深比不大的河流，污染物質(zhì)在較短的河段內(nèi)，基本上能在斷面內(nèi)均勻混合，污染物

39、濃度在斷面上橫向變化不大，可用一維水質(zhì)模型模擬污染物沿河流縱向的遷移問(wèn)題。 一維模型適用條件污染源概化 可將排污口在功能區(qū)內(nèi)的分布加以概化，即認(rèn)為污染物排放口在同一功能區(qū)內(nèi)沿河均勻分布。88 一維模型計(jì)算方法 設(shè)一功能區(qū)長(zhǎng)為L(zhǎng)，設(shè)計(jì)水位相應(yīng)的河流斷面面積為A，設(shè)計(jì)流量為Q，入流斷面設(shè)計(jì)水質(zhì)為C0，降解系數(shù)K。 設(shè)納污能力為W，根據(jù)概化，單位河長(zhǎng)納污量為W/L，在河段內(nèi)選一微段，長(zhǎng)為dx坐標(biāo)為x，則此微段污染物輸運(yùn)至xL處的剩余質(zhì)量為： 相應(yīng)濃度為：納污能力：89算例 某河流，若L10km，Q100m3/s，A500m2，C012mg/l，CS15mg/l,K=0.1/d，計(jì)算W。 VAL510

40、6 u0.2 K0.1/86400=0.00000116 W32677.2（kg/d） 為驗(yàn)證公式的準(zhǔn)確性，根據(jù)環(huán)境容量的定義計(jì)算環(huán)境容量： W86.4*Q(CS-C0)+KVCS 86.4*100*(15-12)+0.1*5*106*15/103 259207500 33420(kg/d) 結(jié)論：納污容量環(huán)境容量 一維模型90二維模型 二維水質(zhì)模型解析解計(jì)算寬闊水域納污能力。適用條件污染源概化 功能分區(qū)及納污能力計(jì)算分兩岸進(jìn)行，水域中任一點(diǎn)的濃度應(yīng)為兩岸排污的疊加。但若B/H很大，可獨(dú)立進(jìn)行。計(jì)算某一功能區(qū)的納污能力時(shí)，假定污染物沿河岸均勻分布。假定此功能區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CS，可近似地用出口斷面濃度CS來(lái)控制功能區(qū)水質(zhì)。則沿岸均勻排放的所有污染物在出口斷面產(chǎn)生的濃度應(yīng)為 積分難以求解，可將河段中斷集中排放產(chǎn)生的濃度代替各排污口產(chǎn)生的濃度。91計(jì)算方法C0：入口斷面濃度，取值根據(jù)上游功能區(qū)劃確定EZ：橫向擴(kuò)散系數(shù)H：水深L：功能區(qū)長(zhǎng)度（m）K：降解系數(shù)（1/s）W：納污能力（t/a）二維模型92算例 某寬淺型微彎天然河道功能區(qū)劃分如圖所示，設(shè)計(jì)流量為Q，水位為Z，給出納污能力的計(jì)算流程及計(jì)算方法。CSXCS飲飲用水源區(qū)排污控制區(qū)過(guò)渡區(qū)CS景景觀(guān)區(qū)二維模型93算例確定水力參數(shù)ZAHQ/AEZ=HU*由景觀(guān)區(qū)CS景、過(guò)渡區(qū)實(shí)際排污S