城区水环境综合整治的系统优化规划，本文主要内容关键词为：系统优化论文,水环境论文,城区论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要 利用城区水环境总量和污水总量作为控制约束条件，使城区水环境综合整治的投资费用最优化，提出了城区水环境综合整治的系统优化规划方法。该方法有利于水环境总量控制的实施。最后介绍了绍兴市城区内河流水环境综合整治的系统优化规划应用研究实例。
关键词： 水环境综合整治 水污染控制 系统优化规划 城区
1 引言
我国水污染控制的系统规划研究取得了不少进展，得到了广泛的应用。其核心是一种河流水质规划，以河流控制断面水质目标为控制条件，以最小的投资费用来获得水环境质量。
本文提出的城区水环境综合整治的系统优化规划方法，在现有水污染控制的系统规划研究的基础上进行了改进，以水环境容量和污水总量为控制约束条件，来进行城区水环境综合整治的系统优化规划研究，从而提出经济、技术可行的城区水环境综合整治方案，为环境决策和管理提供科学依据。
2 系统优化规划模型
2.1 目标函数
对城区各种水环境综合整治措施的污水处理投资费用总和作为系统优化规划的经济目标：
（附图 
）
式中：N为城区水环境综合整治措施数量，Q[，i]为处理水量，p[，i]为处理投资费用。
2.2 约束条件
2.2.1 污水总量约束
城区各种水环境综合整治措施的处理污水量之和应等于城区污水总量，满足：
（附图 
）
2.2.2 水环境容量约束
城区污水经水环境综合整治后，排入城区水环境系统的污染物总量应小于等于城区水环境允许排放容量W，具体表示为：
（附图 
）
式中：M为处理后污水排入城区水环境系统的水环境综合整治措施的数量，C[，j]为污水浓度。
2.2.3 变量限值约束
各种方法进行水环境综合整治的污水量均应为正值，即：
Q[，i]≥0 i＝1，2，…，N（4）
2.3 求解方法
采用Keefer-Gottfried的外罚函数法求解，外罚涵数为：
（附图 
）
式中：F（Q）为目标函数，h（Q）为等式约束集合，g（Q）为不等式约束集合，R为罚因子集合，K为等式约束集合的个数，J为不等式约束的集合的个数。
3 应用实例
城区水环境综合整治的系统优化规划方法在绍兴城区河网型内河流区域（即老城区）进行了应用研究。
3.1 背景
绍兴市是我国著名的江南水乡风光城市和轻工业城市。城区河网交织，是典型的江南水乡河网。城区内河流总长度为9.0km，河流面积占老城区总面积的7.8%。经济的快速发展，给绍兴市带来了繁荣，但同时也带来了一些环境问题，其中以老城区内河流水污染尤为突出。绍兴城区水污染特征为有机污染，河流水质均超过了地面水Ⅴ类水质标准。
为改善和提高城区内河流水质，绍兴市因地制宜地提出了城区水环境综合整治措施，主要有引水治污工程、工业污染分类控制（深度处理）、截污工程（外排曹娥江）等。近几年绍兴市多次被评为全国城市环境综合整治优秀地级市和城区水环境综合整治优秀项目奖。
为使绍兴城区内河流水环境综合整治措施发挥最大的效益，充分利用城区内河流的水环境容量，达到水环境综合整治投资费用最省，保护好绍兴城区河流的水环境。特对绍兴城区内河流水环境综合整治的系统优化规划进行了研究探讨。
3.2 目标函数
根据城区水环境综合整治的系统优化规划模型，绍兴城区内河流水环境综合整治系统优化规划的目标函数为：
minF（Q）＝p[，1]Q[，1]+p[，2]Q[，2]+p[，3]Q[，3]（6）
约束条件：Q[，1]+Q[，2]+Q[，3]＝Q （7）
C[，1]Q[，1]+C[，2]Q[，2]≤W （8）
Q[，1]，Q[，2]，Q[，3]≥0 （9）
式中：Q[，1]，P[，1]为引水治污工程处理的污水量、投资费用，Q[，2]，P[，2]为深度处理的污水量、投资费用，Q[，3]，P[，3]为截污工程处理的污水量、投资费用，C[，1]为直接排入城区内河流的污水水质COD浓度，C[，2]为深度处理后排入内河流的污水COD浓度。
3.3 计算参数
绍兴城区内河流水环境综合整治的系统优化规划模型的计算参数主要有污水总量、水环境容量、污水浓度、投资费用等。
3.3.1 污水总量
绍兴城区内河流目前日污水排放量为2.1万m[3]／d。污水总量采用弹性系数法进行预测。
3.3.2 水环境容量
绍兴城区内河流水环境目标为：现状保持Ⅴ类水，近期2000年达到Ⅳ类水，远期2010年达到Ⅲ类水。根据水环境目标，计算相应的水环境COD容量。
3.3.3 污水浓度
根据绍兴市排污实测情况，确定经一级简单处理后直接排入城区内河流的污水COD浓度。深度处理后污水排放达到国家污水综合排放标准一级现有标准，考虑到绍兴市实际情况现状的深度处理暂达到二级现有标准。
3.3.4 投资费用
水环境综合整治的投资费用参考有关的投资费用函数进行计算。这里进行了适当的简化处理。污水排放必须经过一级处理后，才可排入城区内河流的引水治污工程处理或排入截污工程系统进行处理。截污工程投资费用还包括绍兴市定的截污工程进网共建费和截污配套投资费用等。深度处理投资费用按现状和近远期的污水处理标准进行估算。
绍兴市城区内河流水环境综合整治的系统优化规划模型的有关计算参数列入表1。
（附图 
）
3.4 计算结果
根据绍兴城区内河流水环境综合整治的系统优化规划模型。进行计算，结果列入表2。
（附图 
）
表2 绍兴城区水环境综合整治的系统优化规划的计算结果
根据系统优化规划计算结果，可以得到规划期限各阶段的水环境综合整治的系统优化规划方案和控制污水量。
绍兴城区内河流水环境综合整治在规划期限各阶段应有所侧重。现状应尽可能充分利用引水治污工程处理措施，近期应采用引水治污工程、深度处理和截污工程处理相结合的城区水环境综合整治方式，远期应尽可能充分利用截污工程处理、并对排入城区内河流的污水进行深度处理。远期引水治污工程仅对深度处理后排入城区内河流的污水进行再处理。
绍兴城区内河流水环境综合整治的系统优化规划的投资费用，现状为1918万元，近期为2814万元，远期为3971万元。
4 结语
本文提出的城区水环境综合整治的系统优化规划方法，能适用并有利于水环境总量控制的实施，是一种很有价值的优化模型，用于环境决策和管理切实可行。
（参考文献略）