（环境科学专业论文）汾河太原城区段水质管理决策系统的研究.pdf

太原州i ：人学硕1 ：学伸论文 开发丫水质评价碰序包，提供了常川的指数评价法和模糊综合评价法。在 汾河太原城区段概化段而水质j i t 测的基础上，根据不嗣的评价i 的，分j j 0 应j j 单项污染指数法和模糊综合评价法对汾河太蜗i 城区南段丰水期和柿水 j 9 j 两个时段进行了水质评价。 4 、根据汾河太原城区段的实际情况，建立了汾# 太原城区段多 i 段 b o d - d o 耦合矩阵模型，f ：以实际：l 测数据对模型进行验证，验证结果表i ! j j 所建模刑与实际吻合较好。对基于遗传算法的水质模型参数估计进行了研 究，该方法无需将待定参数的河段进一步细化，减少了实际工作量，对于 较短、且不易取样的河段具有现实意义。 5 、在水质模拟的基础上，建立了河流水污染控制系统非线性规划模型， 并开发了基于遗传算法的模型求解程序包，应用该程序包求解已建立的汾 河太原城区段水污染控制系统规划模型，结果与实际情况比较吻合。 6 、系统开发基于组件的编程思想，采用面向对象的方法，将系统各功 能模块以类为单元封装在特定的软件包内，并将各个功能模块集成为一功 能完整的系统。系统实现了程序与数据的分离、功能与界面的分离，降低 了系统模块的祸合性，为系统功能的维护提供了方便。 汾河太原城区段水质管理决策系统的研究对干旱地区市区性河流的管 理研究具有一定的借鉴作用。 关键字：决策支持系统，水质评价，水质模泥，水污染控制系统规划， 河流水环境管理 奎堕翌! ：叁堂堡竺丝丝塞 s t u d yo nw a t e r q u a l i t y m a n a g e m e n t d e c i s i o ns y s t e mo f1 a i y u a nr e a c ho ff e nr i v e r a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c ei sv e r ys c a r c ea n dw a sp o l l u t e ds e r i o u s l yi na r i da r e ao fo u r c o u n t r y ；t h ew a t e rr e s o u r c ec r i s i sh a sa l r e a d yb e c o m eam a i nm a t t e rw h i c h c h a l l e n g e st h es o c i e t yi nt h i sa r e a i m p l e m e n ts c i e n t i f i cm a n a g e m e n th a s p o s i t i v em e a n i n gt oa l l e v i a t i n gt h i sk i n do fc o n t r a d i c t i o n h o w e v e r ，w a t e r e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ti ss t i l la tr e l a t i v e l yb a c k w a r ds t a g ea tp r e s e n ti no u r c o u n t r y , w en e e dt oc a r r yo nr e s e a r c ht ot h ea p p l i c a t i o no ft h em a n a g e m e n t s y s t e mo fw a t e rq u a l i t yu r g e n t l y f e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o ni sr e p r e s e n t a t i v ea n d r e p r e s e n t a t i v ep o l l u t e ds e c t i o ni nt h en o r t ha r i de a r a w a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n t d e c i s i o ns y s t e mr e s e a r c ho f f e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o nh a v er e a l i s t i cm e a n i n g so n t h e o r ys t u d ya n da p p l i c a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n td e c i s i o n s y s t e mi na r i dd i s t r i c t t h ea r t i c a lt a k e sf e nr i v e rt a i y u a ns o u t hs e g m e n t - - - t h en a n n e i h u a nb r i d g e t ot h ex i a o d i a n b r i d g es e c t i o n 器t h er e s e a r c ho b j e c t a n dr e s e a r c h e st h e m a n a g e m e n ts y s t e mo ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o nb a s e do ne x p o s i t i o no nt h e o r y , 1 1 i 太原理l ：人学硕一i ：学何论文 d e v e l o p m e n t ，a p p l i c a t i o na n dp r o s p e c to fd e c i s i o ns u r p o r ts y s t e ma n ds y s t e m s a n a l y s i so fn a t u r es y s t e ma n dm a n a g e m e n ts y s t e mo ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t ： 1 b a s e do nc o l l e c t i o n gt h es e c t i o n sd e t a i l e dm a t e r i a l so ft r i b u t a r ya n d d i s c h a r g ep o r t ，w eh a v es c r e e n e da n dc o n f i r m e dt h ec o n t r o lf a c t o r s ，s e tu pt h e c o n t r o ls e c t i o n s w eh a v ed i v i d e dt h es t u d i n gs e c t i o ni n t of i v ec o n t r o ls e c t i o n 2 u s i n gt h et h o u g h to ft h es y s t e me n g i n e e r i n g ，a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，a c c o r dw i t ht h eg e n e r a ld e m a n do ft h ew a t e rq u l i t y m a n a g e m e n ts y s t e ma n da c t u a lc o n d i t i o n so ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n ，w eh a v e a n a l y s e da n dr e s e a r c h e dt h es y s t e m a t i cd e m a n do fm a n a g e m e n td e c i s i o ns y s t e m o ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o na n dc o n f i r m e dt h es y s t e m a t i cf u n c t i o nm o d u l e 3 p r o b e di n t ot h ea p p l i c a t i o no ft h e o r ya n dg e n e r a lm e t h o do nf u z z y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n ti nw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t ，d e v e l o p e dt h es o f t w a r e p a c k a g eo fw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t ，w h i c ho f f e r st h ec o m m o n l yu s e di n d e x a s s e s s m e n ta n df u z z y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t b a s e d o nw a t e r q u l i t y m o n i t o r i n go ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n ，u s e dt h es i n g l ei n d e xa s s e s s m e n tl a w a n df u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tl a wt oa s s e s st h ew a t e rq u a l i t yo ff e nr i v e r t a i y u a ns o u t hs e g m e n ti nf l o o ds e a s o na n dd r ys e a s o ns e p a r a t e l y 4 a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc o n d i t i o n so ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n ，s e tu p t h em u l t i - r e a c hb o d - d o c o u p l i n gm a t r i xm o d e lo ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n ， a n dv a l i d a t e dt h em o d e lw i t ht h er e a lm o n i t o r i n gd a t a ，t h er e s u l ti n d i c a t e st h a t t h em o d e lc a nr e f l e c t st h ev a r i e t yo fw a t e rq u l i t yv e r yw e l l r e s e a r c ho nt h e i v 太原理i ：人学硕f ：学位论文 m o d e lp a r a m e t e r se s t i m a t i o nb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) ，i tp r o v e dt h a tt h e m e t h o do fp a r a m e t e r se s t i m a t i o ns h o u l dn o td i v i v e dt h er e a c hi n t os m a l l e ro n e s ， a n di tc a nr e d u c et h er e a lw o r kl o a d ，i t s v e r yu s e f u lt os h o r ta n dh a r d t o m o r n i t o r i n gr e a c h 5 o nt h eb a s i so fw a t e rq u a l i t ym o d e l ，h a v es e tu pt h ew a t e rp o l l u t i o n c o n t r o ls y s t e mp l a n n i n gn o n l i n e a rm o d e lo ff e nr i v e rt a i y u a ns e c t i o n ，a n d d e v e l o p e dt h es o f t w a r ep a c k a g et os o l v et h ep l a n n i n gm o d e lb a s e do ng e n t i c a l g o r i t h m ，a p p l i e dt h es o f t w a r ep a c k a g et os o l v et h es e tu pm o d e l ，i tp r o v e dt h a t t h er e s u l ti sc o r r e s p o n dt ot h er e a ls i t u a t i o n 6 d e v e l o p i n gt h em a n a g e m e n td e c i s i o ns y s t e mb a s e do nt h et h o u g h to f c o m p o n e n tp r o g r a m m i n g ，a d o p t e dt h eo b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o dt o e n c a p s u l a t ee v e r yf u n c t i o nm o d u l eu n i ti n t os p e c i f i cs o f t w a r ep a c k a g e ，a n d i n t e g r a t e de a c hs p e c t i cs o f t w a r ep a c k a g ei n t ot h em a n a g e m e n ts y s t e m t h e s y s t e mh a sr e a l i z e dt h a tt h ep r o c e d u r ei ss e p a r a t e dw i t hd a t a ，t h ef u n c t i o n m o d u l es e p a r a t e dw i t ht h eu s e ri n t e r f a c e ；i tc a nr e d u c et h ec o u p i n go ft h e s y s t e m a t i cm o d u l ea n df a c i l i t a t et om a i n t a i nt h es y s t e m t h er e s e a r c ho nw a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n td e c i s i o ns y s t e mo ff e nr i v e r t a i y u a ns e c t i o nh a sc e r t a i nr e f e r e n c et ou r b a ne a r ar i v e rm a n a g e m e n ti na r i d e a r a k e yw o r d s ：d e s s i c i o ns u p p o r ts y s t e m ( d s s ) ，w a t e ra c c e s s m e n t ，w a t e r v 太j ! ；c ，hi ：人顺l ：f 口沦丈 m o d e l ，w a t e rp o l l u t i o nc o n t r o ls y s t e mp l a n n i n g ，w a t e rr e s o u r c em a n a g e m e n t v 1 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 隆牡 日期：! 业生 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：宣塾凌型日期：塑z ：三：兰 导师签名：薤 太原理i ：人学硕十学i i 7 ：论文 1 1 引言 第一章绪论 水是人类和一切，i 三物赖以生存的物质肚础，足利：会经济发胜不i 叮缺少的肚本资源。 足环境，j i 命的“血液”。对j ：人类 i ：会米蜕，所洲的水资源通常封彳逐年l 叮以船剑坐新的 那部分淡水资源”1 ，其数员有限，而闩其作川足j e 它资源无法杆代的，彳f 学栉城车将水 资源提到了“资源的资源”这一m 婴地位。全球水量人约布1 4 l o m ，k - i ，9 7 为海 水，淡水仅l 与3 1 1 3 中7 0 又挪储存在南北极的冰【j j 上，而漉动在河川、湖泊的地襄水 和地下水的淡水资i 1 6 i 则仅为地球全部水量的0 8 。随衙现代：【：农业和城市的迅猛发腱， 人类对水的需求量越来越大，同时产生小的火量污染物，造成水体的，。璃污染。统计农 明，全世界每年约彳r4 o x1 0 1 w 的污水排入江河湖泊，使i 墨全球淡水总援i d 以j ：的可 用水源受到污染。 虽然我国水资源总量为2 7 x1 0 ”i i i ：，居世界第 位，但人均水资源擐只有2 5 1 0 l m ， 仅为世界入均占有量的】4 ，列世界第8 8 位“。3 1 ，是世界上淡水资源严重短缺的国家之 一。与此同时，对水环境的污染进一步加剧了水资源的危机。f i1 1 i 全羽二要水系和湖泊 普遍存在不同程度的污染和窗营养化，每天排放的污水超过1x1 t ，j l ；i i ，大约8 0 未经 处理就直接排入江河，造成全国三分之一以上的河段受到污染”。”1 。随着我围城市化水 平的提高和城巾经济的发展，流经城市的河段普遍受到污染。1 4 1 个用控城市河段- i 6 3 8 为i v 至劣v 类水质。在4 7 个环保重点城市( 直辖市、省会城市、经济特区、沿海 丌放城市和重点旅游城市) 的典型水域中，2 6 5 为i v 类水质，1 0 6 为v 类水质，2 9 8 为劣v 类水质”1 。 水环境污染已十分严重，它已经成为制约我国现代化建设的一大重要因素，为了贯 彻科学发展观，实现经济、社会、环境的协调、可持续发展。加强水环境箭理迫在鲋睫。 然而，我酮水环境管理水平相对较落后，特别是在县市级以下地区，对流经陔地区的河 流缺乏有效的管理。有些地方管理水平还停留在手工阶段，即便实现了计算机管罔! ，也 只是应用电子表格工具埘水质监测的数据作一些简，n 的汇总和分析，缺乏应用一个比较 完善的水质模璎对地区性河流进行综合竹理对已有的监测数据也不能有效地利用，这 太原理i ：人学硕1 ：学化论文 样必然4 ；能够很好地为f j j j 流水质1 ；理抛供7 r 效的支持。随衍汁够机技术的j i ! 少，i ：6 性能 的微机系统和数据阼技术的发展件及，使得应j | j 微机对水质迸 r 综介符邢成为能。而 ，n 这力i f i i 的研究也较成熟，对j ：流经1 i ，区悱的河流水质1 ；耶决策系统，l ! 论_ 币i l 成川的研歹 对r 缓解 d 部地区水污染严币和水资源觚缺的现状j t - 彳f 。眼火意义。 1 2 水环境管理研究综述 1 2 1 水质评价研究概况 水质许价足根鼬水的使用功能，按照定的评价网子、质地标准和评价方法，对水 环境或水体的质j 进j j 定性或定硪的许 。 1 9 6 5 年，亿k 1 l o r t o n 提出了水质评价的质量指数法( q 1 ) ，标志着水质现状评价工 作的j r 始。随后，1 1 m b r o w n 等于1 9 7 0 年捉出了水质现状评价的质点 指数法( w 0 1 ) ； n l n e m e r o w 在其河流污染的科学分析一二f 5 中捉i j j 了另一种指数的计算方法内 梅罗法，并对纽约州的些地而水的污染情况进行了指数计笏； 1 9 7 7 年，s ，l r o s s 根 据b o d 、氨氮、悬浮固体及d 0 四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流的水质进行了评 价。在i j 东欧和苏联，多数学者在评价时既考虑物理一化学指标，也考虑生物指标，使 水质现状评价更加全面、科学”3 。 从1 9 7 3 年丌始，我国丌始丌展水环境质量评价工作。最早的是北京西郊环境质 量评价研究，其中包括了对水环境质量的评价内容。随后，开展了象北京宙厅水库、 松花江、图们江、白洋淀，湘江、杭州西湖、武昌东湖、滇池、太湖、东海海域及南海 海域等水环境的专题质疆评价工作。其中在北京西郊环境质量评价时提出了赶加型指数 法，在南京城区环境质量综合评价研究中提出了加权均值型指数法，在图们江水系污染 与水质资源保护研究时提出了均值型指数法。近年来，模糊数学法、b p 神经网络、灰色 指数法、层次分析法、物元分析法等相继应用在水质评价中”“”1 ，李万海等用梯形灰色 聚类分析法进行环境质量的评价“0 1 ；贺北方等用灰色聚类决策法进行水质评价1 ；邓光 毅等采用宽域灰色决藏方法，建立狄色综合评价模型“”；徐红敏，杨天行利用支持向机 多类分类算法构建了湖泊水环境评价模型1 ；李云辉构建了用共扼梯度法和梯度下降法 相结合的混合算法) k 训练网络的集成b p 网络城市地下水水质评价模型i 李泽应等利 用径向基踊数( r b f ) 享i i i 经网络建立了长江芜湖段水域的水质评价模型“”。最近，固内有 学者将热力学理论引入水质评价中。如l q i l u a n g 和g 。q c h e n 等应用放射本能分析 2 太原理i ：人学硕十学何论文 法对d 2 _ i i i 江水质进行了评价，。j j e 他方法相i 比，放射小能分析法能够型确切地j i 化水体 污染的状况，f ：能够f f r 谨地，立嚣污染物对环境的潲砟：危。 1 2 2 水质数学模型研究概况 f l q 流水质模型是水体- 1 ， 染物随i t t l j 嗣l 宅n u 迁移转化舰律的数学制i 述。水质模弘的 建立1 1 i j 。以为l 流中污染物排放i a 口水水质提供定 天系从而为评价、预测平”选择污染 控制办案以及制定水质标准和排污规定挺f j i 依撕，它址 i i j 流规划、管理、研究过张一l ，的 m 要：r 妒1 。 用数学模孵研究河流水质u j 题，无需过多地专门没符8 i f e 其，为研究河流水质污染 提供了一种便i i ：的途径。另外，数学校弛可以人大如i 伙研究工作的进度，特i ；| j 是微，弘机 人火普及的今天，这一优越性就更为突出。模糊数学以及人工神经网络成为水质数学模 型的发燧新方向，为数学模型解决水质污染问题提供了新竹动力。 近几十年束，询：多【目内外的争家学者对水质模) 鬯有了广泛深入的研究。幽内学竹 叶常i 蝈将水质模型的发肥概括为三个发展阶段，h | j 简竹的钒，f 衡模? l ! ! 阶段，形态模型 阶段和多介质环境综合生态模型阶段“”。 第一个水质模裂是1 9 2 5 年山荚囡的工榭师s t r e e t e r 和p h e l p s 提的氧平衢模型， 山p h e l p s 在1 9 4 4 年总结和公和，即经典的s t r e e t e r p h e p s 水质模删“1 “。2 0 世纪 5 0 年代水质模型的发展仅限于s - p 模型的改进，仞期改进的模型一般比较简单，只考辔 生化需氧量( b o d ) 及溶解氧( d o ) 祸合的双线性系统模型；然而，污染物质进入河流水体 后，将在复杂的物理、化学及生物过程综合作朋下发生迁移、转化、沉淀、吸附及复杂 的生化作用，对水体及相关环境单元产生影响。水体巾的污染物之b j 也可能会发生相互 作用，这也会降低未考虑这些作用影响的单一水质模型的模拟精度”。2 0 世纪6 0 年代 未，随着计算机的发展和认识的不断深化，人们考虑的因素也愈来愈多，模型结构多为 线性的，比如有名的0 c o n n e r 模型( 1 9 6 7 ) 等。在此期i 玎j 。出现了许多类似的氧平衡模 型，主要理论依掘都是有机物降解耗氧和大气复氧的动态平衡关系，其中以0 c o n n e r 模型和d o b b i n s 模型比较具有代表性，由于模型中增加了氮化物和底泥的作用，无论足 模型参数形式还是求解技术方面都较以往有了很大的改进：g r e n n e y ( 1 9 7 8 ) 研制i 【j 了被 美国环保局推荐使用的o u a l i i 河流行机污染综合水质模型，这是一种较为复杂的非线 性氧卜衡生态模型。与别的许多水质模璎柏比较，它可以按照使j 1 】者所希锇的任意组合 方式梭拟以下1 3 利水质成分：b o d 、d o 、温度、叶绿索a 、氨氮、弧硝氮、1 i i i j 氮、溶解 3 太原理i ：人学硕f ：学但沱文 他磷、人肠f l ：漪，任虑一种弘二) 。恒物质和三种) ：1 ) f 物质。在q u a l - i i 模型的肚肌i ：，火 f 埘环保 j 又斤发了训a l ，扰模，纵它桉拟船成分在则 i 。一l i 梭型的膪础i ：又增加了有机氮 硐i 丫r 机磷，总共叮以4 5 ：| 拟1 5 利- 水质成分”1 。r ii 】i i 亥校，；! ! 已被广泛膨j f 】_ r j i l 流水质预测 和水质舰划竹；理：】：作巾。 形念模型足指友自f 污染物在不同状态和不 d 形态下水环境行为的模型。它址f j 米捕 述| j d 个污染物i l jj 。g 神：水环境i i 存相：的状态和化学形念的玎i i 日l l 农脱j 的完全不旧 的环境行为和小念效应。2 ( ) | f 纪8 0 印代初，随竹形态分析f 向发眨，一北研究者丌始了 形念模型的探索和研究，这一研究的火键足模型设汁时所考虑的化学反应的真实性、污 染物形态识别的准确忭和输人数据的可靠性，研究已经取得了一定的成果。口i 订这种模 型还不太成熟，有待于进一步的研究硐i 发展，仉其在水质评价和污染物的水质标准确定 中具有重要的麻用f i 口景”。 随着污染物水环境行为和水质标准制定工作的不断深入，以及科学的不断发展和 各学科的年1 1 互渗透、相互激励，水质模型的研究进入到了多介质环境综合生念系统模型。 所谓多介质环境是指火气、水体、土壤、尘物等组成的庞大系统，其i | 水足核心汹1 。模 型内部结构为多种棚互作用的非线性系统，空俩维数已经发展到三维。1 9 8 5 年c o h e n 提出该模型以来，主要集中在理论模型的探讨方面等，这方面的工作近年束已有很大的 发展”3 。 目| j ，国外有关河流水质模型方面的研究仍然比较活跃，如m a i e r 和d a n d y 采用人 工神经网络进行传统水质模型的参数预测；s t e w a r t 和b a t e s 提出了一种洪泛区污染物 迁移的分布模型。可在河水达到定范阿内( 1 - 6 0 k m ) 进行沉积和渗漏污染物的立体分布 预测；a k t a k y i 等人对模型进行的不确定性研究1 ；q u a s a r 模型是一维动态水质模型， 用于模拟河流中的溶解氧时得到了满意的结果。”1 ；k k a e h i a s h v i l i 和d 6 0 r d e z i a n i 等深入研究了基于时间相关的对流一扩散一反应微分方程的化学物质的迁移扩散模型 【：i ：f 】 0 我国在水环境数学模型方面的研究起步比较晚，但通过引用国外的经验，近二、三 十年来就有很大的发展。如叶常明的有机污染物水质模型理化参数测定和计算，水环境 有机污染非确定性分析和水动力与水质变化耦合求解方面都有了很大的发展；叶守泽等 ( 1 9 8 9 ) 将确定性b o d - d o 模型中的参数取为概率分佰参数、狄色参数和模糊化后，建立 了河流水质不确定性数学模型；周志军以确定性水质模型为基础，与随机过程模拟方法 太原理f ：人学颂l j 学佗论文 结合，建立了确定与i ；f f 机耦介的水质不确定预测方法，后又将湍流、温度、q ：念枷1 i 耦 俞，建立了j ：维水动力学生态综合模型。：李蜘l 忠等膳】：洲流水逃、污染物综介褒减系 数等参“ 信息h ；确定性的特点，挺；i 了运川未确知数学耻论进行河流水质模拟预测的术 确知i 数学模型。胡：) e 上匀等利玎+ + ：维水质模型年订l 艇，i 算法对二二峡库风水质模拟进行了 研究2 ，术长0 1 ，郝振纯等建立灰色j 彳r 限座分水质模型。“等等。近年术y ：多学嚣结合 计算机的发 陡，丌妤、研究将神绛叫络和j ； 化算法h lj l j d ：水质1 ：5 ：| 拟j j 颅测小，蜘l 白湾的 j a n t a ik u o 和y jn g - y iw a n g 等埘混合神经i 叫络边f 譬竹法i i 砭l l j 于水库水质管理进行了研 究，结聚表明：人工神经网络能够钉效地模拟水阵水质的，变化，遗传算法能够确定余适 污染控制方案，使水烨总磷的浓度消减6 ( ) 9 6 ，水库水质了r m 达到贫f i 养化或￥养化”“。 i 2 3 水污染控制系统规划研究概况 人类对水污染问题的认识，经历了不治邗列未稍治理，弼创水污染控制规划的漫长 历程，母一次观念的转变都以水环境污染和水资 j 5 i 短缺的危险为代价。在此过私巾，人 们认彭0 到运_ f 】现代科学的最新成就一系统：1 ：稚方法和计算机技术水解决水污染控制系 统的舰划问题的重要往。 1 9 7 2 年美国环境工程教授协会发表了环境工程的数学模式化；1 9 7 3 年，美团l i c h 教授出版环境系统工程一书。阐述了环境：【程的过程及其与环境之m 的关系： 1 9 7 8 年美英澳加挪等国二十几名专家联合编写了“水污染控制的数学模式”：在实践方丽， 1 9 7 2 年康维尔斯( c o n v e r s e ) 利用系统工程的方法对美团新英格兰地区马力马可河进行 了最优规划。近几年来，各种优化理论如人工神经网络( a n n ) 及j ! ! i 传算法( g ) 在水污染 控制领域的应用，为水污染控制的发展丌拓了广阔的胁景。m a r i n ac a m p o l 0 用a n n s 束 预测河流枯水期的流量并得出结论：当它与水质模型扪结合时对河流的水质管理非常有 用1 ；t ，r n e e l a k a n t a n 等人用人工神经网络建立了水库运行的模拟一优化模型。； j i t c h o 等人应用遗传算法进行了区域水处理费用最优化的研究“”1 。 我国对环境系统工程的研究始于8 0 年代初期。1 9 8 1 年8 月水利出版社翻译出版了 r i c h 教授编著的环境系统工程中译本；1 9 8 2 年。清华大学环境系统工程研究室集 体编写了水污染控制系统舰划一书，该书街服于阚咧水污染控制系统的规划仝过税， 包捅水质模型与模拟经济分析规划与水质评价重点足河流污染控制系统的研究。在过 去的二三十年n u ，囡内外发表了大量的文章和专著，使系统工程方法在环境问题i 的应 用出现了空l 】 f 繁荣的局而。近年水，国内y l ：多大l ，型环境科研项l = 1 i p 已十分重桃对环境 5 太原理l ：人学硕1 ：学但论文 系统工袱的1 ) f 究。个【q 环境保护科技m 点项1 1 的研究i f i ，t 1 ：多项都牛：q 注重研究如t g 将环境系统：l i 程应用于实践，力附f j 系统一：襁的弼! 论和方法术解决l f 临的雅题。1 9 9 7 年华东! j 1 1 i 范大学的j 5 j ：f 纯以地雕信息系统和w a s p 为 ：j l 对l 海另：i l l l 进行了水环境数 值模拟研究1 ；2 0 0 0 年华东瑚_ 【大学的侯困祥她赢长订：水系肌啦* 口段水质污染模型及 j 数值 ；j ；拟；2 0 0 1 年。雨庆大学的何镪进行了丛- j 地删信息系统的水污染控制土兕划研究 ”它结合了( ；1 s 技术强人的宅川分析能力，对水污染控制j ；1 6 1 划极为有川用i 彳r 利；2 0 0 2 年乍胜海等j ；v j t j 人j l j 神经l 嘲络硐i 遗化算法进行了k 江，_ j ；i 陵汀m 厌段水污染控制规划研 究”：黄酮如等以新韶 吩鲁木齐水磨 i i ：流域的水污染控制系统为例，对i ：仁地k 水污染 控制系统规划进行了初少探索”；2 0 0 3 年王薇等将模拟退火算法心j 1 】于湘江流域的水污 染控制系统规划”；2 0 0 4 年曾光明等将改进的边传算法应用于水污染控制系统多| 1 标规 划中。不但克服了传统遗传算法所存在的缺陷，而且求解过程简单，优化结! l 合理”4 。 申伟、郭宗楼将直接搜索一模拟退火法应用于水污染控制系统规划中，这种算法改进了 水污染控制系统模型优化解的精度、运算效率、收敛速度和稳定性”；2 0 0 6q - 键俊、何 强等对水污染控制规划地理信信息系统r f j 的模型库进行了研究，模型库的建立使得水污 染控制规划系统具有对水环境进行模拟、数据分析、预测并提出实质性的决策方案的功 能，系统的决策功能进一步增强“”；在小流域j ! l ! 划中，北京大学的黄凯，刘永，郭怀成 等将流域分析方法引入到小流域水环境规划中，初步建立了典型小流域水环境规划方法 框架1 。综上所述，近年来由于城市环境污染问题日益突出，国内学者在政府有关部门 的支持下已经开展了相当多的工作。 1 3 决策支持系统在水环境管理中应用现状及发展趋势 目前，由于资会、技术等条件的限制，国内多数的水环境管理还处于传统的信息系 统( m i s ) 建设阶段，缺少相应的决策分析工具，很难为决策者做出合理、有效的决策提 供支持，整个水环境综合管理还处于比较低的水平。为了解决水环境管理中出现的以上 问题，人们将“决策支持”的概念引入水环境规划、管理与决策工作中。 1 3 1 决策支持系统研究现状及发展趋势 1 3 1 1 决策支持系统研究现状 自2 0 世纪7 0 年代美因麻省理工学院的h o r t o n 和k e e n 首先提i j j “决策支持系统” 这一概念以来，许多研究者对d s s 的理论研究与丌发应用进行了卓有成效的工作。虽然 6 太原理i ：人学硕十学俺论文 ii j i fd s s 仅址一个新兴的边缘学科，但它所朽的为企业创j ! i i 人经济效髓的潜力，以 使】在 移h f t 许多成功的应刚实例”“。撤t 彳f 代农性的钡域彳1 1 ，场颅测、投资、制进 _ k 、银行、j m 信铸。例如，樊【qj “插公司( b b c ) 己毵利川决策支持系统_ 水预测r l l 视收视 率，以便合同! 地安 l l g 视1 y 1 1 | f i 刻农，捉商收视j 謇，；佑川k 公司a m e r i ( 3 a ne x p r e s s 使 川决策支持系统斤，信j | jk 的使川率增加了】( 一1 5 ；a i i 公；d 也凭枉冲f 关技术 ! j 测 酮际i 乜话中的欺诈行为，以尽伙发现i q 际il l 话使川t f - 的4 i 玳常脱缘。川时，诅：天i k l 【q 家 科学牡命会( n s f ) 的数据库研究项i l i i ，决策| 支持系统已被列为2 01 i i ：纪9 0 年代坡j t - y r 价值的研究项目。各人公司也纷纷 f i r 这一1 浠在的li 人1 f 场，投入e i 资进, l f ) l ：发。如炎 圈的s a s 公司的e n t e r p r is em in o r 和j b m 公司的jn t e l l g e n tm i f l o p 等。近儿年，煳 内企业也逐渐认谚 到d s s f j 优点和重要性，像上海宝钢、一汽等企业己经丌始使1 1 4 , 1 1 火 的产品和技术进行物流和质量竹邢，以降低f 卜产：成小，提高食业在市场j ：的综合竞争力。 此外，在基于i n t e r n e t 的i 乜予商务应门 领域i | t ( 例如：b 2 b 和b 2 c ) ，d s s 及相关技术也l 卜 在发挥巨大的推动 f l d t ”“。 1 3 1 2 决策支持系统发眨趋芬 ( 1 ) 智能决策支持系统( 1 d s s ) d s s 的纵向发展出现了与十口邻学科的交叉与集成，人工智能技术引入决策支持系统 1 ，产生了能为决策活动提供智能性支持的智能决策支持系统( i d s s ) 。i d s s 的核心思怨 是将人工智能技术和其它十h 关学科的成果及其技术相结合，使d s s 具有人工智能的行， 能够充分利用人类的知识。 ( 2 ) 群体决策支持系统( g d s s ) ”1 随着科学技术和工业产品的相互渗透，生产规模日趋庞大，各种决策的优劣，尤其 是集团公司的战略级决策，对公司的成败将产生极大的影响为避免决策失误，必须集 众家之长，许多决策需要集中更多人的经验、智慧、共同研究解决，一同时，山于计算机 网络和网络数据库的成熟，为群体决策支持系统提供强有力的工具，从而促进了群体决 策支持系统的开发、应用和发展。g d s s 是在信息技术和管理科学界兴起并受到巫视的一 个新的8 s s 领域，是一种用来捉高决策群体活动的有效性和效! 1 5 的人帆系统。它能支 持具有共同目标的决策群体求解半结构化和非结构化的决策问题惭“1 。 1 3 2 决策支持系统在水环境管理中应用 1 3 2 1d s s 在水环境巾的应j l j 现状 7 太贩理l ：人硕十学似沦文 水环境决策支扑系统足以水环境质f l ；= 评价、水质模拟平| f 水质规划为墟础，一e 篮il 的 足为了分析j r 颅测水质状况，含删地使j f j 水资源、控制水污染。山。j ：水环境决策支持系 统本身足一项复杂的系统j t ：程，涉及数学、统汁分析、环境工 。t 、环境舰划、数据甬；竹； 朋、软件改汁j 丌发、优化控制等多学科的知u 。加+ i ：环境问题的复杂性、多变f l 霸j 不 确定性，使水环境管削决策栉的i ：作纠雕醺礁。为了保护环境，实现社会、经济、人r l 、 资源和环境m 涮发眨，m 内外孥家学卉将e i ) s s 的j l ：发作为环境锊雕的哦要：f ：具加以研 究，e d s s 成为环境科学研究的热点之一j ，十丌灭的研究内容也i m 常多，t 婴i l 丁分为 哏 论研究和实惭；应j f j 两人部分。在邢沦，j ：，建立水质模型就足其中一项= 亟蟹的内椿，也足 实现水环境决支持系统的l 订捉条件之。几 j 常规的零维、一维水质模型都米源- 丁：绐验 公式，对于特定的河流或水域所汁算i ： j 的结果淡差比较大；而_ _ _ ：维、三维水质梭喇过于 复杂1 。所以近年来，人们也在研究蝗新的建模方法。例如：s t e w a r t 和b a t e s 提f f 了 一种洪泛区污染物迁移的分布模型，可在河水到达的一定范 1 i 内进行沉积和渗漏污染物 的立体分斫i 预测”；f r a s e r 和b a r t e n 提出了一个基于迁移模型的地理信息系统，并川 来预测河流内病原体的指数“；k e r n a n 和t ll o t t 建立了一个经验模型来预测流域级的 淡水酸化怖界负荷”；t a y l o f 研究了暴阿径流对水质的影响1 。此外，各种优化理论也 被用在水污染的总量控制，污染源、污水处理设施的整体规划等问题中。在实际应用上， 随着计算机硬件技术的发展，微机的性能大大提高，为将一些复杂的模型及优化技术应 用于水环境管理提供了可能：在计算机软件方面，随着数据库、网络等技术的发展与成 熟，推动了水环境管理决策支持系统向智能决策支持系统及分斫i 式决策支持系统方向发 展。 目前，决策支持系统在水环境管理中的应用主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 水资源管理和规划。水资源规划决策过程异常复杂，在空问上需要协调地区与 地区之间的矛盾，在时f h j 上需