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南淝河水污染控制的模糊规划的研究 摘要 水污染控制系统规划是现代水环境管理的基础。水质目标的划定、水体的 污染轻重程度都带有模糊性。在“排放口最优化处理问题”中，经典的求解方法 影响水质规划的灵活性和可靠性。因此在实际规划中，应对水质目标在满足水 体功能要求的前提下赋予其弹性空间，经过模糊优化计算，所得的最优解既能 满足环境要求，又能使污染物处理总费用进一步下降，而污水处理低成本运行 对现阶段处于发展中城市的水环境保护来说，更具有重要的实际意义。 本课题基于等标污染负荷法和集对分析对南淝河主要污染源以及水环境现 状进行了评价。通过对南淝河主要污染源的评价，可知南淝河1 4 个排放口和支 流中排污最严重的是合钢二厂l 和王小郢排放口；c o d c ，、t p 、t n 和n i l 3 n 是南淝河排污口的主要污染物，其中t p 、t n 和n h 3 - n 所占的污染负荷比较大。 通过对南淝河水质现状的评价，结果显示，南淝河各断面污染严重，除西新庄 断面属v 类水体外，其余13 个断面均属劣v 类水体，没有达到水域规划的水质 标准。 在南淝河水体功能区划的基础上，确定了水质规划的近期( 2 0 10 年) 和中远 ( 2 0 1 5 年) 期目标，并选择c o d 盯作为水质规划的污染控制因子。在规划水平年 ( 2 0 0 7 年) 的基础上，应用弹性系数法预测2 0 1 0 年和2 0 1 5 年排入南淝河污水和 c o d 。，的总量。 以一维线性多河段河流水质模拟的排放口最优处理规划模型为基础，建立 了一维多河段河流排放口最优处理的模糊线性规划模型，根据水文、水质资料 计算或选取了模型参数。用m a t l a b 程序，在5 0 、7 5 和9 0 水情保证率下 对南淝河进行了近期和中远期的模糊规划。规划结果表明最优污水处理总费用 是随着断面水质( c o d 。，) 约束条件的放宽而减小的，但费用的递减速率并不相 同。最后对南淝河模糊规划模型进行灵敏度分析，结果显示该模型灵敏度低， 运行可靠，精度较高。 对合肥市南淝河进行近期( 2 0 1 0 年) 和中远期( 2 0 1 5 年) 的水污染控制的模糊 规划，得出各排放口治污系数和污水处理费用的优化解，其结果可为南淝河水 污染控制的管理和决策提供参考，同时水污染控制的模糊规划理论和方法应用 在南淝河水质规划研究中也是一次有益尝试。 关键词：水质规划；排放口最优处理规划；模糊规划：南淝河 r e s e a r c ho nf u z z yp l a n n i n go fc o n t r o l l e dp o l l u t i o no f w a t e ro fn a n f e i h er i v e r a bs t r a c t p l a n n i n go ns y s y t e mo fc o n t r o l l e dp o l l u t i o no fw a t e ri s t h ef o u n d a t i o no f m o r d e nm a n a g e m e n to nw a t e re n v i r o n m e n t d e s i g n a t i o no fw a t e ro b j e c t i v e sa n d d e g r e eo ft h ep o l l u t i o no fw a t e rb o d i e sb o t hh a v ea m b i g u i t y i nt h ep r o b l e m so f t h e o p t i m a lp l a n n i n go nd i s c h a r g eo u t l e t s ，t h ec l a s s i cm e t h o d sd o n to w nf l e x i b i l i t ya n d r e l i a b i l i t y t h e r e f o r e ，i nt h ea c t u a lp l a n n i n g ，w a t e rt a r g e t sb e i n g b a s e do ns a t i s f y i n g w a t e rf u n c t i o ns h o u l db eg i v e nac e r t a i ni n t e r s p a c eo ff l e x i b i l i t y ，a f t e rf u z z y o p t i m i z a t i o ni so p e r a t e d ，t h eo b t a i n e do p t i m a ls o l u t i o n st h a tc a nn o to n l ym e e tt h e e n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n t s ，b u te n a b l et h ee n p e n d i t u r eo fs e w a g ed i s p o s a ld e c l i n e f u r t h e r l y t h e l o w e r e n p e n d i t u r e o fs e w a g e d i s p o s a l h a sm o r ei m p o r t a n t s i g n i f i c a n c et ot h ew a t e rp r o t e c t i o ni nd e v e l o p e i n gc i t y sn o w a d a y s t h i sp a p e re v a l u a t e st h em a i np o l l u t i o ns o u r c e sa n ds t a t u se n v i r o n m e n to f w a t e ro fn a n f e i h er i v e rb e i n gb a s e do nt h ep o l l u t i o nl o a dm e t h o da n ds e tp a i r a n a l y s i s t h r o u g h t h ee v a l u a t i o no fp o l l u t i o no ft h em a i np o l l u t i o ns o u r c e s ，w ec a n s e ei na l lt h ef o u r t e e no u t f a l lo fs e w a g eo fn a n f e i h er i v e ra n dt r i b u t a r i e st h a tt h e d i s c h a r g eo u t l e t so ft h es e c o n ds t e e lp l a n to fh e f e ia n dw a n g x i a o y i na r et h em o s t e o n t a m i n a t i v es e c t i o n s ；c o d c f ，t p ，t na n dn h 3 - na r et h em a i np o l l u t a n t so f n a n f e i h er i v e ra n dt p , t na n dn h s nh a v er e l a t i v e l yl a r g es h a r eo fp o l l u t i o nl o a d t h r o u g ht h ee v a l u a t i o no np o l l u t i o no ft h es t a t u se n v i r o n m e n to fw a t e ro fn a n f e i h e r i v e r t h er e s u l t sd i s p l a yt h a ta l lo ft h es e c t i o n so fn a n f e i h er i v e ra r es e r i o u s c o n t a m i n a t i v e t h es e c t i o no fx i x i n z h u a n gb e l o n gt of i v ec a t e g o r yo fw a t e rb o d i e s ； a l lt h eo t h e rs e c t i o n sb e l o n gt ot h ei n f e r i o rf i v ec a t e g o r yo fw a t e rb o d i e sa n dd o n o tm e e tw a t e rs t a n d a r d o nt h eb a s i so fp l o t t i n gw a t e rf u n c t i o no fn a n f e i h er i v e r ，s h o r t - t e r m ( 2 0to ) a n dl o n g t e r m ( 2 015 ) g o a l so fw a t e rq u a l i t ya r ei d e n t i f i e da n dc o d c ri ss e l e c t e da s t h ei n d i c a t o ro fw a t e rp l a n n i n g e l a s t i ce o e f f i c i e n tm e t h o di su s e dw i t ht h eb a s i c d a t a so ft h ey e a ro f2 0 0 7a n da sar e s u l t ，t h ee m i s s i o n so fc o d c ro ft h ey e a ro f2 010 a n d2 015i n t on a n f e i h er i v e ra r ep r o g n o s t i c a t e d o nt h eb a s i so ft h eo p t i m a lp l a n n i n gm o d e lo ft h ed i s c h a r g eo u t l e t s ，t h em o d e l o ff u z z ya n dl i n e a rp r o g r a m m i n gi sc o n s t r u c t e d ，a n dm o d e lp a r a m e t e r sa r es e l e c t e d o rc a l c u l a t e dw i t hr e f e r e n c et ot h eh y d r o l o g i c a ld a t a s m a t l a bp r o g r a m sa r eu s e d u n d e rt h ec i r c u m s t a n c e so f5 0 7 5 a n d9 0 g u a r a n t e er a t eo f w a t e ro fn a n f e i h e r i v e rf o rs h o r t - t e r ma n dl o n g t e r mf u z z yp l a n n i n g p l a n n i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h e o p t i m a lt o t a lc o s t so fs e w a g ed i s p o s a ld e s c e n du n d e rt h ec o n d i t i o no ft h er e l a x a t i o n o fr e s t r i c t i v ec o n d i t i o n s ( c o d c r ) ，b u tt h er a t eo f d e c r e a s i n gi sn o ta st h e s a m e f i n a l l y ，f u z z yp r o g r a m m i n gm o d e lso fn a n f e i h er i v e rh a sb e e nd o n e e n s i t i v i t ya n a l y s i sa n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a th a st h es e n s i t i v i t yo ft h em o d e li s l o w , a n dt h em o d e lo p e r a t e sr e l i a b l y , r e s u l t i n gi nh i g h e ra c c u r a c y t h ef u z z yp r o g r a m m i n g ，w h i c ha r eu s e do nw a t e ro fn a n f e i h er i v e ri nt h e c i t yo fh e f e i ，p l a n n i n go ft h es h o r tt e r ma n dt h el o n gt e r ma r ec a r r i e do u t ，w h i c h g e to p t i m u mi n t e r v a ls o l u t i o n st ot h et r e a t m e n tc o e f f i c i e n t sa n dt h ee x p e n s eo f v a r i o u ss e w a g eo u t l e t s t h eo b t a i n e dr e s u l t sm a yb eh e l p f u lt ot h ew a t e rq u a l i t y p l a n n i n gf o rn a n f e i h er i v e r i nt h em e a n t i m e ，t h ef u z z yp r o g r a m m i n gt h e o r i e sa n d m e t h o d so fp o l l u t i o nc o n t r o l l e do fw a t e ru s e di nt h ew a t e rp l a n n i n gf o rn a n f e i h e r i v e ri sa l s oau s e f u la t t e m p t k e yw o r d s ：w a t e rp r o g r a m m i n g ；t h eo p t i m a lp l a n n i n go fd i s c h a r g eo u t l e t s ；f u z z y p l a n n i n g ；n a n f e i h er i v e r 图2 1 图2 2 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图5 1 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 6 插图清单 2 0 0 7 年南淝河主要污染物等标负荷比对比图9 南淝河主要污染源排序9 南淝河高锰酸盐沿程变化图1 4 南淝河生化需氧量沿程变化图1 4 南淝河氨氮沿程变化图1 5 南淝河化学需氧量沿程变化图1 5 南淝河总氮沿程变化图1 6 南淝河总磷沿程变化图1 6 一维多河段河流概化图2 5 2 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下模糊规划的费用优化规律5 7 2 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下模糊规划的费用优化规律5 8 2 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下模糊规划的费用优化规律5 9 2 0 15 年南淝河5 0 水情保证率下模糊规划的费用优化规律6 0 2 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下模糊规划的费用优化规律6 1 2 0 15 年南淝河9 0 水情保证率下模糊规划的费用优化规律6 2 表格清单 表2 1 南淝河及其支流有关参数一览表6 表2 2 南淝河水功能区划6 表2 3 地面水环境质量评价标准一览表7 表2 42 0 0 7 年南淝河各排放口污水流量和污染物浓度7 续表2 42 0 0 7 年南淝河各排放口污水流量和污染物浓度8 表2 52 0 0 7 年南淝河主要污染源和污染物等标污染负荷计算表8 表2 62 0 0 7 年南淝河主要污染源和主要污染物排序结果8 续表2 62 0 0 7 年南淝河主要污染源和主要污染物排序结果9 表3 12 0 0 7 年南淝河西新庄断面水质监测结果年度统计l l 表3 22 0 0 7 年南淝河屯溪路桥断面水质监测结果年度统计1 2 表3 32 0 0 7 年南淝河马钢( 合肥) 二厂断面水质监测结果年度统计1 2 表3 42 0 0 7 年南淝河板桥码头断面水质监测结果年度统计1 3 表3 6 地表水水质标准1 9 表3 72 0 0 7 年南淝河各监测断面水质指标实测值1 9 表3 8 南淝河水质评价综合关联度计算结果1 9 续表3 8 南淝河水质评价综合关联度计算结果2 0 表4 1 合肥市工业废水排放统计表2 1 表4 2 合肥市工业废水中主要污染物排放统计表2 l 表4 3 合肥市生活废水排放统计表2 2 表4 4 模型验证与相对误差表2 3 表4 5 合肥市g d p 及污染物排放总量预测2 3 表4 6 合肥市污水及c o d 排入南淝河情况预测2 4 表6 12 0 0 7 年南淝河不同水情保证率下各排放口污水流量2 9 表6 22 0 0 7 年南淝河不同水情保证率下各排放口c o d 的排放量2 9 表6 32 0 1 0 年南淝河不同水情保证率下各排放口污水流量2 9 表6 42 0 1 0 年南淝河不同水情保证率下各排放口c o d 的排放量3 0 表6 52 0 1 5 年南淝河不同水情保证率下各排放口污水流量3 0 表6 62 0 1 5 年南淝河不同水情保证率下各排放口c o d 的排放量3 1 表6 7 南淝河各水情保证率下各断面c o d 的衰减速度常数3 1 表6 8 南淝河各水情保证率下各断面c o d 的自净系数3 2 表6 9 工业行业废水处理的运行费用指标3 2 续表6 9 工业行业废水处理的运行费用指标3 3 表6 1 0 南淝河5 0 水情保证率下的模型参数( 2 0 1 0 年) 3 3 表6 1 1 南淝河7 5 水情保证率下的模型参数( 2 0 l o 年) 3 4 表6 1 2 南淝河9 0 水情保证率下的模型参数( 2 0 10 年) 3 4 表6 1 3 南淝河5 0 水情保证率下的模型参数( 2 0 1 5 年) 3 5 表6 1 4 南淝河7 5 水情保证率下的模型参数( 2 0 15 年) 3 5 表6 15 南淝河9 0 水情保证率下的模型参数( 2 0 l5 年) 3 6 表6 1 62 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果3 9 表6 1 72 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 0 表6 1 82 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 0 续表6 1 82 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 1 表6 1 92 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 1 表6 2 02 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 1 续表6 2 02 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 2 表6 2 12 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 2 表6 2 22 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 3 表6 2 32 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 3 续表6 2 32 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 4 表6 2 42 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 4 表6 2 52 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 4 续表6 2 52 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 5 表6 2 62 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 5 表6 2 72 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 6 表6 2 82 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 6 续表6 2 82 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 7 表6 2 92 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 7 表6 3 02 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 7 续表6 3 02 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 8 表6 3 12 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 8 表6 3 22 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果4 9 表6 3 32 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果4 9 续表6 3 32 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 0 表6 3 4 2 0 15 年南淝河5 0 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果5 0 表6 3 52 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 0 续表6 3 52 0 1 5 年南淝河5 0 9 6 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 1 表6 3 62 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 1 表6 3 72 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果5 2 表6 3 82 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 2 续表6 3 82 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 3 表6 3 92 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果5 3 表6 4 02 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 3 续表6 4 02 0 1 5 年南淝河7 5 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 4 表6 4 12 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 2 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 4 表6 4 22 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 2 5 ( m g l ) 的模糊规划结果5 5 表6 4 32 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 5 续表6 4 32 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 6 表6 4 42 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 3 5 ( m g l ) 的模糊规划结果5 6 表6 4 52 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 6 续表6 4 52 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下c = 4 0 ( m g l ) 的模糊规划结果5 7 表6 4 62 0 1 0 年南淝河5 0 水情保证率下费用变化规律5 7 表6 4 72 0 1 0 年南淝河7 5 水情保证率下费用变化规律5 8 表6 4 82 0 1 0 年南淝河9 0 水情保证率下费用变化规律5 9 表6 4 92 0 1 5 年南淝河5 0 水情保证率下费用变化规律5 9 表6 5 0 2 0 15 年南淝河7 5 水情保证率下费用变化规律6 0 表6 5 12 0 1 5 年南淝河9 0 水情保证率下费用变化规律6 1 表6 5 2c o d 单位处理费用对系统费用的影响6 2 表6 5 3 排放口的c o d 流量对系统费用的影响6 3 表6 5 4 水质约束对系统费用的影响6 3 表6 5 5 河道径流量对系统费用的影响6 4 表6 5 6c o d 自净系数对系统费用的影响6 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金目巴工些丕堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字 签字日期印口f 年争月移日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒胆王些太 堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索。可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：夕 、7 签字日期：弘a 阵年月移日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 辩日卟 电话： 邮编： 影日 致谢 将近三年的研究生生活即将结束。回首我的求学历程，对那些引导我、帮 助我、激励我的人，我心中充满了感激。 首先要感谢孙世群导师，论文定题到写作定稿，倾注了孙老师大量的心血。 在我攻读硕士研究生期间，深深受益于孙老师的关心、爱护和谆谆教导。他作 为老师，点拨迷津，让人如沐春风；作为长辈，关怀备至，让人感念至深。能 师从孙老师，我为自己感到庆幸。在此谨向孙老师表示最诚挚的敬意和感谢! 同时，我要感谢所有教导过我、关心过我的老师。特别是洪天求教授、朱 光教授、宋传中教授、陈天虎教授、彭书传教授、钱家忠教授、徐晓春教授、 周涛发教授、汪家权教授、葛晓光教授、熊鸿斌教授、李双应教授、吴文涛副 教授等。你们为我的学业倾注了大量心血，你们为人师表的风范令我敬仰，严 谨治学的态度令我敬佩。同时在此还要感谢合肥市环境保护局赵顺锁总工程师、 合肥市环境监测中心站李菁副站长和安徽印染厂污水处理站站长万永年先生在 我论文写作过程中所提供的支持和帮助! 感谢一直关心和支持我的同学们! 我的同学张乐、程静、李平、吕靓、荆 韦庄、彭飞燕、丁丰、余新林、刘永军、白晓宇等。感谢你们的帮助，同窗之 谊，我将终生难忘! 需要特别感谢的是我的父母。他们是我许多年求学路上的坚强后盾，在我 面临人生选择的迷茫之际，为我排忧解难，他们对我无私的爱与照顾是我不断 前进的动力。 吕辉 2 0 0 9 年3 月 第一章引言 1 1 南淝河水污染控制规划问题的提出 地球上所有生命都离不开水。然而，当前全球性的水资源缺乏已是不争的 事实。有资料显示，近几十年来，随着城市化进程的加快，人们已经抽取了河 流、湖泊和地下含水层中可获得的淡水总量的5 4 。同时，人们又把含有毒、 有害物质的生活污水、工业废水排入河流、湖泊，使水体受到污染，造成水质 恶化，使可利用的水资源变得越来越少。这种水质性缺水已经严重制约了社会 经济的发展。我国是一个发展中国家，人口众多，水资源相对缺乏。随着城市 化进程以及第二、第三产业的迅速发展，加之长期以来我国重经济，轻环保， 众多河流、湖泊、水库和地下水污染状况触目惊心，由此而造成的水质严重污 染使我国的缺水状况更是雪上加霜。目前，我国城市生活污水的排放量为用水 量的7 0 左右，工业用水只有少量进入产品中，而7 0 8 0 成为工业废水排放 掉，对水体造成污染。这种状况造成我国在经济增长的同时，水污染日趋严重。 2 0 世纪末，全国七大水系和内陆河流水质低于地面水环境质量标准三类水 体的河段已占3 9 ，淮河、海河、辽河等水系污染严重，巢湖、滇池、太湖等 泊富营养化问题严重，流经城市的河流8 6 受到不同程度的污染。多年来各级 政府和环境保护部门虽然采取了关闭污染严重的十五种小企业、发放排污许可 证制度等一系列举措，但是，这些水域水质仍然没有得到明显改善，有的污染 还在继续加重，周边人民深受其害，城市经济建设受到制约。 南淝河是巢湖的一条重要入湖河流，发源于安徽省中部大潜山南麓肥西县 境内的将军岭，上游被董铺水库截流。南淝河的正源自董铺水库大坝下一直贯 穿市区向东南至施口汇入巢湖，全长约7 0 k m ，流域总面积17 0 0 k m 2 ，河宽5 0 m 至1 5 0 m ，其汇水区域覆盖市区8 0 ，及肥东县、长丰县部分区域，支流有店 埠河、二十埠河、板桥河、二里河、史家河及四里河，多年来最大入湖流量 1 0 4 0 m 3 s ，平均坡降0 4 6 m k m 。 据合肥市南淝河、十五里河规划纲要表明，在巢湖入湖河道中，南淝 河的污染物入湖量最大，总磷、总氮和c o d 分别占流域总入湖量的3 9 3 2 、 4 7 2 8 和4 0 1 ，因此，南淝河污染治理对改善巢湖水质起着至关重要的作用。 同时，在我市创建环保模范城市、创建文明城市以及创建卫生城市的活动中， 南淝河的污染问题也受到有关领导和专家的高度关注，从而成为我市各项创建 的“瓶颈”之一，很大程度上阻碍了我市的创建进程。由于南淝河水质恶化，不 仅影响城市市容环境，也影响空气质量，对市民生产、生活，特别是身心健康 带来不利影响。可以说，南淝河污染问题已成为全市环境保护工作的一大心患。 水污染控制系统规划是以最优化理论为基本工具，合理利用水体的自净能 力，协调水污染控制系统各组成部分之间的关系，其目的是在发展经济的同时 保护好水质，合理地开发和利用水资源，充分地发挥水体的多功能用途，在达 到水环境目标的基础上，寻求最小的经济代价，即在满足水体水质要求的约束 下，使得整个水污染系统的污染物治理费用最低。 因此，对南淝河进行水污染系统控制规划不仅可以用最低的费用使南淝河 各断面达到水功能区划标准，同时可为制定整个南淝河流域的环境规划提供参 考，据此可为合肥市社会经济的可持续发展提供科学依据。 1 2 国内外河流水污染控制规划研究进展 1 2 1河流水质系统规划研究概况 河流水质规划是河流水资源保护的重要组成部分。河流水质系统规划由常 规的水质模拟发展到运用系统分析方法，基础是水资源系统分析和区域水污染 控制规划的发展。19 5 5 年，哈佛大学开始水资源系统分析研究；19 6 2 年 m a a s s a i - 2 等人开创水资源系统分析研究工作的新局面；同年，l y n n 3 1 、l o g e n 3 】 和c h a r n e s t 4 1 首先运用线性规划方法进行污水处理厂规划。至此，河流水质系统 规划的基本思想和方法便初步形成。19 9 5 年，d e i n i n g e r t5 j 运用线性规划；1 9 9 7 年，s o b e l 6 j 应用整数规划；1 9 9 9 年，k e r r i 7 】等人应用非线性规划；2 0 0 2 年， l i e b m a n t 8 1 应用动态规划进行了区域河流水质管理，使河流水质系统规划进一步 得到发展，采用线性规划、非线性规划、整数规划、及动态规划等优化技术解 决了许多河流水质系统的规划问题。 我国在河流水质系统规划方面的研究工作比国外晚15 年左右。1 9 8 0 年，傅 国伟【9 】首先介绍了区域水污染控制最优规划方法；19 8 1 年，侯然杰【l o j 翻译了 l g r i c h 的环境系统工程一书。1 0 多年来，我国在河流水质系统规划研究 中取得了较大进展，运用和提出了一系列的最优化模型和求解技术，1 9 9 4 年， 陈守煜【l 卜1 2 】、熊德琪【1 3 】首先将系统模糊理论应用在水质规划中，提出了排放口 最优处理的模糊非线性规划理论模型；同年，曾光明 1 4 - 1 5 j 建立了水质规划的灰 色数学模型；2 0 0 0 年，黄国如【1 6 1 等建立了遗传算法的水质系统模型；2 0 0 2 年， 秦肖生【r 7 】等结合遗传算法和灰色非线性规划模型提出基于遗传算法的灰色水 质系统模型；2 0 0 3 年，刘首文【1 8 】、曾光明【1 9 】等建立了基于改进遗传算法的多 目标水质规划模型。水质系统模型及求解技术的逐渐完善是多学科交叉、融合 的过程，对于水污染系统控制规划来说，水质规划模型应能较好的模拟现实环 境中的水质系统，反映水环境系统诸因素的不确定性波动以及水质系统多目标 性的特点，并能够得到弹性较强，决策者易于接受，且精度较高的求解结果。 1 2 2现行河流水质系统规划存在的主要问题 现行的许多河流水质系统规划方案常常不能为决策者接受或者仅有少许信 息为决策者获取。世界上很多国家都对本国的重要流域进行了水质规划，但真 正应用于实际的并不多。这其中既有因资金短缺而无法实现规划目标的问题， 也存在着规划方案的可操作性或信息量问题。分析原因具体为以下几个方面： ( 1 ) 现行河流水质规划目标的单一性与现实水环境保护多目标性的矛盾 河流水质规划问题不仅需要满足水质和经济要求，还要体现地区的社会需 求。采用最优化准则( 如污染治理投资最小) 和单一目标进行优化，给出最优 方案或策略供决策者参考和采用，这种最优化方案易于失真，不易在实践中实 施。其原因为：第一，若存在几个相同重要的目标，那么所得到的最优解仅为 一个目标的最优解；第二，不能反映作为约束处理的各个目标间的利益转换关 系，难以为利害冲突的有关各方面接受。就水利工程改善河流水质来说，我国 的大多数水利工程都是考虑发电、防洪、灌溉、供水等目标修建的。目前，一 方面水资源量不够用，另一方面在水质污染的情况下，在原来的目标中仅考虑 水质约束的单目标规划是不行的。 ( 2 ) 确定性的水质模型难以很好的支撑现实水环境的不确定性 现行的水质规划中，确定性的系统分析方法的假定与现实河流水质系统客 观发展的复杂性尚不适应。这就是人们常说的水质规划赶不上水质变化。这种 “不适应 性可以说从系统择优准则、模型结构、方案产生、方案的评价和选 择等方面都很难满足决策过程的需要，这是因为第一，河流水质系统是不断变 化的，需要对这种变化进行预测；第二，河流水质系统受各种因素的影响，有 些影响因素可以量化，有的是不易量化的“软量”，很多此类问题难以用确定性 的方法加以表达和考虑；第三，人们对河流水质运动过程认识的局限性，导致 建模的不确定性( 如结构或参数的不确定性变化等) ；第四，水质系统输入( 如 基本资料不齐全或不准确) 影响成果的可靠性和真效益。由此，用现行的确定 性方法往往只管水质规划中的策略导向( 即模型求解只产生一个不管决策者是 否接受的策略) ，而忽视了一些难以量化的因素对其影响，使系统分析方法没有 灵活性和适应能力。此外，确定性方法所求得的最优解( 如线性规划问题解为 一凸集顶点上) 在条件略加变化或考虑不确定因素时，最优解可能急剧下降、 变坏，甚至成为不可行解。 ( 3 ) 静态性的系统规划模型与动态性的水域环境变化的矛盾 现实的水环境系统是动态的，是不断变化的。社会的进步、经济发展的模 式以及速度、人口的增长都在改变着社会、经济、环境这样一个复杂的巨系统，1 而现行水环境系统模型往往是一时一地、单线条的描述水环境的客观规律，缺 乏全局考虑的广度与深度。这种静态性的模型缺乏变化，与现实世界极不吻合， 不能真实、深刻地反映系统内部诸因素之间的相互关系与相互作用，因此静态 性的系统规划模型与动态性的水域环境变化的矛盾也是现行水污染控制规划主 要问题之一。 1 3 南淝河水污染控制模糊规划研究的内容 本课题的目的：以模糊集理论为工具，结合水质规划模型，建立水质系统 的模糊规划模型，在满足水体水质要求的约束下，寻求最佳污水处理效率的组 合以及费用的模糊优化解，使得整个南淝河水污染系统的污染物治理费用进一 步降低。 本课题的意义：进行南淝河水污染控制的模糊规划的研究，不仅可以用最 低的费用使南淝河各断面达到水功能区划标准，而且所作规划结果可为制定整 个南淝河流域的环境规划提供参考，据此可为巢湖的水质改善以及合肥市社会 经济的可持续发展提供科学依据。 前人对南淝河水质评价、水环境容量以及水质系统规划做了大量开创性的 工作：孙世群、汤金来【2 0 】等用改进密切值法进行了南淝河水环境质量的评价， 丁春、盛周君【2 1 】用主成分分析法对南淝河的水质进行了评价；王忠燕、孙世群 【2 2 1 等用盲数理论核算了南淝河水环境容量，纪岚、汪家权【2 3 l 对南淝河水环境容 量和水质规划方案的优选进行了研究；聂磊、孙世群怛4 j 等提出了南淝河c o d 削减模式的新方法。 本课题所采取的技术路线为：查阅文献，对国内外水质规划的现状与发 展进行阐述，根据已有的资料，分析和总结水质规划方法；对南淝河进行主 要污染源评价，并对南淝河水环境现状进行评价；确定规划范围、规划年限( 分 近期规划以及中远期规划) ：规划水平年为2 0 0 7 年，近期规划至2 0 1 0 年，中远 期规划至2 0 15 年；确定规划目标。引用合肥市环保局制定的南淝河水环境功 能区域划分，选择南淝河主要污染物之一的c o d 。，( 化学需氧量) 为需要削减 的被控制污染物；推导出基于排放口最优处理的模糊线性规划模型；调研和 收集近期( 2 0 0 6 年2 0 0 7 年) 有关南淝河水文、水质、污染源等资料，并预测 近期( 2 0 1 0 年) 以及中远期( 2 0 l5 年) 南淝河各排放口污水流量和c o d 。，的排放量； 在不同水情保证率下，运用m a t l a b 程序进行运算，得到南淝河近期以及中 远期的模糊规划结果，并对结果进行分析，最后对模型进行灵敏度分析；提 出南淝河水污染防治的若干对策；提出结论与展望。 第二章南淝河水体功能区划与主要污染源评价 2 1 南淝河自然特征 合肥市位于安徽省中部，地处东经1 1 6 。4 0 一1 1 7 9 5 2 ，北纬3 1 。3 0 一3 2 9 3 7 。 它是我国南北经济的过渡带，东邻滁州，西界六安，南与巢湖地区相望，北依 舜耕山，并与淮南市相连。东端在肥东县元租山，西端在三河镇杨婆村南，北 端在长丰县赵大山。总面积7 4 9 7 6 6 k m 2 ，占安徽省面积的5 2 ，占全国面积的 0 0 7 。 合肥地处江淮腹地丘陵地区，由西向东的江淮分水岭贯穿该市，形成低缓 的鱼背形地势。境内的山脉属于大别山余脉。肥东县境内有四顶山、白马山、 浮槎山，长丰县境内有舜耕山，肥西县境内有紫蓬山、圆通山、大潜山等。全 市地形