第六章_流域水环境规划课件

1、1 流域（流域（valley; riverbasin; drainagebasinvalley; riverbasin; drainagebasin）狭义上是指河流的干流和支流所流过的整个区域；狭义上是指河流的干流和支流所流过的整个区域；广义上指一个水系的干流和支流所流过的整个地广义上指一个水系的干流和支流所流过的整个地区。区。 另一种说法是，流域是以分水岭为界限的一个由另一种说法是，流域是以分水岭为界限的一个由河流、湖泊或海洋等水系所覆盖的区域，以及由河流、湖泊或海洋等水系所覆盖的区域，以及由该水系构成的集水区。该水系构成的集水区。或者说，地面上以分水岭为界之区域称为流域。或者说，地面上以分

2、水岭为界之区域称为流域。2v沱江特大污染事故：沱江特大污染事故：2004年年3月，地处成都市的川化集团违月，地处成都市的川化集团违法排污（高浓度氨氮），造成沱江特大污染事故，导致沿江法排污（高浓度氨氮），造成沱江特大污染事故，导致沿江百万群众饮水被迫中断，直接经济损失在百万群众饮水被迫中断，直接经济损失在3亿元左右。亿元左右。v松花江水环境污染：松花江水环境污染：2005年年11月月13日，中石油吉林石化公司日，中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事故，大量苯类污染物进入松花江水体，引双苯厂发生爆炸事故，大量苯类污染物进入松花江水体，引发重大水环境污染事件。发重大水环境污染事件。v广东北江水污染：

3、广东北江水污染：2005年年12月，因韶关冶炼厂设备检修期间月，因韶关冶炼厂设备检修期间超标排放含镉废水，导致北江韶关段镉严重超标，严重威胁超标排放含镉废水，导致北江韶关段镉严重超标，严重威胁下游饮用水源安全。下游饮用水源安全。v无锡太湖蓝藻暴发：无锡太湖蓝藻暴发：2007年年5月，太湖中蓝藻暴发导致水质月，太湖中蓝藻暴发导致水质恶化，自来水出现异味，居民饮水受到严重影响。恶化，自来水出现异味，居民饮水受到严重影响。中国近年来的重大水污染事件中国近年来的重大水污染事件3v地表水域环境功能区：地表水域环境功能区：源头水、国家自然保护区、生活饮用水水源地保护区、鱼源头水、国家自然保护区、生活饮用水

4、水源地保护区、鱼类保护区、一般工业用水区、农业用水区、一般景观水域。类保护区、一般工业用水区、农业用水区、一般景观水域。功能区 范 围 执行地表水环境质量标准 类区源头水、国家自然保护区类类区集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等 类类区集中式生活饮用水水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区类类区一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区类类区农业用水区及一般景观要求区域类注明：地表水环境质量标准注明：地表水环境质量标准 GB3838-2002 GB3838-2002 4l “三湖三湖” ” 湖体水质均为劣湖体水质

5、均为劣类。类。l 主要污染指标为总氮、总磷。主要污染指标为总氮、总磷。l 太湖、巢湖处于轻度富营养状态，滇池处于重度富营养状态。太湖、巢湖处于轻度富营养状态，滇池处于重度富营养状态。 以以、类水质为主；类水质为主； 20042008年，库区蓄水后水质未发生明年，库区蓄水后水质未发生明显变化。显变化。三峡库区水三峡库区水污染普遍。污染普遍。主要污染指标：主要污染指标：BOD、氨氮和高锰酸盐指、氨氮和高锰酸盐指数。数。监测断面：监测断面：13个个类：类：23.1% 类：类：53.9% 劣劣类：类：23.0%5流域水污染控制思考流域水污染控制思考思考思考之一之一各主要流域规划实施中遇到难以各主要流域

6、规划实施中遇到难以协调的水污染焦点问题是常规规协调的水污染焦点问题是常规规划、执法、管理体系划、执法、管理体系难以协调难以协调的的跨行政区域、跨部门、跨流域问跨行政区域、跨部门、跨流域问题题，必须要有强有力的高层次协必须要有强有力的高层次协调机构。调机构。6思考思考之二之二实现流域可持续发展的生态实现流域可持续发展的生态环境保护措施环境保护措施。流域发展模。流域发展模式是二十一世纪中国可持续式是二十一世纪中国可持续发展的重点所在，各流域在发展的重点所在，各流域在防治污染的同时，必须解决防治污染的同时，必须解决好发展经济与生态保护环境好发展经济与生态保护环境的关系。的关系。7中国中国发达国家发达

7、国家万元万元GDP用水量（用水量（t）4651391万元工业增加值用水量（万元工业增加值用水量（t）951985工业用水重复利用率（工业用水重复利用率（%）5585农业农业GDP用水效益用水效益(美元美元/t)10.785.5我国主要耗水指标与发达国家比较我国主要耗水指标与发达国家比较8我国的城市污水治理比发达国家晚了我国的城市污水治理比发达国家晚了3040年年，在管网建设方面甚至晚了在管网建设方面甚至晚了100多年多年。 污水处理设施建成污水处理设施建成以后，正常运行的以后，正常运行的只有只有50%；有的污；有的污水处理厂污水处理水处理厂污水处理率不足率不足20%。目前我国仍有目前我国仍有8

8、0%的县城没有污水处理厂。的县城没有污水处理厂。9思考思考之三之三实施实施污染物排放总量控制污染物排放总量控制是保护是保护和恢复我国流域水环境质量的根和恢复我国流域水环境质量的根本措施之一。全国水环境管理实本措施之一。全国水环境管理实行行容量总量控制容量总量控制，还需要在总量，还需要在总量控制理论与技术方法方面进行规控制理论与技术方法方面进行规范和完善，确保污染物总量控制范和完善，确保污染物总量控制制度在流域水环境管理中的科学制度在流域水环境管理中的科学实施。实施。101提出水体功能区划和水质控制指标提出水体功能区划和水质控制指标2 确定水质超标河段和主要污染物确定水质超标河段和主要污染物 3

9、确定各河段主要污染物的环境容量确定各河段主要污染物的环境容量 4确定各排污口的允许排污量确定各排污口的允许排污量 5预测污染治理费用，提出最佳规划方案预测污染治理费用，提出最佳规划方案 一、内容一、内容第一节第一节 流域水环境规划的内容和工作程序流域水环境规划的内容和工作程序11v第一，综合分析，找出主要问题。第一，综合分析，找出主要问题。所需所需资料资料 水文与水质现状数据，以及用水现状水文与水质现状数据，以及用水现状 污染源清单污染源清单地图地图水污染控制方法及其技术经济和环境效水污染控制方法及其技术经济和环境效益资料益资料 二、工作程序二、工作程序12v第二，确定规划目标第二，确定规划目

10、标 水量、水质两方面下手。水量、水质两方面下手。 数学规划法、模拟比较法。数学规划法、模拟比较法。 v第三，选定规划方法第三，选定规划方法 清洁生产工艺，增加污水处理设施清洁生产工艺，增加污水处理设施v第四，拟定规划措施第四，拟定规划措施13v第五，提出供选方案第五，提出供选方案v第六，规划实施第六，规划实施 通过通过费用费用效益分析、方案可行性分析效益分析、方案可行性分析对规划方对规划方案进行综合评价，从而为最佳规划方案的选择与案进行综合评价，从而为最佳规划方案的选择与决策提供科学依据。决策提供科学依据。体现了规划自身的价值与作用。体现了规划自身的价值与作用。 14水体功能区水体功能区: :

11、是指水体使用功能所占有的范围。是指水体使用功能所占有的范围。水环境功能区划：水环境功能区划：是根据水体不同区段的自然条是根据水体不同区段的自然条件、区域内的用水需求，按照国家和地方的有关件、区域内的用水需求，按照国家和地方的有关法规和标准，对水体不同区段按其法规和标准，对水体不同区段按其功能功能加以划分，加以划分，并确定其相应的环境质量目标。并确定其相应的环境质量目标。第二节第二节 水环境功能区划的基本原则和方法水环境功能区划的基本原则和方法15水质功能区分类水质功能区分类水域环境功能水域环境功能执行水质标准执行水质标准类类源头水、国家自然保护区源头水、国家自然保护区类类类类集中式生活饮用水地

12、表水源地一级保护集中式生活饮用水地表水源地一级保护区，珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵区，珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场等场等类类类类集中式生活饮用水地表水源地二级保护集中式生活饮用水地表水源地二级保护区，鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养区，鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区殖区等渔业水域及游泳区类类类类一般工业用水区及人体非直接接触的娱一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区乐用水区类类类类农业用水区及一般景观要求水域农业用水区及一般景观要求水域类类地表水环境质量标准（地表水环境质量标准（GB3838-2002）16地表水环境质量标准基本项目标准限值地表水环境质量标准基本项

13、目标准限值 单位：单位：mg/L17l 集中式饮用水源地优先保护；集中式饮用水源地优先保护；l 优质水优用及低质水低用；优质水优用及低质水低用；l 上下游、区域间互相兼顾；上下游、区域间互相兼顾；l 合理利用水体自净能力和环境容量；合理利用水体自净能力和环境容量；l 与工业合理布局相结合；与工业合理布局相结合；l 实用可行，便于管理等。实用可行，便于管理等。 一、水环境功能分区原则一、水环境功能分区原则18二、水环境功能区划分的方法与步骤二、水环境功能区划分的方法与步骤图图 水环境功能区划系统分析过程水环境功能区划系统分析过程19第三节第三节 水环境容量与水环境保护目标水环境容量与水环境保护目

14、标 （一）定义（一）定义一、水环境容量一、水环境容量是指某水体在特定的环境目标下所能容纳是指某水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。污染物的量。20v在理论上，在理论上，水环境容量是环境的自然规律参数与水环境容量是环境的自然规律参数与社会效益参数的多变量函数；它反映污染物在水社会效益参数的多变量函数；它反映污染物在水体中的迁移、转化规律，满足特定功能条件下水体中的迁移、转化规律，满足特定功能条件下水环境对污染物的承受能力。环境对污染物的承受能力。v在实践上，在实践上，水环境容量是环境目标管理的水环境容量是环境目标管理的基本依基本依据据，是水环境规划的主要环境，是水环境规划的主要环境约束条件

15、约束条件，也是污，也是污染物总量控制的染物总量控制的关键参数关键参数。21水体特征水体特征水质目标水质目标污染物特性污染物特性水体的形状、大小、流量、水体的形状、大小、流量、流速、水温、流速、水温、pHpH值、污染物值、污染物的本底值等的本底值等我国地面水水质标准按用途分为我国地面水水质标准按用途分为5类，每类水体允许的水质标准类，每类水体允许的水质标准决定着水环境容量的大小决定着水环境容量的大小危害性：危害性：危害越大，容量越小；危害越大，容量越小；净化特征：净化特征：污染物在水体中的迁污染物在水体中的迁移转化；移转化；排放方式：排放方式：集中分散、连续间断、集中分散、连续间断、江边江心江边

16、江心22自然自然水环水环境容境容量量管理管理水环水环境容境容量量按水按水环境环境目标目标分类分类耗氧耗氧有机有机物水物水环境环境容量容量有毒有毒有机有机物水物水环境环境容量容量重金重金属水属水环境环境容量容量稀释稀释容量容量自净自净容量容量可更可更新容新容量量不可不可更新更新容量容量按污染按污染物性质物性质分类分类按降解按降解机理机理分类分类按可再按可再生性生性分类分类按可按可分配性分配性分类分类可分可分配容配容量量不可不可分配分配容量容量（二）水环境容量分类（二）水环境容量分类23(1)(1)自然水环境容量自然水环境容量 以污染物在水体中的以污染物在水体中的基准值基准值为水质目标，反映水体以

17、为水质目标，反映水体以不造成对水生生物和人体健康不良影响为前提的污染物容不造成对水生生物和人体健康不良影响为前提的污染物容纳能力，不受人为社会因素的影响，具有客观性。其模型纳能力，不受人为社会因素的影响，具有客观性。其模型为：为：1.1.按水环境目标分类按水环境目标分类24(2)(2)管理管理( (或规划或规划) )环境容量环境容量以污染物在水体中的以污染物在水体中的标准值标准值为水质目标，水体的允许纳污为水质目标，水体的允许纳污量称为量称为管理环境容量管理环境容量；以以水污染损害费用与治理费用之和最小水污染损害费用与治理费用之和最小为约束条件所规划为约束条件所规划的允许向水体中的排污量，称为

18、的允许向水体中的排污量，称为规划环境容量规划环境容量。其模型：其模型：25（1）稀释容量）稀释容量 是指在给定水域的本底污染物浓度低于水质是指在给定水域的本底污染物浓度低于水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳污染物量。目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳污染物量。它是污染物进入水体后由稀释扩散作用引起的，它与水的它是污染物进入水体后由稀释扩散作用引起的，它与水的体积、净污比有关。体积、净污比有关。（2）自净容量）自净容量 是指由于沉降、吸附、降解等物理、化学、是指由于沉降、吸附、降解等物理、化学、生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。生物作用，给定水域达到水质目标所能自

19、净的污染物量。反映水体对污染物的自净能力，又称反映水体对污染物的自净能力，又称同化容量同化容量。2.2.按降解机理分类按降解机理分类262污染物性质分污染物性质分31耗氧有机物的耗氧有机物的水环境容量水环境容量有毒有机物的有毒有机物的水环境容量水环境容量重金属的重金属的水环境容量水环境容量3.3.按污染物性质分类按污染物性质分类27（1）耗氧有机物的水环境容量）耗氧有机物的水环境容量 耗氧有机物能被水中生物氧化耗氧有机物能被水中生物氧化分解为简单的无机物，有较大的水环境容量。分解为简单的无机物，有较大的水环境容量。该容量即是通该容量即是通常所说的水环境容量。常所说的水环境容量。（2）有毒有机物

20、的水环境容量）有毒有机物的水环境容量 有毒有机物是指人工合成的毒有毒有机物是指人工合成的毒性大、难降解有机物。这类有机物性大、难降解有机物。这类有机物同化容量很小同化容量很小，一般只考，一般只考虑水体稀释作用。虑水体稀释作用。应消除在污染源应消除在污染源，而不是开发水体的环境，而不是开发水体的环境容量。容量。（3）重金属的水环境容量）重金属的水环境容量 重金属是保守性污染物，只发生赋重金属是保守性污染物，只发生赋存状态和空间位置的变化，只能被水稀释而不能被分解，存状态和空间位置的变化，只能被水稀释而不能被分解，没没有同化容量，应该严格控制在污染源。有同化容量，应该严格控制在污染源。二、水环境保

21、护目标二、水环境保护目标:水环境质量目标、水总量控制目标水环境质量目标、水总量控制目标28水环境污染防治的途径主要有两种：水环境污染防治的途径主要有两种：一是减少污染物的一是减少污染物的排放，二是提高或充分利用水体的自净能力。排放，二是提高或充分利用水体的自净能力。第四节第四节 流域水污染控制规划流域水污染控制规划n减少污染物排放负荷减少污染物排放负荷v源头控制，采取清洁生产工艺源头控制，采取清洁生产工艺v污染物排放浓度控制和总量控制污染物排放浓度控制和总量控制v污水处理污水处理n提高或充分利用水体的自净能力提高或充分利用水体的自净能力v河流流量调控河流流量调控v河内人工复氧河内人工复氧v污水

22、调节污水调节291. 1.清洁生产工艺清洁生产工艺 定义为对生产过程和产品实施综合防治战略，以减少定义为对生产过程和产品实施综合防治战略，以减少对人类和环境的风险。对人类和环境的风险。（一）减少污染物排放负荷（一）减少污染物排放负荷 一、水污染控制的技术措施一、水污染控制的技术措施 30n对人为污染源排入环境的污染物浓度对人为污染源排入环境的污染物浓度所作的限量规定，以达到控制污染源所作的限量规定，以达到控制污染源排放量之目的。排放量之目的。 2、浓度控制、浓度控制环保效果不好，环保效果不好，为什么？为什么？31 总量控制总量控制v依据某一区域的环境容量确定该区域污染物容许排放总量，依据某一区

23、域的环境容量确定该区域污染物容许排放总量，再按照一定原则分配给区域内的各个污染源，同时制定出再按照一定原则分配给区域内的各个污染源，同时制定出一系列政策和措施，以保证区域内污染物排放总量不超过一系列政策和措施，以保证区域内污染物排放总量不超过容许排放总量。容许排放总量。32补充：总量控制负荷优化分配补充：总量控制负荷优化分配 -将环境容量（允许排污量）不均等分配给将环境容量（允许排污量）不均等分配给各污染源。各污染源。 分配方法分配方法数学优化分配数学优化分配非数学优化分配非数学优化分配33非数学优化分配非数学优化分配(1)等比例分配等比例分配v-以现状排污量为基础按相同削减比例分配允许以现状

24、排污量为基础按相同削减比例分配允许排污量。排污量。34非数学优化分配非数学优化分配(2)(2)排污标准加权分配排污标准加权分配 -考虑各行业排污情况的差异，以考虑各行业排污情况的差异，以“污水综合排放标准污水综合排放标准”所列的各行业污水排放标准为依据，按不同的权重分配各所列的各行业污水排放标准为依据，按不同的权重分配各行业的容许排放量，同行业按等比例分配。行业的容许排放量，同行业按等比例分配。如：污水综合排放标准二级标准中的如：污水综合排放标准二级标准中的BOD标准，标准，制糖业：制糖业：100mg/l;皮革业：皮革业：150mg/l.35(3)(3)行政协商分配行政协商分配 - -已知目标

25、削减量，根据环保管理人员了已知目标削减量，根据环保管理人员了解的情况，和排污单位反复协商，由行政解的情况，和排污单位反复协商，由行政决策分配排污指标。决策分配排污指标。非数学优化分配非数学优化分配36数学优化分配数学优化分配v已知目标削减量，通过各污染源削减方案的已知目标削减量，通过各污染源削减方案的投资投资效益分析效益分析，按，按投资最小，污染物削减量最大投资最小，污染物削减量最大的原的原则进行排污总量的数学优化分配。则进行排污总量的数学优化分配。 37 建立污水处理厂是建立污水处理厂是水环境规划方案中应考水环境规划方案中应考虑采用的重要措施。虑采用的重要措施。4.4.污水处理污水处理数学优

26、化分配数学优化分配目标函数目标函数:1minnjjjZC x38（二）提高或充分利用水体纳污容量（二）提高或充分利用水体纳污容量 1.人工复氧人工复氧 借助于安装增氧器来提高河水中的溶解氧浓度。借助于安装增氧器来提高河水中的溶解氧浓度。 如：苏州河综合整治，嚗气复氧，且成景观。如：苏州河综合整治，嚗气复氧，且成景观。 2、污水调节、污水调节 在河流水量低的时期，用蓄污池把污水暂时蓄存起来，待河流水量高时释放，在河流水量低的时期，用蓄污池把污水暂时蓄存起来，待河流水量高时释放，可以更合理地利用河流的自净能力来提高河流的水质。可以更合理地利用河流的自净能力来提高河流的水质。3、河流流量调控、河流流

27、量调控 提高河流的枯水流量成为水质控制的一个重要措施。实行流量调提高河流的枯水流量成为水质控制的一个重要措施。实行流量调控可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。控可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。39v是指源与水域组成的是指源与水域组成的可操作实体。可操作实体。v水域按不同使用功能水域按不同使用功能划分，源为排入相应划分，源为排入相应受纳水域的所有污染受纳水域的所有污染源的集合。源的集合。二、水污染控制单元二、水污染控制单元40每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能；每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能； 在每个控制单元内，污染物排放清单应齐全，水域水质控在每个控制单

28、元内，污染物排放清单应齐全，水域水质控制断面应有常规监测资料；制断面应有常规监测资料； 针对不同的污染物、不同的保护目标，同一地区可以有多针对不同的污染物、不同的保护目标，同一地区可以有多种控制单元划分方案，以适应解决不同环境问题的需要，即种控制单元划分方案，以适应解决不同环境问题的需要，即对于不同的控制目标，能够有不同的控制单元与之对应；对于不同的控制目标，能够有不同的控制单元与之对应； 各控制单元之间的相互影响，应能通过污染物的输入、输各控制单元之间的相互影响，应能通过污染物的输入、输出来定量表达，做到水量平衡、物质量平衡。出来定量表达，做到水量平衡、物质量平衡。 划分原则：划分原则：41

29、目标：目标：达到水质控制目标达到水质控制目标约束条件约束条件经济合理经济合理控制费用尽量小控制费用尽量小目标函数目标函数包括两大类：包括两大类：最优化控制模型最优化控制模型规划方案的模拟选优模型规划方案的模拟选优模型三、水污染控制系统规划数学模型三、水污染控制系统规划数学模型42v利用数学规划方法，科学地组织污染物的排放或利用数学规划方法，科学地组织污染物的排放或协调各个治理环节，以便用最小的费用达到所规协调各个治理环节，以便用最小的费用达到所规定的水质目标。定的水质目标。v可分为三种：可分为三种：排污口最优化处理排污口最优化处理最优化均匀处理最优化均匀处理区域最优化处理区域最优化处理（一）最

30、优化问题（一）最优化问题43排污口最优化排污口最优化441.排污口最优化问题排污口最优化问题v以各小区的污水处理厂为基础，在水质条件的约束下，寻求以各小区的污水处理厂为基础，在水质条件的约束下，寻求满足水体水质要求的满足水体水质要求的各污水处理厂最佳处理效率的组合各污水处理厂最佳处理效率的组合。v一般以处理费用最省表示。一般以处理费用最省表示。 其数学模型为：其数学模型为：污水处理的总费用污水处理的总费用第第i个小区污水处理厂的处个小区污水处理厂的处理费用，是处理效率的函数理费用，是处理效率的函数各断面各断面BOD的控制目标的控制目标各排污口输入各排污口输入河流的河流的BOD各排污口排放单位质

31、量各排污口排放单位质量有机物在河流各控制断有机物在河流各控制断面产生的面产生的BOD的响应值的响应值起始断面起始断面BOD值对下游断面值对下游断面BOD的影响值的影响值各断面各断面DO的的控制目标控制目标起始断面起始断面DO值值对下游断面对下游断面DO的影响值的影响值各排污口排放单位质量各排污口排放单位质量有机物在河流各控制断有机物在河流各控制断面上面上DO的影响值的影响值第第i个污水处理厂处理效率的下个污水处理厂处理效率的下限限(管理要求管理要求)和上限和上限(技术限制技术限制)452.最优化均匀处理最优化均匀处理v污水处理厂位置和处理量的最优化。污水处理厂位置和处理量的最优化。v是在污水处

32、理效率固定的条件下，寻求区域的污水处理和是在污水处理效率固定的条件下，寻求区域的污水处理和管道输水的总费用最低时，管道输水的总费用最低时，污水处理厂的最佳位置和容量污水处理厂的最佳位置和容量的组合的组合。该问题也被称为。该问题也被称为厂群规划问题厂群规划问题。v以处理总费用最省表示。以处理总费用最省表示。46vCi(Qi)-第第i污水处理厂的处理费用，是处理量的函数；污水处理厂的处理费用，是处理量的函数；vCij(Qij)-节点节点i输水到节点输水到节点j的费用，是输水量的函数；的费用，是输水量的函数；vZ-总费用。总费用。111min()()nnniijZCi QiCij Qij目标函数：4

33、7vqi-第第i个污水处理厂收集的本小区的污水量；个污水处理厂收集的本小区的污水量；vQji-j小区输送到小区输送到i污水处理厂的污水量污水处理厂的污水量vQij-i小区输送到小区输送到j污水处理厂的污水量污水处理厂的污水量vQi-第第i污水处理厂处理量。污水处理厂处理量。vQi,qi 0vQji,Qij 0110nnjiqiQjiQijQii约束条件：483.区域最优化处理区域最优化处理v为了使系统的总费用最低，综合考虑为了使系统的总费用最低，综合考虑水体自净水体自净、污污水处理水处理和和管道输水管道输水的三种因素，要求污水处理厂有的三种因素，要求污水处理厂有最佳处理效率、最佳位置和处理量最

34、佳处理效率、最佳位置和处理量，还要合理利用，还要合理利用水体的自净能力。水体的自净能力。v前两项最优化的综合。前两项最优化的综合。49区域最优化处理规划模型区域最优化处理规划模型 jijiijiiiiiniijnjjiininjijijiiiQQqQOLQQQqOnVLLmULstQCQCZ,1100110,0,0.,min式中：式中：Ci（Qi，i）第第i个小区的污水处理厂的污水处理费用。这个小区的污水处理厂的污水处理费用。这时，它既是污水处理规模（时，它既是污水处理规模（Qi）的函数，又是污水处理效率（）的函数，又是污水处理效率（i）的）的函数。函数。50 最优规划问题的共同特点是根据污染

35、源、水体、最优规划问题的共同特点是根据污染源、水体、污水处理厂和输水管线提供的信息，一次求出水污污水处理厂和输水管线提供的信息，一次求出水污染控制系统的最佳方案。染控制系统的最佳方案。 但在许多情况下，由于进行最优化的条件不尽但在许多情况下，由于进行最优化的条件不尽具备，致使问题不易被纳入最优化的目标与约束之具备，致使问题不易被纳入最优化的目标与约束之中，从而限制了最优规划方法的运用。中，从而限制了最优规划方法的运用。 51由于客观条件限制，最优化条件不一定具备，得不出一个由于客观条件限制，最优化条件不一定具备，得不出一个最佳方案，需要对几个备选方案模拟选优。最佳方案，需要对几个备选方案模拟选

36、优。首先，根据经验制定出多个规划方案；然后，对各方案进首先，根据经验制定出多个规划方案；然后，对各方案进行模拟计算，检验方案的可行性；最后，从可行方案中找行模拟计算，检验方案的可行性；最后，从可行方案中找出比较好的方案确定为实施方案。出比较好的方案确定为实施方案。该实施方案不一定是最好的，取决于规划人员的经验和能该实施方案不一定是最好的，取决于规划人员的经验和能力力-应多做些方案以供选择。应多做些方案以供选择。（二）模拟选优问题（二）模拟选优问题52 河段上三个污染源向河水中排放污染物苯，上游河段上三个污染源向河水中排放污染物苯，上游河水苯的浓度为河水苯的浓度为0.2mg/L，已知苯在河水中降

37、解速度，已知苯在河水中降解速度常数常数k=0.03km-1, =0e-kL；污水中处理苯的费用每；污水中处理苯的费用每1000m3为为50 x元（元（x为去除率）。要使得整个河段苯的为去除率）。要使得整个河段苯的浓度不超标（浓度不超标（1mg/L），并且最省钱。请列出线性），并且最省钱。请列出线性规划模型的标准型（写出建模计算过程）。规划模型的标准型（写出建模计算过程）。 练习题练习题5310km15km(1)污染源污染源(2)污染源污染源(3)污染源污染源污染源流量污染源流量m m3 3/d 100000 50000 200000/d 100000 50000 200000排放浓度排放浓度

38、mg/L 10 20 8 mg/L 10 20 8河水流量河水流量qvo=500000m3/d 本底浓度本底浓度0=0.2mg/L54目标函数目标函数v假设污染源（假设污染源（1）（）（2）（）（3）的污染物去除率分别为）的污染物去除率分别为x1、x2、x3； v污染源（污染源（1）（）（2）（）（3）的污染物去除费用分别是：）的污染物去除费用分别是：Z1=50 x1（100000/1000）Z2= 50 x2（50000/1000）Z3=50 x3（200000/1000） v污染治理总费用污染治理总费用 ：Z=5000 x1+2500 x2+10000 x3v目标函数：目标函数：minZ=

39、5000 x1+2500 x2+10000 x355约束条件约束条件v假设各污染源污染物排入河中混合后的浓度分别假设各污染源污染物排入河中混合后的浓度分别为为B1、B2、B3，则：，则：vB1 1mg/LvB2 1mg/LvB3 1mg/L56约束条件（约束条件（1 1）vB1=10000010（1-x1）+5000000.2/(500000+100000) =(11-10 x1)/61v解得：解得：x10.557约束条件（约束条件（2 2）v浓度为浓度为B1的河水经降解到达污染源（的河水经降解到达污染源（2）所在断面时浓度：）所在断面时浓度：v2=B1e-KL=(11-10 x1)/6e-0

40、.03*10=1.36-1.23x1vB2=6000002 + 5000020（1-x2）/(600000+50000) =2.79-1.14x1-1.54x21v解得：解得：1.14x1+1.54x21.7958约束条件（约束条件（3 3）v浓度为浓度为B2的河水经降解到达污染源（的河水经降解到达污染源（3）所在断面时浓度：）所在断面时浓度：v3=B2e-KL=1.79-0.73x1-0.98x2vB3=6500003 + 2000008（1-x3）/(650000+200000) =3.24-0.55x1-0.74x2-1.88x31v解得：解得：v0.55x1+0.74x2+1.88x3

41、2.2459其他约束条件其他约束条件v0 x11v0 x21v0 x3160规划模型标准式规划模型标准式目标函数：目标函数： minZ=5000 x1+2500 x2+10000 x3约束条件：约束条件： 1.14x1+1.54x21.79 0.55x1+0.74x2+1.88x32.24 0.5x11 0 x21 0 x3161v评价方案一般从评价方案一般从水环境质量目标的可达性、污水处理投资的水环境质量目标的可达性、污水处理投资的可行性可行性两个方面进行。两个方面进行。1.水环境目标的可达性水环境目标的可达性v 水环境质量目标的可达性，可利用已建立的水质模型，对水环境质量目标的可达性，可利

42、用已建立的水质模型，对各个方案实施可能对水质产生的影响进行模拟，来检验规划各个方案实施可能对水质产生的影响进行模拟，来检验规划方案是否能达到预定的水环境质量目标。方案是否能达到预定的水环境质量目标。四、规划方案的综合评价四、规划方案的综合评价622.污水处理投资的可行性污水处理投资的可行性v按环保投资占国民生产总值比例、占工业基础建设投资比例按环保投资占国民生产总值比例、占工业基础建设投资比例来估算投资能否得到落实。国际经验表明，当污染治理投入来估算投资能否得到落实。国际经验表明，当污染治理投入占国民生产总值的比例达到占国民生产总值的比例达到11.5时，才能基本控制环时，才能基本控制环境污染；

43、提高到境污染；提高到23时，才能改善环境质量。时，才能改善环境质量。目前我国目前我国这一比例在这一比例在1.6左右。左右。v应考虑社会投资。应考虑社会投资。63n邕江是过境河流郁江在南宁市的一段，穿越南宁市城区中邕江是过境河流郁江在南宁市的一段，穿越南宁市城区中心，为南宁市最大河流。心，为南宁市最大河流。n邕江河段全长邕江河段全长134km，流域面积，流域面积6120km2，年均流量，年均流量1292m3/s。水量充沛，具有较强的自净能力。是南宁市城。水量充沛，具有较强的自净能力。是南宁市城市及工农业的主要水源，也是通向区内外的航运干线。市及工农业的主要水源，也是通向区内外的航运干线。邕江水环

44、境综合整治规划邕江水环境综合整治规划第五节第五节 流域水环境规划案例流域水环境规划案例64一、明确问题一、明确问题 二、确定规划目标与水域功能区划分二、确定规划目标与水域功能区划分 三、确定规划方法三、确定规划方法 四、拟订规划措施四、拟订规划措施 五、计算水环境容量与提出供选方案五、计算水环境容量与提出供选方案 六、规划方案实施六、规划方案实施 规划内容规划内容65n邕江水域具有集中式生活饮用水水源、工业用水、农业邕江水域具有集中式生活饮用水水源、工业用水、农业灌溉、航运、渔业、娱乐和纳污等功能。随着南宁市经灌溉、航运、渔业、娱乐和纳污等功能。随着南宁市经济发展加快，工农业用水和生活用水也不

45、断增加。济发展加快，工农业用水和生活用水也不断增加。 n除市区固定用水人口除市区固定用水人口80万外，还有一定数量的流动人口。万外，还有一定数量的流动人口。因此因此集中式生活饮用水水源集中式生活饮用水水源成为邕江南宁段的首要功能。成为邕江南宁段的首要功能。 n随着城市经济的发展，污水量会越来越多，随着城市经济的发展，污水量会越来越多，纳污纳污也成为也成为邕江的重要功能。邕江的重要功能。n如何协调不同层次的用水需求，是规划面临的主要任务。如何协调不同层次的用水需求，是规划面临的主要任务。一、明确问题一、明确问题66n总体目标：保证邕江的多种水体功能的达到。总体目标：保证邕江的多种水体功能的达到。

46、 n首先需要进行水体功能的划分。根据水域功能区划的依据、原则、首先需要进行水体功能的划分。根据水域功能区划的依据、原则、方法与步骤，以及邕江水质现状、社会经济发展对水资源的要求，方法与步骤，以及邕江水质现状、社会经济发展对水资源的要求，将邕江水域的功能划分为五大类：将邕江水域的功能划分为五大类：n心圩江以上流域为心圩江以上流域为类，心圩江至二坑为类，心圩江至二坑为-类，大坑至青秀山类，大坑至青秀山风景区为风景区为类，青秀山至莲花为类，青秀山至莲花为-类，莲花至六景为类，莲花至六景为类，邕类，邕江各支流、心圩江、竹排冲为江各支流、心圩江、竹排冲为-类，大坑、二坑、水塘江为类，大坑、二坑、水塘江为

47、-V类，良风江为类，良风江为类，八尺江类，八尺江-类。类。n具体目标：控制各河段水质达到相应的水质标准。具体目标：控制各河段水质达到相应的水质标准。 二、确定规划目标与水域功能区划分二、确定规划目标与水域功能区划分67n规划中常用的混合区标准有两类，一类是规划中常用的混合区标准有两类，一类是面积控制标准面积控制标准，另一类是另一类是距离控制标准距离控制标准，后者应用较广泛。，后者应用较广泛。n距离控制标准允许排污口下游若干距离内水质超标，允许距离控制标准允许排污口下游若干距离内水质超标，允许距离的长短，视距离的长短，视河段的功能和所处位置的重要性河段的功能和所处位置的重要性而定。而定。n邕江混合区的划分采用邕江混合区的划分采用距离控制标准距离控制标准。以竹排冲河段为例，。以竹排冲河段为例，由于数十公里范围内无集中供水水源吸水口，排污口下游由于数十公里范围内无集中供水水源吸水口，排污口下游2000m处的岸边污染物最大浓度达到功能区水质标准即可处的岸边污染物最大浓度达到功能区水质标准即可满足要求。满足要求。三、确定规划方法三、确定规划方法1. 混合区划分混合区划分68n南宁市污水是通过几条排污沟流入邕江的，因此，控制南宁市污水是通过几条排污沟流入邕江的，因此，控制排排污沟与邕江入口处的排放量是水污染控制的关键污沟与邕江入口处的排放量