城市污水再生回用基础设施优化研究

摘要

日渐短缺的水资源与持续恶化的水环境，加重了城市水资源危机，可持续水资源管理已经成为人们的共识，即“始终最大限度地满足社会目标，同时维持生态、环境和水力整体性的可持续水资源系统”逐渐被人们认同。污水再生回用是将开源节流与保护水环境结合在一起的解决水短缺问题的最有效措施，而污水再生回用基础设施的合理规划与建设是成功实施污水再生回用的前提和保障，因此，本文对污水再生回用基础设施规划进行优化研究有着很强的应用价值和现实意义。为此本文进行了如下探讨:
　　首先，本文将集模糊性（边界的亦此亦彼性）和随机性（发生的概率）于一体的云模型评价法与二元模糊比较决策赋权法相结合，选取人均水资源量、水资源变差系数、人均GDP、生态环境用水率和水污染驱动力等指标对全国31个省、市、自治区污水回用工程的需求程度进行评价;并绘制相应专题地图，分析其评价结果，提出相应水资源管理建议。评价结果表明:我国各区域对污水再生回用工程需求程度差异显著，总体上呈现需求程度高的地区都集中在中国的东部，即东北平原、华北平原和沿海城市，且从东到西需求程度呈现减弱趋势。
　　其次，本文探讨了污水再生回用区域规划中遇到的污水再生处理方式决策问题。本文从对污水再生回用工程的全生命周期成本和再生水多层输配的分析出发，构建年费用函数，根据区域最大集中处理年经济效益与再生水输配费用相等求得临界距离值，并以临界距离作为规划区域内城市污水再生集中或分散处理方式与厂址选择的判据。对某一区域污水回用布局规划问题进行了计算，验证了该方法的实用性与经济性。
　　最后，为了应对必将日益增多的再生水用户以及再生水量，本文建立了再生水输配管网改扩建模型，在满足水压、流速等约束条件下，确定管网的最佳管径和泵尺寸，使管网基础设施投资费用和管网运行费用最低。并采用遗传算法求解本模型，对一个再生水输配管网改扩建案例进行计算，验证了该方法的可行性。
　　总的来说，本文在对我国各省市自治区污水再生回用工程需求程度进行评价后，从系统角度，为城市污水再生回用基础设施规划提供经济、可行、有效的优化方法，这对促进再生水的利用以及更好的水资源管理有很强的应用价值和意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 我国水资源与水环境现状

1．1．2 污水再生回用的必要性

1．1．3 研究意义

1．2 污水再生回用研究现状

1．2．1 国外污水再生回用研究进展

1．2．2 国内污水再生回用研究进展

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2 污水再生回用工程需求评价

2．1 评价指标及其等级界限

2．2 云模型综合评价法

2．2．1 云模型的数字特征

2．2．2 云发生器

2．3 云评价模型的建立

2．3．1 评价云数字特征的确定

2．3．2 评价指标权重的确定

2．4 需求程度等级的判定

2．5 实例分析

2．6 本章小结

3 污水再生集中与分散式处理决策研究

3．1 污水再生处理方式对水回用的影响

3．2 问题描述

3．3 决策模型构建

3．3．1 临界距离概述

3．3．2 区域集中处理年经济效益

3．3．3 最小输送费用

3．3．4 临界距离公式

3．4 案例分析

3．5 本章小结

4 再生水输配管网改扩建优化

4．1 再生水输配管网改扩建目的和内容

4．2 模型建立

4．2．1 问题描述及特征

4．2．2 符号说明

4．2．3 目标函数

4．2．4 约束条件

4．2．5 再生水输配系统改扩建模型

4．3 模型求解

4．4 改扩建优化MATLAB的实现

4．4．1 编码设计

4．4．2 适应度函数确定

4．4．3 遗传算子设计

4．4．3 参数设定

4．6 案例分析

4．6．1 算例背景

4．6．2 模型计算

4．7 本章小结

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢