基于BP神经网络—模糊数学的汾河太原城区段黑臭评价研究

摘要

城市河流是城市水环境的重要组成部分，是城市形成和发展中不可缺少的资源。但随着经济的发展和城市人口的增加，工业废水、生活污水排放量不断增加，市政建设的滞后使大量废、污水未经有效处理就排向了城市内部或周边的河流，导致河流水体严重的污染，许多河段出现了严重的黑臭，水生动植物几乎绝迹，河流失去了原有的功能，城市的可持续发展受到制约。而黑臭水体的客观有效评价是河流水环境污染防治和管理决策的基础和关键，因此对城市河流的黑臭评价研究具有重要的意义。
　　 本文以汾河太原城区段为研究对象，对该河段入河支流及排污口进行了实地踏勘和资料的系统收集，根据监测布点的设置原则，设置了监测断面；采用高频率取样，对河流水质进行了长期监测。以实测水质资料为基础，探讨将神经网络与模糊数学相结合，建立了黑臭水质评价BP 神经网络—隶属度模型。运用此模型对汾河太原城区段河流黑臭进行评价，用实测数据进行了模型的验证，表明所确定的模型适合汾河太原城区段的实际情况，为城市河流的有效治理提供基础。
　　 课题的主要研究内容与成果：
　　 (1)在对该河段入河支流及排污口详细资料收集分析的基础上，针对河流的自然结构和排污口分布特点，设置了十一个监测断面，筛选确定BOD5、CODCr、DO等共9 项监测项目，并对pH、水温、流速进行同步监测。对河流水质进行了长期监测和实验室分析工作。
　　 (2)以现状监测为基础，应用单项污染指数法对研究河段进行水质现状评价，得出各监测断面的超标项目、单因子超标倍数；应用污染负荷比的方法，分析河流的主要污染因子及各支流对污染的贡献率。
　　 (3)鉴于河流黑臭是多因素共同作用的结果，且水质分级存在的模糊性特征，将神经网络与模糊数学相结合，建立了黑臭水质评价BP 神经网络—隶属度模型。应用matlab 技术进行程序的编制，实现模型的评价计算。
　　 (4)根据所建立的黑臭评价模型对汾河太原城区段进行黑臭评价，并对黑臭的时间与空间分布进行定量研究，其结果较客观地反映了研究河段黑臭的时空变化规律，应用实测数据进行模型的验证，其结果与河流实际情况对照吻合较好，表明所建立的黑臭水质评价BP 神经网络—隶属度模型可行，同时结合汾河太原城区段的实际分析河流黑臭成因，提出治理措施与建议。