感潮河网水环境容量总量控制的反问题方法及应用研究

摘要

水环境容量总量控制问题是水环境污染问题中的一种反问题，是指在给定水域范围、给定水质标准、给定设计条件下，环境水体对排放于其中的污染物质所具有的容纳能力。近年来，由于河口地区地理位置优越，人口稠密，经济繁荣，人们对水环境保护的认识不断提高，已不再满足于单纯预测和分析水流中污染物的扩散规律，同时希望能够了解和合理的控制河流中污染源的总体排放量，以期更好地服务于生态环境、建立可持续发展的机制。 水质和水量是水的两个不可分割的基本属性，但是河网水质方程与水动力学方程组的耦合问题却是河网水环境问题中的一个难点；对于感潮河网，由于受潮汐影响，河流流向多变，给水质以及水环境容量的计算带来很大的困难。本文基于“河道-节点-河道”四级解法在大型河网水量求解中的高效性，成功的求解了感潮河网水动力学方程组；考虑到感潮河网的时空动态变化及其影响因素，提出了与其相对应的感潮河网水环境容量总量控制模型。对于流向多变带来的种种困难，首先引入时间微元叠加法，将感潮河网的非恒定问题转化为多个时间微段的恒定流问题；利用复合形法，优化求解各个时间微段内点污染源排放总量，最后对所有微段的容量进行叠加，即得到整个时间段的容量控制。该方法不仅考虑了感潮河网地区水流运动复杂、流态不稳定、流向多变的特点，而且反映了感潮河网水环境容量受边界水质条件、河道水质目标及潮汐等因素的影响。 根据相关资料，把该方法应用于“上海市浦东新区某区级河网”点污染源群最大容许排放量控制问题，获得了较好的数值模拟效果，提出较为合理的排污建议。开发研制了相应的“感潮河网水环境容量总量控制计算支持系统Hydrauto1.1”，动态的显示优化结果，便于管理和决策。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章：概述

1.1问题的提出及研究意义

1.2河网水力、水质数值模型的历史沿革

1.2.1水力模型

1.2.2河网水环境容量的研究进展

1.3本文的研究方法和主要成果

第二章：感潮河网水力水质模型研究

2.1河网水力模型

2.1.1河道非恒定流计算方法

2.1.2河网非恒定流计算方法

2.2感潮河网非恒定流水质模型

2.2.1河道水质模型

2.2.2河网水质模型

2.3本章小结

第三章：感潮河网水环境容量总量控制反问题

3.1环境容量的基本概念

3.2感潮河网水环境容量总量控制反问题的提出

3.2.1概化模型

3.2.2目标函数以及约束条件

3.3感潮河网水环境容量总量控制反问题的求解

3.3.1复合形法

3.3.2感潮河网水环境容量计算模型

3.4本章小结

3.4.1复合形法调优步骤

3.4.2感潮河网水环境容量总量反问题求解步骤

3.4.3小结

第四章模型的应用

4.1上海市大陆地区河网概况

4.1.1河网概况

4.1.2全市河道水环境容量的概况

4.2浦东新区感潮河网水环境容量总量控制

4.2.1浦东某河网水环境容量总量控制计算方法

4.2.2计算

4.2.3感潮河网水环境容量总量控制计算支持系统Hydrauto1.1*

4.3本章小结

注释*：

《感潮河网水环境容量总量控制计算支持系统Hydrauto1.1》使用说明书

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢