水环境评价与规划综合模型的开发及应用研究——以长江流域宜宾段为例

摘要

在全球水环境污染日趋严重的背景下，通过开发和应用水环境数学模型对流域水环境质量的现状进行评价、对其发展趋势进行预测并进行相应的污染源控制规划，为相关部门对流域水环境的规划管理提供决策依据的相关研究具有重要的现实意义。本文以传统层次分析法、灰色理论和线性规划模型为基础，开发出新的流域评价----预测----规划的动态系统模型。在实例研究中，将系统模型应用于长江流域宜宾段水环境的评价、预测以及污染源控制规划，通过对研究区各个断面2002年～2012年水环境的动态评价和预测，分析得到长江流域宜宾段需要重点治理的水域及其相应的关键水质指标，并针对重点治理水域的关键水质指标进行污染源排污规划。主要内容如下： ⑴根据流域水环境评价的特点及其要求，通过灰色靶分析过程取代传统层次分析法的专家评分过程，并将灰色层次分析的结果应用于监测期历年断面水环境综合指数的计算，然后应用GM（1，1）模型对断面环境综合指数进行预测，使模型具有从宏观和微观进行评价、预测的能力，最后应用多目标线性规划对重点水域进行排污规划，从而开发出一套新的流域评价-预测-规划的动态系统模型方法，并应用Matlab软件开发了系统模型的配套程序。 ⑵通过水生态环境评价预测动态子模型对各断面控制水域的主要水质指标进行评价分析并对其水环境发展趋势进行预测，结果表明：长江流域宜宾段整体水环境状况良好；5个主要断面所控制水域水环境在未来的发展趋势由好到差，依次为：福溪断面>柏溪断面>盐平坝断面>潼关驿断面>水东门断面（>表示“好于”）；其中水环境污染严重且恶化趋势明显的水域为水东门断面所控制的水域需要重点进行治理，其主要的水质污染指标为：高锰酸钾指数和氨氮。 ⑶运用污染源排污控制规划子模型对水东门断面水域污染源排污进行规划，结果表明：按照各个排污口2007年的排污量，五粮液酒厂排污口的废水治理系数需要达到0．9，预计治理费用为895．92万元/a，将是所有污染源治理费用最高的；其次是宜宾纸厂1分厂排污口，其预计治理费用为635．63万元/a；然后依次为宜宾纸厂2分厂排污口预计治理费用293．23万元/a，安阜排污口预计治理费用84．46万元/a，滨江路排污口预计治理费用49．08万元/a，五粮液酒厂混合排污口预计治理费用41．74万元/a。 ⑷通过在长江流域宜宾段水环境中的应用，表明流域水环境评价-预测-规划系统综合模型可以较好地应用于对流域水环境的综合评价、预测以及污染源控制规划的整个过程，从而为流域水环境规划和污染源治理提供决策依据。其主要的特点有：①通过灰靶分析过程取代传统层次分析法中专家评分过程，有效消除了主观误差。②根据灰色层次计算得到的各项水质指标权重值计算断面水环境综合指数，将微观数据过渡到宏观，对各断面以及整个长江流域宜宾段的水环境现状进行分析。⑧通过将GM（1，1）模型与灰色层次分析模型进行偶合，增强了系统模型的预测能力，该系统模型从宏观上对研究区水环境发展趋势进行了较为准确的预测分析（预测精度在90％以上）。④根据评价预测结果，污染源排污控制规划模型的应用分析得到了具体的污染源控制方案及其相应的环境投资，从而形成一套完整的流域评价-预测-规划的动态系统模型方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外文献综述

1.2.1 水环境规划管理的研究

1.2.2 水环境模型开发及应用的研究

2 研究区域概况及研究方案

2.1 研究区概况

2.2 研究目标

2.3 研究内容

2.4 研究相关的背景理论及方法

2.4.1 层次分析法

2.4.2 灰关联分析以及灰靶理论

2.4.3 GM(1，1)模型

2.4.4 线性规划模型

2.5 系统模型的生成

2.5.1 建模思路

2.5.2 模型的生成

2.6 研究的技术路线

3 综合系统模型对研究区水环境现状评价与预测分析

3.1 水环境评价原始数据收集与预处理

3.2 模型模拟结果

3.2.1 水质指标灰色关联度分析

3.2.2 灰色层次分析

3.2.3 断面水环境综合指数分析与预测

3.3 水环境现状评价及其预测分析

3.3.1 长江流域宜宾段水质概况

3.3.2 水环境现状分析

3.3.3 研究区水环境发展趋势分析

3.3.4 重点水域水污染主要原因分析

4 研究区重点水域排污控制规划

4.1 重点水域资料的收集和分析

4.1.1 水文资料收集与分析

4.1.2 污染源资料收集与分析

4.2 排污控制模型优化及其结果

4.2.1 排污控制优化模型建立

4.2.2 模型结果

4.3 岷江干流宜宾城区段污染源排污控制方案分析

4.3.1 总体规划方案分析

4.3.2 各污染源排污控制规划

5 系统模型程序的编制

5.1 程序的开发

5.1.1 水环境评价及预测子模型相关程序开发

5.1.2 排污控制规划子模型相关程序开发

5.2 程序的使用说明

5.2.1 水环境评价及预测模型相关程序使用说明

5.2.2 排污控制规划模型相关程序使用说明

6 对策建议

6.1 城镇污水治理措施

6.1.1 大城镇生活污水治理

6.1.2 小城镇生活污水治理

6.2 工业废水治理措施

6.3 农村面源污染治理措施

6.3.1 建设集约化生态种植园区，合理使用农业生产资料

6.3.2 建设集约化生态养殖园区，完善园区内循环机制

6.3.3 完善农业面源污染控制机制和保障体系

7 结论

8 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

附录