内陆干旱区水库水质水量联合优化调度研究——以兵团玛纳斯河蘑菇湖水库为例

摘要

水资源是人类生存和经济社会发展的物质基础，是不可替代的重要自然资源。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，人们对水资源数量和质量的需求越来越高，而可资利用的淡水资源是有限的，水资源匮乏不仅制约了经济社会的发展，而且造成了水环境的不断恶化。因此，研究区域水资源的水质水量联合优化调度具有重要的理论和现实意义。 本文总结分析了水资源水量调度和水质管理的国内外研究现状，指出了目前水资源水质水量优化调度的不足。以典型的干旱区新疆玛纳斯河下游的蘑菇湖水库为研究对象，建立水资源水质水量联合优化调度的模型，并用Matlab的优化工具箱对其求解，得出新疆玛纳斯河下游的蘑菇湖水库的水质水量联合优化调度的结果。具体内容如下： 论文首先分析了污水灌溉对土壤生态系统的影响，介绍了由于污水灌溉引起的各种污染物通过食物链最终在人体内积累，以及对人体产生的毒害作用。然后根据水功能区的划分情况，确定研究区的水质目标。以《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》为依据，建立人工神经网络评价模型，训练BP人工神经网络，从而进行蘑菇湖水库水质评价，得出结论蘑菇湖水库水质为劣V类。通过水库水质评价得出的水库水质状况及水质目标，作者分析确定出不同水质目标下的蘑菇湖水库夏秋、冬闲、春灌三个不同时段的水环境容量，得到水库相应的最大日负荷。按照水库水质与目标水质的正负偏差最小，建立水质水量联合优化调度模型，应用MATLAB数学软件的优化函数fgoalattain解出其最优解，给出蘑菇湖水库不同水平年以及满足不同水质目标下的夏秋、冬闲、春灌三个不同时段的水质水量联合优化调度方案。 以蘑菇湖水库为例建立了以污染物总量控制为基础的水质水量联合优化调度模型。水质水量联合优化调度模型，是通过现有的水利工程设施，暂时不增加资金投入，通过水资源管理的手段，通过调度蘑菇湖水库的不同水源(河水、井泉水和污水)的入库水量，使蘑菇湖水库的水质达到预期的水质标准，从而缓解由于蘑菇湖水库水质恶化而引起的库边生态环境恶化、水库生物种群单一化、水库周围地下水水质变坏和下游灌区生态系统变坏等。 水资源的水质水量联合优化调度研究是一项重要而又复杂的科学命题，它是水文学、水资源学、经济学、生态学、环境学、系统科学和计算机科学的融合，甚至还有深刻的社会学印记。在今后的工作中，作者还将继续深化水资源的水质水量联合优化调度的科学认知，进一步掌握水资源系统、社会经济系统和生态环境系统互动与耦合关系，完善水资源的水质水量联合优化调度模型工具，促进科学研究服务于流域和区域的水资源管理和经济社会发展规划。

目录

文摘

英文文摘

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第一章概述

1.1研究背景

1.2国内外研究现状分析

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3研究目标、研究内容

1.3.1研究目标

1.3.2主要研究内容

1.4采取的研究方法、技术路线

1.4.1研究方法

1.4.2技术路线

第二章兵团玛纳斯河下游灌区水土资源利用现状

2.1区域的水资源利用现状

2.1.1水资源的分布及其特点

2.1.2水功能区的划分

2.1.3研究区水功能区划分状况

2.2污水灌溉对土壤的影响

2.2.1土壤的净化

2.2.2污水灌溉的水质

2.2.3污水中污染物的种类及其毒害影响

2.3污水灌溉对灌区影响的实例

2.4污水灌溉污染土壤的主要防治对策

第三章研究区污水来源分析与水环境质量评价

3.1蘑菇湖水库污水来源现状调查

3.1.1石河子市总排污口

3.1.2石河子市的主要工业污染源调查

3.1.3石河子市的主要生活污染源调查

3.2蘑菇湖水库水质状况

3.3石河子市排污预测

3.4基于人工神经网络对区域水环境质量评价研究

3.4.1人工神经网络的评价模型

3.4.2人工神经网络的训练过程

3.4.3基于BP-ANN对蘑菇湖水库水质评价

3.5本章小结

第四章蘑菇湖水库水环境容量总量控制

4.1水环境容量总量控制的概念、类型、方法和意义

4.1.1总量控制概念

4.1.2总量控制的类型

4.1.3总量控制的方法

4.1.4总量控制的意义

4.2水库水环境容量的计算

4.2.1混合型水库水质模型

4.2.2水环境容量计算公式推导

4.2.3水质控制目标的确定

4.2.4模型的参数确定

4.3水库主要污染物水环境容量的确定

4.4蘑菇湖水库水环境容量实施总量控制的效果

4.5本章小结

第五章蘑菇湖水库水质水量联合优化调度模型及求解

5.1系统概化及建模思路

5.2水质水量联合调度的多目标优化模型

5.2.1系统决策变量

5.2.2目标与目标函数目标

5.2.3系统模型约束条件

5.3模型求解

5.3.1应用MATLAB工具箱求解的基本方法

5.3.2模型求解过程

5.4计算结果分析评价

5.4.1现状年蘑菇湖水库水质水量状况

5.4.2 2010年蘑菇湖水库水质水量联合调度的方案

5.4.3 2020年蘑菇湖水库水质水量联合调度的方案

5.4.4不同水平年蘑菇湖水库水质水量状况

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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