环境工程.pdf

第七章第七章 水污染处理与控制规划水污染处理与控制规划 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 水污染控制的工程措施及经济评价水污染控制的工程措施及经济评价 第三节第三节 水污染控制规划水污染控制规划 第四节第四节 环境水利规划方案比选方法环境水利规划方案比选方法 第五节第五节 水污染处理水污染处理 第一节第一节 概述概述 一、直接目的一、直接目的 恢复或提高水体的环境质量，使水体具有一定的使用功恢复或提高水体的环境质量，使水体具有一定的使用功能。能。二、基本思路二、基本思路 采取一定的工程措施，如采取一定的工程措施，如污水处理厂、氧化塘、土地处污水处理厂、氧化塘、土地处理场理场等，以削减污染负荷，并尽可能利用水体的自净能力，等，以削减污染负荷，并尽可能利用水体的自净能力，减少工程费用，综合分析和利用有关的自然条件、技术条减少工程费用，综合分析和利用有关的自然条件、技术条件和经济条件，以最少的人力物力投入，获得预定的水体件和经济条件，以最少的人力物力投入，获得预定的水体环境质量。环境质量。2 三、基本原则三、基本原则 以环境保护技术和经济规律为指导，寻求以环境保护技术和经济规律为指导，寻求环境、经济环境、经济、社会最后效益的最优化、社会最后效益的最优化。以有关水环境质量标准与法规为基本依据，按照区域以有关水环境质量标准与法规为基本依据，按照区域的性质、功能、环境特征、居民要求和经济技术发展的性质、功能、环境特征、居民要求和经济技术发展水平，研究制定适当的水平，研究制定适当的水环境质量目标水环境质量目标和一系列和一系列污染污染物排放标准物排放标准。统筹考虑污染源防治统筹考虑污染源防治排污体制排污体制污水处理污水处理水体质量的定量关系，经过优化决策分析，制定水污水体质量的定量关系，经过优化决策分析，制定水污染控制的染控制的综合防治规划综合防治规划方案。方案。研究制定水污染控制系统最佳效能下的成套研究制定水污染控制系统最佳效能下的成套工程设施工程设施规划与环境管理规划规划与环境管理规划。3 四、基本步骤四、基本步骤 1.明确规划目标和任务明确规划目标和任务 (1)明确水污染控制规划的区域或范围。明确水污染控制规划的区域或范围。(2)明确规划水平年。明确规划水平年。(3)明确水体环境质量目标。明确水体环境质量目标。水体环境质量目标首先与水域使用的目的有关。根据水水体环境质量目标首先与水域使用的目的有关。根据水质状况，一定水域可分别作为饮用水、工业用水、农业用质状况，一定水域可分别作为饮用水、工业用水、农业用水等的水源来使用。水等的水源来使用。4 实际情况往往是水体受到污染，原有的水体功能遭到实际情况往往是水体受到污染，原有的水体功能遭到破坏，因而存在一个破坏，因而存在一个改善水质、恢复水体功能改善水质、恢复水体功能的问题。的问题。但是过高的水环境质量要求，有时在技术上和经济难于但是过高的水环境质量要求，有时在技术上和经济难于实现。实现。通常应根据通常应根据不同地区、不同水域的不同地区、不同水域的水量水质具体情况水量水质具体情况，结合水资源的利用条件，以及经济、技术条件提出，结合水资源的利用条件，以及经济、技术条件提出不不同水域的使用目的和相应的水质目标同水域的使用目的和相应的水质目标。根据规划计算结果，有时还需要调整水质目标，重新根据规划计算结果，有时还需要调整水质目标，重新进行计算和比较。进行计算和比较。5 四、基本步骤四、基本步骤 2.收集和分析基本资料收集和分析基本资料 污染源的分布及污染负荷。水域分布、水量水污染源的分布及污染负荷。水域分布、水量水质及有关水文参数。质及有关水文参数。水资源利用现状及其规划。现水资源利用现状及其规划。现有污染控制设施。社会经济、人口现状及发展规划。有污染控制设施。社会经济、人口现状及发展规划。在掌握资料的基础上可进行在掌握资料的基础上可进行初步分析：初步分析：主要污染来源及主要污染物。污染源预测。主要污染来源及主要污染物。污染源预测。水水域水质现状评价及水质初步预测。域水质现状评价及水质初步预测。选择或建立污水处选择或建立污水处理费用函数。理费用函数。6 四、基本步骤四、基本步骤 3.选择规划方法并进行相应的计算选择规划方法并进行相应的计算 模拟规划方法：模拟规划方法：拟定几种水污染控制方案，应用拟定几种水污染控制方案，应用水质模型进行模拟预测，检验污染控制效果，进行水质模型进行模拟预测，检验污染控制效果，进行技术经济分析和比较。技术经济分析和比较。优化规划方法：优化规划方法：需要选择一定的数学规划方法，需要选择一定的数学规划方法，建立优化数学模型，包括确定目标函数和约束条件建立优化数学模型，包括确定目标函数和约束条件，进行优化计算，提出优化规划方案。，进行优化计算，提出优化规划方案。7 四、基本步骤四、基本步骤 4.选定规划方案选定规划方案 决策者应将由数学模拟和数学规划得出的“最优决策者应将由数学模拟和数学规划得出的“最优”规划方案，与其他因素，如各”规划方案，与其他因素，如各不同部门的要求，不同部门的要求，当地的社会、经济和技术条件当地的社会、经济和技术条件等相协调，确定一个等相协调，确定一个可操作的规划方案进行实施。可操作的规划方案进行实施。一个实施方案的确定经常耍经历多次的反复计算一个实施方案的确定经常耍经历多次的反复计算和比较。和比较。8 第二节水污染控制的工程措施及经济评价第二节水污染控制的工程措施及经济评价 一、水污染控制的工程措施一、水污染控制的工程措施（一）污水处理厂（一）污水处理厂 污水处理方法可分为污水处理方法可分为物理法、化学法、生物法物理法、化学法、生物法等。等。物理法物理法是利用物理作用来分离废水中的悬浮物及沉淀物是利用物理作用来分离废水中的悬浮物及沉淀物。包括：格栅、筛网、沉淀、气浮、离心分离等方法。包括：格栅、筛网、沉淀、气浮、离心分离等方法。9 化学法化学法是利用化学反应作用来处理废水中的溶解物质或是利用化学反应作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质。包括：中和、氧化还原、化学沉淀等方法。胶体物质。包括：中和、氧化还原、化学沉淀等方法。生物法生物法是利用微生物分解氧化有机物的作用，形成有利是利用微生物分解氧化有机物的作用，形成有利于微生物大量繁殖的环境，处理溶解于水中或胶体中的有机于微生物大量繁殖的环境，处理溶解于水中或胶体中的有机物及无机毒物，包括：好氧生物处理、厌氧生物处理等。物及无机毒物，包括：好氧生物处理、厌氧生物处理等。在实际污水处理时常配合使用，这主要根据废水的水量和在实际污水处理时常配合使用，这主要根据废水的水量和水质特性、排放标准、经济上的合理性确定。水质特性、排放标准、经济上的合理性确定。10 城市污水处理厂工艺流程示意图城市污水处理厂工艺流程示意图 11(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 主要依靠主要依靠天然土壤和植物系统天然土壤和植物系统的净化功能处理污水。的净化功能处理污水。具有投资少，能耗低，易于施工建造，便于运行管理，去具有投资少，能耗低，易于施工建造，便于运行管理，去污效率高的持点。污效率高的持点。主要包括三种形式：主要包括三种形式：慢速渗滤土地处理慢速渗滤土地处理(SR)快速渗滤土地处理快速渗滤土地处理(RI)土地漫流处理土地漫流处理(OF)12(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 SR是将污水投配于种有植物的土地上，经植物吸收、是将污水投配于种有植物的土地上，经植物吸收、土壤吸附及降解作用而得到净化。污水在土壤中的迁移速土壤吸附及降解作用而得到净化。污水在土壤中的迁移速度较慢。度较慢。在所有土地处理方法中，在所有土地处理方法中，SR对污水的处理程度最高。对污水的处理程度最高。13(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 RI是使污水通过土壤渗滤而净化。一般不要求地表种植作是使污水通过土壤渗滤而净化。一般不要求地表种植作物。污水投配速率高，污水在土壤中的渗滤速度快。物。污水投配速率高，污水在土壤中的渗滤速度快。适用于适用于渗透性非常良好渗透性非常良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。质砂土等。主要目的是主要目的是补给地下水和废水再生回用补给地下水和废水再生回用。用于补给地下水。用于补给地下水时不设集水系统，若用于废水再生回用，则需设地下集水管时不设集水系统，若用于废水再生回用，则需设地下集水管或井群以收集再生水。或井群以收集再生水。14(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 OF是将污水投配到种有植物的坡地上，以喷灌法或漫灌是将污水投配到种有植物的坡地上，以喷灌法或漫灌(法有控制地分布在地面上均匀的漫流，污水在沿坡地表面的法有控制地分布在地面上均匀的漫流，污水在沿坡地表面的流动过程中，由于物理、化学和生物的作用而得到净化，只流动过程中，由于物理、化学和生物的作用而得到净化，只有少量污水通过土壤渗滤，处理效率偏低。有少量污水通过土壤渗滤，处理效率偏低。适用于渗透性低的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为适用于渗透性低的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为 2 到到 8。15(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 其它形式：其它形式：湿地处理系统湿地处理系统 通过一系列综合反应过程将水中可沉降固体、胶体物通过一系列综合反应过程将水中可沉降固体、胶体物质、质、BOD、N、P、重金属等去除，净化能力强大，处、重金属等去除，净化能力强大，处理效率较高，且对周边环境有美化作用。理效率较高，且对周边环境有美化作用。16 白洋淀温泉城生态污水处理厂白洋淀温泉城生态污水处理厂 采用全生态的污水处理技术采用全生态的污水处理技术 人工湿地技术，主要是对人工湿地技术，主要是对开发区办公大楼及周边居民区开发区办公大楼及周边居民区、餐饮、洗浴的生活污水与温、餐饮、洗浴的生活污水与温泉洗浴污水的混合污水进行处泉洗浴污水的混合污水进行处理，日处理污水理，日处理污水 700m 3，处理，处理后出水达到后出水达到国家污水排放标准国家污水排放标准一级一级 A（COD10mg/L、BOD20mg/L、NH 4-N10mg/L），出水排入护城河内，最），出水排入护城河内，最终汇入白洋淀水系。终汇入白洋淀水系。表流型人工湿地表流型人工湿地 17 大理景观人工湿地污水处理系统大理景观人工湿地污水处理系统 将经过预处理的城市污水按照将经过预处理的城市污水按照前后顺序通过由垂直流人工湿地前后顺序通过由垂直流人工湿地和水平潜流人工湿地组成的复合和水平潜流人工湿地组成的复合潜流人工湿地，湿地出水进入生潜流人工湿地，湿地出水进入生态集水沟，然后即可进入地表水态集水沟，然后即可进入地表水体。湿地植物生物量大且比较美体。湿地植物生物量大且比较美观，湿地周边采用竹板墙，美化观，湿地周边采用竹板墙，美化了周围环境，有效的防止了对地了周围环境，有效的防止了对地表水的污染，特别是对表水的污染，特别是对氮污染氮污染的的明显削减。明显削减。18(二二)污水土地处理系统污水土地处理系统 其它形式：其它形式：地下渗滤处理系统地下渗滤处理系统 将污水投配到距地面约将污水投配到距地面约 0.5m 深，有良好渗透性的地层中深，有良好渗透性的地层中，借助，借助毛管浸润和土壤渗透作用，毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。适用于无法接城市排水管网的小水量污水处理，如分散的适用于无法接城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等。居民点住宅、度假村、疗养院等。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化污水进入处理系统前需经化粪池或酸化(水解水解)池预处理。池预处理。19 沈阳师范大学地下渗滤污水处理系统沈阳师范大学地下渗滤污水处理系统 采用浮动生物床采用浮动生物床地下渗滤联合处地下渗滤联合处理工艺，日处理校园污水理工艺，日处理校园污水 800 立方米立方米。出水水质达到国家。出水水质达到国家生活杂用水水生活杂用水水质标准质标准和和再生水回用于景观水体再生水回用于景观水体的水质标准的水质标准，可进行多种用途的回，可进行多种用途的回用，例如，用，例如，洗车，浇草坪，给人工湖洗车，浇草坪，给人工湖蓄水蓄水等。等。污水处理站总占地面积污水处理站总占地面积 1200 平方平方米米，其中地下渗滤系统占地，其中地下渗滤系统占地 800 平方平方米米，是，是典型的校园污水生态处理与中典型的校园污水生态处理与中水回用水回用的教学科研示范基地。的教学科研示范基地。20 0303/407687.html 21（三）氧化塘（三）氧化塘 直接利用天然池塘或经过一定人工修整的池塘，通直接利用天然池塘或经过一定人工修整的池塘，通过水中生长的生物代谢活动处理有机污染废水。在一般过水中生长的生物代谢活动处理有机污染废水。在一般氧化塘中，溶解氧由塘内生成的氧化塘中，溶解氧由塘内生成的藻类通过光合作用藻类通过光合作用提供提供或或水面复氧水面复氧作用形成。作用形成。根据塘内微生物类型、供氧方式和功能，分为根据塘内微生物类型、供氧方式和功能，分为 好氧塘好氧塘 兼性塘兼性塘 厌氧塘厌氧塘 曝气塘曝气塘 22 1.好氧塘好氧塘 水深一般为水深一般为0.30.5m，阳光可透射至塘底，全部水深，阳光可透射至塘底，全部水深范围内均处于好氧状态。范围内均处于好氧状态。塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。阳光照射。阳光照射时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时，由于风时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，二者使塘水呈好氧状力的搅动，塘表面还存在自然复氧，二者使塘水呈好氧状态。态。塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成氧化分解有机污染物并合成 本身的细胞质本身的细胞质(细胞增殖细胞增殖)，其代谢产物则是藻类光合其代谢产物则是藻类光合 作用的碳源作用的碳源。23 2.兼性塘兼性塘 水深一般为水深一般为1.52m，好氧，好氧反应和厌氧反应在城内同时反应和厌氧反应在城内同时进行。在阳光可透射的水层进行。在阳光可透射的水层，其作用与好氧塘相同；在，其作用与好氧塘相同；在阳光不能透射的水层阳光不能透射的水层(底层底层)则则呈厌氧反应。呈厌氧反应。通常由上层好氧区、中层通常由上层好氧区、中层兼性区和底部厌氧区兼性区和底部厌氧区组成。组成。24 3.厌氧塘厌氧塘 水深一般在水深一般在2.5m以上，最深可达以上，最深可达45m，呈厌氧状态。有，呈厌氧状态。有机污染物主要通过厌氧细菌作用而降解。机污染物主要通过厌氧细菌作用而降解。优点优点：不用供氧，可处理高浓度废水，污泥量少。：不用供氧，可处理高浓度废水，污泥量少。缺点：缺点：净化速度慢，产生的臭气影响环境，甲烷不能回收。净化速度慢，产生的臭气影响环境，甲烷不能回收。由于厌氧塘的处理效果不高，出水由于厌氧塘的处理效果不高，出水BOD5浓度仍然较高不能浓度仍然较高不能达到二级处理水平，因此，厌氧塘达到二级处理水平，因此，厌氧塘很少单独用于污水处理，而很少单独用于污水处理，而是作为其他处理设备的前处理单元是作为其他处理设备的前处理单元。25 4.曝气塘曝气塘 水探水探34m，最深可达，最深可达5m。在水面安装浮筒式曝气器，使塘水保持好氧在水面安装浮筒式曝气器，使塘水保持好氧状态并充分混合。状态并充分混合。在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘 26 氧化塘的流程组合氧化塘的流程组合 依当地条件和处理要求不同而异，几种典型的流依当地条件和处理要求不同而异，几种典型的流程组合：程组合：27 氧化塘基建费用低，易于维护管理，对污水量和氧化塘基建费用低，易于维护管理，对污水量和质的变动适应性强并可用于养鱼等。质的变动适应性强并可用于养鱼等。但占地面积大，易滋生蚊蝇，散发臭气，冬季处但占地面积大，易滋生蚊蝇，散发臭气，冬季处理效果差，防渗不良时可能污染地下水。因此应注理效果差，防渗不良时可能污染地下水。因此应注意因地制宜。意因地制宜。28 二、水污染控制的经济评价二、水污染控制的经济评价 水污染控制系统规划的基本出发点：水污染控制系统规划的基本出发点：以最小以最小的经济代价寻求适当的水环境质量和良好的社会的经济代价寻求适当的水环境质量和良好的社会效益。效益。经济效益是评价水污染控制规划的基本依据经济效益是评价水污染控制规划的基本依据，收益、费用分析收益、费用分析是一种经济评价方法。是一种经济评价方法。29 30 污染物的去除总量代替商品污染物的去除总量代替商品量，量，以去除单位污染物所增加以去除单位污染物所增加的费用或所得的的费用或所得的收益收益(称为边称为边际去除费用或边际去除收益，际去除费用或边际去除收益，也称临界费用或临界收益也称临界费用或临界收益)代代替价格替价格，则可得污染物去除的，则可得污染物去除的收益费用分析图收益费用分析图 31 由图可以看出，当临界费由图可以看出，当临界费用与临界收益相等时，净收用与临界收益相等时，净收益最大。如果益最大。如果费用函数费用函数(表示表示总费用与去除量的关系总费用与去除量的关系)与与收收益函数益函数(表示总收益与去除量表示总收益与去除量的关系的关系)的形式可以比较准确的形式可以比较准确地确定，则可以此确定污染地确定，则可以此确定污染物最优去除量。物最优去除量。32 污水处理厂的费用函数一污水处理厂的费用函数一 般形式有：般形式有：Ck1Qk2+k3Qk2k4 C 污水处理费用；污水处理费用；Q污水处理流量；污水处理流量；污水处理污水处理效率；效率；k1k2k3k4经验系数，经验系数，k21 说明当说明当规模规模一定时，处理费用的增长率随着处理效率的一定时，处理费用的增长率随着处理效率的增加而增加，即处理污水的单价相对于污水处理效率的增加增加而增加，即处理污水的单价相对于污水处理效率的增加而增加。这种费用与效率的关系称为而增加。这种费用与效率的关系称为效率经济效应效率经济效应。受效率经济效应的制约，规划中的每座污水处理厂都趋受效率经济效应的制约，规划中的每座污水处理厂都趋向于以向于以最低的处理效率来满足总的污染控制要求最低的处理效率来满足总的污染控制要求。33 当污水处理效率一定时，费用函数可进一步表示为：当污水处理效率一定时，费用函数可进一步表示为：CQ 说明：随着处理规模或输送规模的增加，费用的增加减缓说明：随着处理规模或输送规模的增加，费用的增加减缓，处理或输送单位污水的费用相对下降。这种费用与规模的，处理或输送单位污水的费用相对下降。这种费用与规模的关系称为关系称为规模经济效应规模经济效应。基于规模经济效应，大型污水处理厂在经济上占有优势基于规模经济效应，大型污水处理厂在经济上占有优势地位。地位。34 在水污染控制系统中，污水处理的在水污染控制系统中，污水处理的规模经济效应、规模经济效应、处理效率经济效应和水体自净能力处理效率经济效应和水体自净能力的利用是互相制约的利用是互相制约、互相影响的。、互相影响的。例如，为了利用规模经济效应，宜集中处理。但所例如，为了利用规模经济效应，宜集中处理。但所带来的集中排放，不利于水体自净能力的充分利用，带来的集中排放，不利于水体自净能力的充分利用，从而要求提高处理效率而后者又受污水处理从而要求提高处理效率而后者又受污水处理效率经效率经济效应的济效应的制约。因此，要进行水污染控制的多目标规制约。因此，要进行水污染控制的多目标规划。划。35 第三节第三节 水污染控制规划水污染控制规划 一、水污染控制系统一、水污染控制系统 主要组成：主要组成：(1)污染源污染源(2)取水设施取水设施(3)处理设施处理设施(4)污水输送设施污水输送设施(5)水体水体(6)其他其他 36 第三节第三节 水污染控制规划水污染控制规划 二、水污染控制系统规划的分类二、水污染控制系统规划的分类（一）按系统的规划和层次（一）按系统的规划和层次 1.河流流域水质规划河流流域水质规划 2.区域水质规划区域水质规划 3.处理设施规划处理设施规划 37 第三节第三节 水污染控制规划水污染控制规划 二、水污染控制系统规划的分类二、水污染控制系统规划的分类（一）按系统的规划和层次（一）按系统的规划和层次 1.河流流域水质规划河流流域水质规划 指全流域范围内，包括干流、支流及相应汇流区域内指全流域范围内，包括干流、支流及相应汇流区域内的水污染控制规划。涉及到各河段水体功能划分，水质的水污染控制规划。涉及到各河段水体功能划分，水质目标，污泥处理设施布局及其它污染治理措施等。目标，污泥处理设施布局及其它污染治理措施等。38（一）按系统的规划和层次（一）按系统的规划和层次 2.区域水质规划区域水质规划 指流域内某一定区域的水质规划。通常污染源较复条，指流域内某一定区域的水质规划。通常污染源较复条，水体受到不同程度污染。涉及到污水处理设施的布设，集水体受到不同程度污染。涉及到污水处理设施的布设，集中处理与分散处理的权衡，处理程度，排放标准，水质目中处理与分散处理的权衡，处理程度，排放标准，水质目标等问题。标等问题。3.处理设施规划处理设施规划 对某一城市或地区的处理设施进行规划，应调查现有污对某一城市或地区的处理设施进行规划，应调查现有污水处理设施，提出新建或扩建处理设施方案，进行经济分水处理设施，提出新建或扩建处理设施方案，进行经济分折，对大型设施还应进行环境影响评价。折，对大型设施还应进行环境影响评价。39（二）按规划方法分类（二）按规划方法分类 1.水污染控制的最优化规划水污染控制的最优化规划（1）排放口最优化处理）排放口最优化处理 各污水处理厂的位置即排放口位置和处理污水的流量各污水处理厂的位置即排放口位置和处理污水的流量已定，确定各污水处理厂处理效率的最佳组合，使整个已定，确定各污水处理厂处理效率的最佳组合，使整个系统的污水处理获用最低。系统的污水处理获用最低。这是一种常见的污染控制规划问题，研究较早。应用这是一种常见的污染控制规划问题，研究较早。应用的数学规划手段有线性规划、动态规划等。的数学规划手段有线性规划、动态规划等。40 (2)最优化均匀处理。最优化均匀处理。各污水处理厂的污水处理效率已定，确定污水处理厂各污水处理厂的污水处理效率已定，确定污水处理厂位置和处理规模的最佳组合，使系统污水处理费用最低位置和处理规模的最佳组合，使系统污水处理费用最低。在这一问题中，接纳处理污水的水体自净能力不作为。在这一问题中，接纳处理污水的水体自净能力不作为优化规划中的一个变量考虑，可应用混合整数规划来求优化规划中的一个变量考虑，可应用混合整数规划来求解此种问题。解此种问题。(3)区域最优化处理。区域最优化处理。综合考虑污水处理规模、污水处理厂位置、污水处理综合考虑污水处理规模、污水处理厂位置、污水处理效率和水体自净能力，使系统污水处理费用最低。效率和水体自净能力，使系统污水处理费用最低。这种问题是前两种问题的综合，问题比较复杂尚未这种问题是前两种问题的综合，问题比较复杂尚未有成熟的求解手段。有成熟的求解手段。41（二）按规划方法分类（二）按规划方法分类 2.水污染控制规划方案模拟水污染控制规划方案模拟 水污染控制问题通常涉及到很多因素，有时很难用一水污染控制问题通常涉及到很多因素，有时很难用一个数学规划模型来表示。个数学规划模型来表示。在这种情况下，可根据经济发展，城市建设和人口控在这种情况下，可根据经济发展，城市建设和人口控制计划，拟定污水处理的若干方案，然后对水体水质进制计划，拟定污水处理的若干方案，然后对水体水质进行模拟计算，检验规划方案的可行性，从中选择比较好行模拟计算，检验规划方案的可行性，从中选择比较好的方案作为规划方案。的方案作为规划方案。42 三、水污染规划方法三、水污染规划方法（一）（一）排排 放放 口口 最最 优优 化化 处处 理理 43 1.线性规划法线性规划法（1）费用函数的线性化）费用函数的线性化 当污水处理流量当污水处理流量Q一定时，费用函数一般形式为一定时，费用函数一般形式为 CK1+K2K3 44 45 46（2）线性规划模型的建立）线性规划模型的建立 47 48 49 50 51 52 53 54 2.动态规划法（动态规划法（DP）每一阶段的输入初始状态变量给定时，则该阶段以后的每一阶段的输入初始状态变量给定时，则该阶段以后的最优决策可以构成。最优决策可以构成。应用应用Bellman最优化原理的表述为“作为整个过程的最最优化原理的表述为“作为整个过程的最优策略具有这样的性质：即优策略具有这样的性质：即无论过去的状态和决策如何，无论过去的状态和决策如何，对前面的决策所形成的状态而言，余下的诸决策必须构成对前面的决策所形成的状态而言，余下的诸决策必须构成最优策略。最优策略。”动态规划方法可应用于排放口的最优化处理规划。其动态规划方法可应用于排放口的最优化处理规划。其应用关键是应用关键是将实际问题概化为动态规划数学模型将实际问题概化为动态规划数学模型。55 动态规划数学校型的建立，包括：动态规划数学校型的建立，包括：阶段的划分，阶段的划分，状态变量的选择，状态变量的选择，决策变量的确定，决策变量的确定，状态转移方程的建立，状态转移方程的建立，指标函数的表述，指标函数的表述，动态规划基本方程的构造。动态规划基本方程的构造。56（1）阶段的划分）阶段的划分 根据排放口的位置，按河流流动方向从上游至根据排放口的位置，按河流流动方向从上游至下游划分河段，顺序编号。每一河段即为动态规划下游划分河段，顺序编号。每一河段即为动态规划的一个“阶段”。的一个“阶段”。57（2）状态变量的选择）状态变量的选择 选用河流的水质指标选用河流的水质指标BOD5或溶解氧浓度或溶解氧浓度DO，或同，或同时包括两者作为状态变量。均可以满足动态规划方法应时包括两者作为状态变量。均可以满足动态规划方法应用上具备“用上具备“无后效性无后效性”的要求。”的要求。即如果某阶段状态给定，则在这阶段以后过程的发即如果某阶段状态给定，则在这阶段以后过程的发展不受前面各阶段状态的影响。展不受前面各阶段状态的影响。LK给定时，给定时，K阶段及其阶段及其以后阶段的决策过程不受以后阶段的决策过程不受1至至K-1阶段决策过程的影响。阶段决策过程的影响。因此因此Lk也就是也就是K阶段以后过程的初始状态变量。阶段以后过程的初始状态变量。58(3)决策变量的确定决策变量的确定 选用污水处理厂处理效率选用污水处理厂处理效率k作为决策变量。作为决策变量。（4）状态转移方程）状态转移方程 应当反映：当应当反映：当K阶段状态变量阶段状态变量Lk和决策变量和决策变量k选定后选定后，策，策K+1阶段的状态变量也就完全确定了。根据水质递推阶段的状态变量也就完全确定了。根据水质递推方程：方程：59（5）指标函数的表示）指标函数的表示 用来衡量决策过程优劣的一种数量指标，在排放口用来衡量决策过程优劣的一种数量指标，在排放口最优化处理规划中，最优化处理规划中，一般以污水处理厂的费用函数来表一般以污水处理厂的费用函数来表示。设费用函数具有如下形式：示。设费用函数具有如下形式：（6）写出动态规划的基本方程）写出动态规划的基本方程 最小处理费用为最小处理费用为 60（二）最优化均匀处理（二）最优化均匀处理 对于废、污水排放口的污染控制，也可以按废、污水对于废、污水排放口的污染控制，也可以按废、污水的排放标准，规定其污染物的去除率，在这种情况下，的排放标准，规定其污染物的去除率，在这种情况下，各排放口的污水处理效率各排放口的污水处理效率是一定的。系统的优化即是利是一定的。系统的优化即是利用污水处理的规模经济效应，使污水处理和污水输送的用污水处理的规模经济效应，使污水处理和污水输送的总费用最小。这种类型的规划就是最优化均匀处理。总费用最小。这种类型的规划就是最优化均匀处理。61 第四节第四节 环境水利规划方案比选方法环境水利规划方案比选方法 一、协调折中法一、协调折中法 1.强调对强调对环境现状的调查环境现状的调查，对被影响的环境要有，对被影响的环境要有一个全面的了解。调查了解工程所在流域或河系的一个全面的了解。调查了解工程所在流域或河系的环境质量，并把环境要素按重要性予以分级。环境质量，并把环境要素按重要性予以分级。2.预估方案预估方案未实施时未实施时(无方案无方案)将来的环境情况，将来的环境情况，作为与开发方案的比较基础。作为与开发方案的比较基础。62 第四节第四节 环境水利规划方案比选方法环境水利规划方案比选方法 一、协调折中法一、协调折中法 3.研究提出几个比较方案研究提出几个比较方案。(1)提出一个不考虑环境影响的经济最优的开发方案，并提出一个不考虑环境影响的经济最优的开发方案，并把这个方案实施后对环境影响的负作用详细列举，加以叙述把这个方案实施后对环境影响的负作用详细列举，加以叙述 (2)提出对环境负作用最小的环境最优方案，并将此方案提出对环境负作用最小的环境最优方案，并将此方案可完成酌开发任务与可完成酌开发任务与贷黔贷黔详细列举。详细列举。(3)假如环境最优方案对许多开发任务不能满足或者环境假如环境最优方案对许多开发任务不能满足或者环境保护投资过大，就进一步研究介于上述保护投资过大，就进一步研究介于上述(1)(2)的中间性方案。的中间性方案。63 第四节第四节 环境水利规划方案比选方法环境水利规划方案比选方法 一、协调折中法一、协调折中法 4.分别列出不兴建工程为维护将来环境的投资，以及分别列出不兴建工程为维护将来环境的投资，以及 各比较方案对环境影响的相对值，各方案完成任务的各比较方案对环境影响的相对值，各方案完成任务的程度和投资等，然后进行综合分析，选择开发方案。程度和投资等，然后进行综合分析，选择开发方案。64 二、益本比法二、益本比法 在计算每一方案综合的益本比时，首先分别计算工程在计算每一方案综合的益本比时，首先分别计算工程各综合利用部门的益本比。各综合利用部门的益本比。如某一工程有传统的防洪、发电、灌溉等任务，现在如某一工程有传统的防洪、发电、灌溉等任务，现在再加上环境保护的任务，即可计算每一方案的益本比，再加上环境保护的任务，即可计算每一方案的益本比，然后根据各方案的益本比指标及各方案对综合利用任务然后根据各方案的益本比指标及各方案对综合利用任务的满足情况，综合选择方案。的满足情况，综合选择方案。65 二、益本比法二、益本比法 此法的思路虽好，但不是所有环境参数都能定此法的思路虽好，但不是所有环境参数都能定量计算益本，如挽救将被灭绝的物种，投资固可量计算益本，如挽救将被灭绝的物种，投资固可计算，但效益却难用货币表示，因而这一环境参计算，但效益却难用货币表示，因而这一环境参数便无法计入益本比中。数便无法计入益本比中。66 三、综合比较法三、综合比较法 采用采用经济、环境、社会及地区开发经济、环境、社会及地区开发等四项指标。等四项指标。方案的方案的经济指标经济指标用益本比，所有其它三项指标中可以用益本比，所有其它三项指标中可以用货币计算的部分均计入经济指标的益本比中。用货币计算的部分均计入经济指标的益本比中。其它三项指标中不能用货币计算的则利用其它定量数其它三项指标中不能用货币计算的则利用其它定量数值和用一定符号值和用一定符号(如如+、-)的多少的半定量法表示其影响的多少的半定量法表示其影响大小。大小。67 68