地表Ⅲ類水約束條件下新薛河人工濕地水質(zhì)水量調(diào)度方案的研究.pdf

1、本課題為國(guó)家水體污染控制重大專項(xiàng)淮河項(xiàng)目“南四湖退化濕地生態(tài)修復(fù)及水質(zhì)改善技術(shù)與示范課題”(編號(hào)2009ZX07210-009)中的子課題“水質(zhì)水量調(diào)度方案的研究”。
　　 研究過(guò)程中，以南四湖新薛河人工濕地示范工程為研究對(duì)象，研究目的是建立地表Ⅲ類水約束條件下的水質(zhì)水量調(diào)度方案。首先通過(guò)試驗(yàn)確定了人工濕地進(jìn)出水水質(zhì)、水量狀況，分析了人工濕地的季節(jié)性變化規(guī)律。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分季節(jié)建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的人工濕地預(yù)測(cè)模型，通過(guò)模

2、擬預(yù)測(cè)，確定了出水水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)約束條件下的濕地最大進(jìn)水負(fù)荷。利用Origin軟件，構(gòu)建了人工濕地水質(zhì)水量調(diào)度的非線性函數(shù)，采用模型的預(yù)測(cè)結(jié)果作為函數(shù)約束條件，求解確定濕地最優(yōu)進(jìn)水負(fù)荷，建立了新薛河人工濕地水質(zhì)水量的調(diào)度方案。
　　 本文創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在：利用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工濕地預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，采用非線性規(guī)劃理論方法，建立了人工濕地水質(zhì)水量調(diào)度函數(shù)，并通過(guò)圖形求解法，確定人工濕地的最優(yōu)進(jìn)水水質(zhì)水量。本文獲

3、得的主要研究成果如下：
　　 (1)通過(guò)新薛河人工濕地的試驗(yàn)研究和資料收集，確定了人工濕地進(jìn)出水水質(zhì)水量狀況，為后續(xù)人工濕地系統(tǒng)建模提供數(shù)據(jù)資料。根據(jù)人工濕地的實(shí)際運(yùn)行狀況，以及對(duì)試驗(yàn)資料分析，確定人工濕地對(duì)污染物的處理效果呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變動(dòng)?？紤]到人工濕地進(jìn)水水量隨季節(jié)的變化較為明顯，采用12個(gè)月濕地進(jìn)水水量的變化曲線，將人工濕地劃分為2～5月、6～9月和10～12月三個(gè)時(shí)段，并以此作為劃分水質(zhì)水量預(yù)測(cè)時(shí)段的依據(jù)。

4、　　 (2)分季節(jié)建立了人工濕地進(jìn)水水量、水質(zhì)與出水水質(zhì)之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬預(yù)測(cè)模型。模型建立過(guò)程中，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)和循環(huán)試算，確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)參數(shù)。模型建立后，采用檢驗(yàn)樣本對(duì)模型進(jìn)行了訓(xùn)練檢驗(yàn)。驗(yàn)證結(jié)果表明，2～5月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型水量、CODCr、氨氮、TN、TP的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差分別為：0.27％、2.93％、1.74％、8.87％和1.4％；6～9月模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差分別為：7.03％、15.43％、15.

5、51％、2.63％和15.01％，10～12月模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差分別為：2.11％、1.67％、26.02％、20.79％和25.55％。根據(jù)模型預(yù)測(cè)判定規(guī)則，所建立的模型其預(yù)測(cè)相對(duì)誤差均在可接受范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練成功，網(wǎng)絡(luò)性能能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。
　　 (3)人工濕地預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用。新薛河人工濕地總占地面積約1.33km2，經(jīng)預(yù)測(cè)分析，在保證濕地出水達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，人工濕地2～5月進(jìn)水最大負(fù)荷為：進(jìn)水水量=85

6、56.4m3/d，CODCr=26.37mg/l，氨氮=1.81mg/l，TN=10.51mg/l，TP=0.16mg/l；6～9月進(jìn)水最大負(fù)荷為：進(jìn)水水量=31747.9m3/d，CODCr=45.37mg/l，氨氮=1.93mg/l，TN=6.18mg/l，TP=0.09mg/l；10～12月進(jìn)水最大負(fù)荷為：進(jìn)水水量=11069.2m3/d，CODCr=29.78mg/l，氨氮=1.46mg/l，TN=10.7mg/l，TP=0.1

7、7mg/l。
　　 (4)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立新薛河人工濕地進(jìn)水水質(zhì)水量調(diào)度的函數(shù)關(guān)系式。在函數(shù)的建立過(guò)程中，通過(guò)對(duì)多種理論方法的反復(fù)嘗試，最終選取三項(xiàng)式擬合法，利用Origin軟件，建立了水量水質(zhì)之間的函數(shù)式，作出函數(shù)關(guān)系曲線。
　　 (5)采用人工濕地預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，作為函數(shù)的約束條件，通過(guò)曲線圖解法求解，得出各季節(jié)人工濕地的最優(yōu)進(jìn)水水質(zhì)水量狀況：2～5月進(jìn)水水量≤8556.4m3/d，進(jìn)水水質(zhì)中CODCr∈(25

8、.47mg/l，26.37mg/l)，氨氮∈(0.11mg/l，1.0mg/l)，TN∈(10.28mg/l，10.51mg/l)，TP為0.16；6～9月進(jìn)水水量≤31747.9m3/d，進(jìn)水水質(zhì)中CODCr∈(26mg/l，32.36mg/l)或(37.15mg/l，45.37mg/l)，氨氮∈(0.48mg/l，1.78mg/l)，TN∈(5.15mg/l，6.18mg/l)，TP∈(0.07mg/l，0.09mg/l)；10～1