汾河下游及入黃口水環(huán)境模擬與污染物總量控制研究.pdf

1、隨著人口的增長、社會經(jīng)濟的發(fā)展，一方面對水資源的需求量不斷增加;另一方面水資源短缺和水環(huán)境污染問題日益突出，其中流域水環(huán)境污染尤為嚴(yán)重，制約著流域社會經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。針對流域主要水環(huán)境問題及科技需求，開展流域水環(huán)境管理及水污染控制決策技術(shù)迫在眉睫。本文以污染嚴(yán)重河段—汾河(運城段)及入黃口為背景進(jìn)行水環(huán)境模擬，分析水質(zhì)現(xiàn)狀，模擬水質(zhì)變化的發(fā)展趨勢，建立交匯口處二維水動力、水質(zhì)模型，探討汾河入黃口處水流和污染物輸移擴散規(guī)律以及對取

2、水口影響;以河流水環(huán)境容量為基礎(chǔ)，考慮綜合污染治理費用最小的同時允許排污者在環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)控制下充分利用水環(huán)境容量，構(gòu)建汾河(運城段)排污權(quán)多目標(biāo)優(yōu)化分配模型，實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展;針對水環(huán)境管理中出現(xiàn)的諸多問題，研究開發(fā)出汾河(運城段)水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)，輔助決策者做好水環(huán)境管理事務(wù)，從而為保護(hù)河流水質(zhì)、恢復(fù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。本文主要結(jié)論如下:
　　(1)根據(jù)汾河(運城段)河流實際變化的復(fù)雜性，考慮水流條件

3、、斷面特征及河道形態(tài)等因素影響，對汾河(運城段)代表河段的縱向離散系數(shù)進(jìn)行了計算;采用自制人工脈動循環(huán)裝置研究汾河(運城段)底泥耗氧速率(SOD)的分布及變化特點，揭示了SOD與化學(xué)需氧量(COD)的相關(guān)性規(guī)律，并分析底泥顆粒特性，解釋底泥與河水污染物交換現(xiàn)象。
　　(2)采用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對污染較嚴(yán)重的河段—汾河(運城段)進(jìn)行水質(zhì)評價，全面、科學(xué)合理的對V類水、劣V類水不黑臭、劣V類水黑臭進(jìn)行了分析;以85％的污染分擔(dān)率為限計算

4、河流的主要污染因子，根據(jù)水質(zhì)污染狀況定義劣V類水標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建基于混合型Pi-Sigma模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汾河(運城段)水質(zhì)評價模型，并對汾河(運城段)2005-2010年水體的總體變化趨勢、水質(zhì)級別及污染程度進(jìn)行分析評價。
　　(3)Dobbins-Camp模型能夠較好反映天然水體的實際情況且復(fù)雜程度適中(主要參數(shù)—底泥耗氧速率是經(jīng)過試驗獲得)，模擬結(jié)果與實際相符。
　　構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的汾河(運城段)BP網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)預(yù)測模型，

5、應(yīng)用馬爾科夫鏈，通過縮小預(yù)測區(qū)間提高BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果的精度。同時建立馬爾科夫鏈改進(jìn)灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對河津大橋監(jiān)測斷面枯水期水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測及誤差殘值修正，使得相對誤差從4.69％～25.36％降低到2.23％～5.36％。
　　構(gòu)建汾河(運城段)二維水動力水質(zhì)模型，模擬其二維流場、水質(zhì)和排污口污染物擴散情況，計算了污染帶的范圍。考慮河灘，壅水、倒灌等因素的影響，構(gòu)建了汾河入黃口水域二維水動力、水質(zhì)模型，探討了50％、75％頻率年汾

6、河入黃口處水流和污染物輸移擴散規(guī)律以及對取水口的影響。50％、75％頻率年交匯口處下游由于江心洲的阻礙了污染物的擴散，形成狹長區(qū)域的濃度場，分別流經(jīng)約2.3km左右、2.9km左右，COD濃度才能穩(wěn)定在Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi);50％、75％頻率年北趙取水口的水質(zhì)分別為Ⅳ類、V類。
　　(4)從水環(huán)境系統(tǒng)多種不確定性的角度出發(fā)，以盲數(shù)理論為基礎(chǔ)，將水文、水質(zhì)盲數(shù)化，構(gòu)建盲信息下的汾河(運城段)水環(huán)境容量模型，以河流實際的COD、氨氮水質(zhì)濃度

7、作為初始濃度，計算出新店—入黃口段主要污染物COD、氨氮的水環(huán)境容量，其結(jié)果均為負(fù)值，表明該段污染嚴(yán)重，已成為接受廢水的納污河，水環(huán)境治理迫在眉睫。同時采用段首控制方法確定汾河(運城段)V類水目標(biāo)，90％保證率下的COD、氨氮水環(huán)境容量，以此計算結(jié)果作為污染物總量控制和污染物合理分配的依據(jù)。
　　(5)針對污染嚴(yán)重的北方河流，根據(jù)汾河(運城段)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，在考慮綜合污染治理費用最小的同時允許排污者在環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)控制下充分利用水

8、環(huán)境容量，以期達(dá)到環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，采用多目標(biāo)優(yōu)化模型計算的各排污者排污權(quán)之和為1944.019t/a，污染物綜合處理費用為10204.76萬元，相比排污口處理最優(yōu)化規(guī)劃模型的污染物綜合處理費用少，因此，多目標(biāo)優(yōu)化模型能夠很好的協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護(hù)。
　　(6)為了解決目前汾河(運城段)水環(huán)境管理系統(tǒng)中亟待解決的問題，輔助決策者做好水環(huán)境管理事務(wù)，研究開發(fā)出汾河(運城段)水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對汾河(運城段)河道管理