基于盲数理论的涑水河水环境容量及排污口优化研究

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涑水河位于山西省运城盆地,近年来水质严重恶化,中下游河道间歇性断流,改善涑水河水质迫在眉睫。本研究首先对径流变化规律和周期进行分析;然后对该河流的污染状况进行调查分析,据此进行河流水质评价,确定主要污染因子,并基于灰色-马尔柯夫模型对污染负荷进行预测;其次采用盲数理论计算该河流不同时期的水环境容量;最后建立排污口优化布设模型和排污口处理效率优化模型,对排污口进行优化布设和处理效率优化计算。  本研究主要内容包括:⑴涑水河主汛期为7~9月,枯水期为12~次年3月,桃汛期为4~5月,6月份一般较枯。5~10月径流量占全年的87%,其中7~9月占65%。月径流量最大值一般出现在8~9月,最小值出现在2月。该河流年径流是以6年为主控周期变化,以10年、4年、5年为尺度的次控周期叠加而成。⑵由水质评价结果可知,涑水河7个主要监测因子中只有pH值一项在各断面均达到水质要求,整体来说该河流污染严重,特别是COD,氨氮超标相对更加严重。COD超标最严重在郭家庄断面,超标75倍,氨氮超标最严重在四冯断面,超标80倍。涑水河自景滑段开始6项监测指标均超标,自郭家庄开始至张华断面各项污染物严重超标。⑶涑水河主要污染物是COD和NH3-N。COD污染主要来自造纸及果品加工业、纸制品业、化学原料及化学制品制造等行业;NH3-N来自化肥工业废水的排放以及主要灌区农田因大量施用的化肥。从灰色-马尔科夫模型预测年、月污染负荷变化趋势来看,预测值与实际监测值相当接近,说明该模型具有较高精度。2015年,废水量、COD、硫化物、NH3-N量将达到2007年的20、14、7、8倍。⑷选用盲信息条件下水环境容量的计算模型计算涑水河干流水环境容量,经计算:COD水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别为:-18051kg/d、-17707kg/d、-16207kg/d;水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别为:-10699kg/d、-10169kg/d、-9675kg/d。整个涑水河干流,除闻喜农业用水区和闻喜过渡区还有COD富余环境容量,闻喜农业用水区还存有富余的NH3-N环境容量,其余功能区段的水环境容量均为负值:涑水河的中段,由上马水库段—永济四冯段污染严重,污染最严重的三个功能区分别是:临猗过渡区、上马水库农业用水区和伍姓湖农业渔业用水区。⑸采用指标赋分法,构建入河排污口位置优化模型,考虑排污口位置适宜性、水域纳污能力适宜性、排污口建设适宜性的权重和赋分标准,根据该河流的水文环境特征值,遴选出9个最佳入河排污口布设位置。并建立主要排污口处理效率优化模型,通过Matlab编程求解出各排放口的污水允许排放浓度及处理费用最小值。经计算,污水治理总费用最少为5782.3万元,排污口编号8、93、22、101、121、51、136、65、75的最优处理效率组合为:62、54、68、48、34、64、62、70、41(%)。
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