一种水体的最大污染负荷分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水体的最大污染负荷分配方法和系统，针对水环境容量计算和总量分配的定量化问题，通过MIKE11模型建立准确的污染排放与水质响应关系，并且根据分区达标法的定义推导出贡献度系数的计算公式；同时针对现有总量分配方法的理论性较强，与实际工程运营结合性有限的问题，通过优化总量分配模型，改进分区达标法的约束条件，以最大允许排放量为目标函数，以控制断面达标和污染源实际排放情况为约束条件，采用MATLAB求得最大水环境容量以及最优分配方案。本发明专利技术提出的水环境容量和分配方案是在考核断面达标的前提下，结合了实际污染源排放情况，具有易操作性和强实用性，对流域运营具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水体的最大污染负荷分配方法及系统
本专利技术涉及污染物排放总量控制
，具体涉及一种水体的最大污染负荷分配方法及系统。
技术介绍
随着社会经济发展，我国水污染问题日趋严重。为了改善水体污染现状，实施科学有效的水污染物总量控制就很有必要。污染物总量控制的核心和难点是如何科学合理的计算水环境容量和总量分配，总量分配是指将水环境容量按照一定的原则分配到各污染源排污单位的过程，是总量控制的关键技术环节，通过总量分配可以明确研究区域内的各污染源可以排放多少污染物及其对应的削减任务。总量分配的常用方法包括等比例分配法、层次分析法、基尼系数法、优化分配模型法等。其中等比例分配法简单易操作，应用广泛，但缺乏一定的公平性；层次分析法和基尼系数法考虑因素较为全面(包括经济、社会及环境资源等)，但指标的选择和权重的赋值仍然具有一定量的主观性，使得分配具有不确定性；优化分配模型法采用线性规划的方法来计算水环境容量并进行总量分配，该方法根据不同的约束条件，由程序或者系统自动调试，具有较高的精确性，目前由于可行性低等原因其在国内应用不是很广泛，为此国内学者提出了多种改进方法来提高分配模型的应用性，但这些方法多停留于理论探讨，缺乏实际运营经验，可操作性和实用性不强。目前尚未有MIKE11同优化分配模型结合计算水环境容量和总量分配的先例。有学者建立了新的确定河流水环境容量一种MIKE11技术支持下的河流水环境容量的计算方法(CN107657912A)，该方法使得水环境容量计算更为精确但是未涉及总量分配方面内容；还有学者专利技术了一种基于控制断面水质达标的污染物总量优化分配方法(CN109389241A)，该方法考虑了点面源协同影响的总量分配方案，提高了分配的可行性，但未涉及污染排放与水质响应关系的建立。随着我国进入总量控制阶段，精确化的水环境容量计算以及总量分配已经迫在眉睫，流域的治理需要一种结合实际、定量化的水环境容量计算方法和易于操作的总量分配方法，为流域水污染综合治理和运营提供借鉴和帮助。
技术实现思路
本专利技术提出的一种水体的最大污染负荷分配方法及系统，可解决现有的方法存在不确定性误差较大的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种水体的最大污染负荷分配方法，步骤如下：步骤一：收集原始数据，包括河流或者河涌水文、地形以及污染源数据，其中污染源数据包括污染源位置、数量以及排放污染负荷等，确定好水质考核断面；步骤二：利用步骤一收集的数据，采用MIKE11的水动力(HD)和水质(AD)模块建立起水量水质模型；步骤三：利用步骤一收集的污染源数据和步骤二建立的水量水质模型，确定污染源全部排放时考核断面达标情况，考核断面达标则按照现状排放，不达标则需要计算水环境容量和总量分配；步骤四：确定研究范围内目标考核断面背景浓度；步骤五：根据建立的水量水质模型，每次控制一个污染源排放其他污染源不排放，建立起污染排放与水质响应关系；步骤六：计算贡献度系数aij，根据分区达标法的定义，单位负荷的贡献度系数可以表示为：式中：i表示考核断面的个数；j为污染源的个数；Cj表示第j个污染源排放浓度；Qj为第j个污染源排放流量；ΔCj为浓度差，意义为加入第j个污染源后目标考核断面浓度与目标考核断面背景浓度的差值。步骤七：采用分区达标法进行总量分配，建立优化分配模型，提出河流或者河涌总量分配方案，优化分配模型具体包括：目标函数：约束条件：xjmin≤xj≤xjmax((j＝1，…，n)(3)式中：L为对象水域所有污染源的总排放负荷量；xj为第j个污染源的排放负荷量，j为其编号，共有n个污染源；aij为第j个污染源的单位负荷量对第i个水质考核断面的污染贡献度系数，i为水质考核断面的编号，共有m个水质考核断面；Cbi为第i个水质考核断面的污染背景浓度；Ci为第i个水质考核断面的水质目标值；xjmin为第j个污染源污染负荷排放下限值；xjmax为第j个污染源污染负荷排放上限值。作为优选方案，所述的一种水体的最大污染负荷分配方案，其特征在于约束条件(公式(3))是依据污染源现状排放特征，并结合了实际运营状况设定上下限。进一步的，所述步骤六中优化分配模型选用MATLAB基于单纯形法求解目标最优值，运用MATLAB优化工具箱中的线性规划函数linprog求解。其中，MATLAB求解线性规划的标准型为：mincTxs.t.Ax≤b基本调用函数为：[x，fval]＝linprog(c，A，b，Aeq，beq，LB，UB，x0，options)其中，fval是返回的目标函数的值；Aeq，beq是对应的等式约束条件Ax＝b；LB和UB分别是x的下界和上界；x0是x的初始值；options是控制参数。另一方面本专利技术还公开一种水体的最大污染负荷分配系统，包括以下单元：数据收集单元，用于收集水体原始数据，所述水体原始数据包括河流或者河涌水文、地形以及污染源数据，其中污染源数据包括污染源位置、数量以及排放污染负荷，确定好水质考核断面；水量水质模型建立单元，用于基于收集的数据，采用MIKE11的水动力和水质模块建立起水量水质模型；断面达标考核单元，用于利用收集的污染源数据和建立的水量水质模型，确定污染源全部排放时考核断面达标情况，考核断面达标则按照现状排放，不达标则计算水环境容量和总量分配；水体背景浓度确定单元，用于确定研究范围内目标考核断面背景浓度；污染排放与水质响应关系建立单元，用于根据建立的水量水质模型，每次控制一个污染源排放其他污染源不排放，建立起污染排放与水质响应关系；贡献度系数计算单元，用于计算贡献度系数aij，根据分区达标法的定义，单位负荷的贡献度系数表示为：式中：i表示考核断面的个数；j为污染源的个数；Cj表示第j个污染源排放浓度；Qj为第j个污染源排放流量；ΔCj为浓度差，意义为加入第j个污染源后目标考核断面浓度与目标考核断面背景浓度的差值；分配方案确定单元，用于采用分区达标法进行总量分配，建立优化分配模型，提出河流或者河涌总量分配方案。由上可知，本专利技术的一种水体的最大污染负荷分配方法和系统，针对水环境容量计算和总量分配的定量化问题，通过MIKE11模型建立准确的污染排放与水质响应关系，并且根据分区达标法的定义推导出贡献度系数的计算公式；同时针对现有总量分配方法的理论性较强，与实际工程运营结合性有限的问题，通过优化总量分配模型，改进分区达标法的约束条件，以最大允许排放量为目标函数，以控制断面达标和污染源实际排放情况为约束条件，采用MATLAB求得最大水环境容量以及最优分配方案。本专利技术提出的水环境容量和分配方案是在考核断面达标的前提下，结合了实际污染源排放情况，具有易操作性和强实用性，对流域运营具有指导意义。具体的说，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的一种水体的最大污染负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水体的最大污染负荷分配方法，其特征在于：/n包括以下步骤：/nS100、收集水体原始数据；/nS200、基于S100收集的数据，采用MIKE11的水动力和水质模块建立起水量水质模型；/nS300、利用S100收集的污染源数据和S200建立的水量水质模型，确定污染源全部排放时考核断面达标情况，考核断面达标则按照现状排放，不达标则计算水环境容量和总量分配；/nS400、确定研究范围内目标考核断面背景浓度；/nS500、根据建立的水量水质模型，每次控制一个污染源排放其他污染源不排放，建立起污染排放与水质响应关系；/nS600、计算贡献度系数a

【技术特征摘要】
1.一种水体的最大污染负荷分配方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S100、收集水体原始数据；
S200、基于S100收集的数据，采用MIKE11的水动力和水质模块建立起水量水质模型；
S300、利用S100收集的污染源数据和S200建立的水量水质模型，确定污染源全部排放时考核断面达标情况，考核断面达标则按照现状排放，不达标则计算水环境容量和总量分配；
S400、确定研究范围内目标考核断面背景浓度；
S500、根据建立的水量水质模型，每次控制一个污染源排放其他污染源不排放，建立起污染排放与水质响应关系；
S600、计算贡献度系数aij，根据分区达标法的定义，单位负荷的贡献度系数表示为：



式中：i表示考核断面的个数；j为污染源的个数；Cj表示第j个污染源排放浓度；Qj为第j个污染源排放流量；ΔCj为浓度差，意义为加入第j个污染源后目标考核断面浓度与目标考核断面背景浓度的差值；
S700、采用分区达标法进行总量分配，建立优化分配模型，提出河流或者河涌总量分配方案。


2.根据权利要求1所述的水体的最大污染负荷分配方法，其特征在于：所述水体原始数据包括河流或者河涌水文、地形以及污染源数据，其中污染源数据包括污染源位置、数量以及排放污染负荷，确定好水质考核断面。


3.根据权利要求1所述的水体的最大污染负荷分配方法，其特征在于：所述S700中优化分配模型具体包括：
目标函数：



约束条件：



xjmin≤xj≤xjmax(j＝1，...，n)(3)
式中：L为对象水域所有污染源的总排放负荷量；xj为第j个污染源的排放负荷分配量，j为其编号，共有n个污染源；aij为第j个污染源的单位负荷量对第i个水质考核断面的污染贡献度系数，i为水质考核断面的编号，共有m个水质考核断面；Cbi为第i个水质考核断面的污染背景浓度；Ci为第i个水质考核断面的水质目标值；xjmin为第j个污染源污染负荷排放下限值；xjmax为第j个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉苹，彭灵灵，张思远，钟成，蔡莉，
申请(专利权)人：安徽国祯环保节能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34