基于MATLAB的小清河非感潮（济南）段水质数学模型与水污染控制规划

【摘要】： 河流水质模型是一个用于描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程(微分的、差分的、代数的等)。水质模型提供了一种预测自然过程和人类活动对河流水库系统中水的物理特性、化学特性和生物特性影响的手段，广泛应用于评价来自废水处理的废水负荷的影响，或者来自其它各种点源和非点源污染物负荷的影响。水质模型可以与水质监测联合使用，以便把采样的数据内插或外延到其它的时间和地点。水质模型还可以当作研究工具来开拓对影响水质的各种过程及其相互作用的认识。 水质模型可分为江河模型、河口模型、湖泊与水库模型、海洋模型等。一般河流模型较能反应实际，湖、海模型比较复杂。水质的组分可分为有机的、无机的、放射性的、热的和生物的几种。已经能够模拟的水质参数有：温度、溶解固体总量或无机盐总量、无机盐悬移质泥沙、溶解氧、生化营养素(磷、氮、硅)、无机碳、生物体和食物链(叶绿素a和浮游生物等)、金属(铅、汞、镉等)、有机合成化合物(聚氯联苯)、放射性物质(镭、钚)以及除草剂和杀虫剂(DDT)。从水质组份来说，主要模拟的水质对象是有机污染物，综合反应耗氧有机物的BOD—DO水质模型具有普遍的重要价值，也是比较成熟的模型。各种较为简单的一般可降解有机物、无机盐、悬浮物等的单组分水质模型也都达到了实用化的程度。 最早的河流水质数学模型是1925年Streeter和Phelps研究美国Ohio河污染问题时所建立的。典型的确定性模型有Streeter-Phelps模型、Thomas模型、O'Conner模型、Dobbins-Camp模型等。早在50年代，国外开始把水质模型应用于生产实际时就有一些研究者开始探讨河流水质数学模型，以后随着研究的进一步深入及电子计算机的广泛应用，越来越多的随机模型被提出并逐步被重视。总结起来，目前的河流随机水质数学模型大致可分为离散随机过程、随机微分方程及实时估计与预报这三类。 国际上著名的河流如美国的特拉华河(Delaware)、威拉米特河(Willamette)、福克斯河(Fox)、英国的泰晤士河(Times)和特伦特河(Trent)、加拿大的圣约翰河(Saint John)、德国的乃卡河(Neckar)、法国的圣诺曼底河(Seiene Normandy)等在其治理的过程中都研究和应用了水质的数学模型来摸拟、评价和预测污染的现状及各种治理方案，并运用优化的方法寻求最好的治理方法，近年来水质有大幅度的提高。我国利用河流水质模型对苏州河进行综合整治，另外大汶河水质规划、太湖流域河网水环境治理以及东江惠州段分布滞后模型的建立、浦东运河水质模型研究、湘江航运大源渡枢纽工程弯曲河道水质模拟等等不仅具有重要的经济价值而且都为管理和规划提供了比较系统的信息，并在此基础上作出了比较切合实际的决策。 小清河是山东省的一条主要河流。到了80年代，随着流域内工农业的迅速发展，其水体污染日益严重，鱼虾绝迹，水旱灾害频繁，航运功能萎缩，干流排洪行洪功能低下，水体功能日趋丧失。 本文对小清河非感潮济南段污染现状作了大量调查，并针对小清河的水文和水质特点建立了BOD-DO—维水质数学模型，采用Dobbins-Camp修正式，充分考虑了水体中各种耗氧及复氧因素，对多维参数同时估值，提高了水质模型的可靠性；由于大 部分河段污染非常严重，在测定BOD的同时难以得到同步的溶解氧资料，在没有详 尽的DO监测资料的情况下，本文中复氧系数kZ通过河流的物理条件确定。 小清河非感潮济南段的数学模型可以简化为： ！dL＿＿ …干＝一h 十R Ide IdO．－＿。 …干＝一k；L十kZ（八一m ［e”“” 小清河济南段水质摸型参数估值结果列表 飞 二回回x＝I 习川 且q可I 回J回ffsl匾l回l 回冈卜l见甩’回回回11 回冈卜7飞巨’干且11 问11oIlll 本文在水质模型的基础上对小清河非感潮济南段水质进行了系统仿真，运用时 下较为流行的MATLAB的矩阵运算进行仿真计算和并用MATLAB优化工具箱进行 线性规划，以整体费用最低且满足水体水质要求为目标进行技术经济分析，考虑了各 排污系统的污染负荷和削减量的协调分配，对小清河非感潮济南段进行了水污染控制 规划。 规划2010年建成城市污水处理厂四座：盖家沟污水处理厂、兴济河污水处理厂、 滩头污水处理厂、大金污水处理厂。 规划结果显示：建设城市污水处理厂对全市污水进行处理可以有效控制小清河 济南段的水质，但为达到目标要求要付出相当成本，建议在兴建污水处理厂的同时适 当考虑引入客水，恢复小清河的水体功能。 【关键词】：MATLAB 数学模型 水污染控制
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X824
【目录】：

• 前言2-3
• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 第一节 小清河非感潮济南段流域简介9-26
• 一、 自然概况9-11
• （一） 地理位置9
• （二） 气象条件9-10
• （三） 地形地貌与地质构造10
• （四） 水文及水系特征10-11
• （五） 河道现状11
• 二、 小清河非感潮济南段污水排放情况11-20
• （一） 济南市污水排放总量11-12
• （二） 工业污水量分析12-15
• （三） 济南市污水排放管网系统15-16
• （四） 污水处理系统16-17
• （五） 污水量预测17-20
• 三、 小清河非感潮济南段水质评价20-26
• （一） 布点位置与采样时间20-21
• （二） 采样方法和时间21
• （三） 水质评价方法与结论21-22
• （四） 小清河非感潮济南段历年来各断面BOD浓度22-26
• 第二节 水质模型发展简介26-34
• 一、 水质模型的分类26-27
• 二、 河流水质模型简介27-32
• （一） 河流确定性模型原理27-28
• 1、 零维河流水质数学模型27-28
• 2、 一维河流水质数学模型28
• （二） 经典确定性水质数学模型简介28-31
• 1、 Streeter-Phelps模型28-30
• 2、 Thomas模型30
• 3、 O'Connor模型30-31
• 4、 Dobbins-Camp修正式31
• （三） 不确定数学模型简介31-32
• 三、 河流水质模型通用软件简介32-33
• 四、 国内外水质数学模型研究及应用简介33-34
• 第三节 小清河非感潮济南段水质数学模型的建立34-42
• 一、 水质模型建立框图34
• 二、 水质模型的确定34-42
• （一） 建立模型的假定34-36
• （二） 建立模型36
• （三） 模型参数估值36-41
• （四） 模型校验41-42
• 第四节 小清河非感潮济南段水质模拟与水污染控制规划42-60
• 一、 引言42
• 二、 规划目标42
• 三、 MATLAB简介42-44
• 四、 流域基本资料44-45
• 五、 流域BOD、DO响应矩阵与水质模拟45-52
• 六、 区域规划52-60
• （一） 环境经济费用模型52-53
• （二） 排放口最优化处理53-60
• 第五节 小结60-61
• 参考文献61-63
• 后记63

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

QUAL 2E模型在小清河水质模拟中的应用    宋玉龙;夏福成;

基于遗传算法的区域水资源系统多目标优化方法研究    张丽丽

新疆乌鲁木齐河水环境质量评价及污染防治对策研究    胡星星

产业集聚区发展中的水环境保护对策研究    赵子楠

对小清河济南段污泥处置的探讨    吴虹，蔡红，王键

东江惠州段分布滞后水质模型的建立    李莹,杨宜民,张宇羽,蔡楠,张新政

小清河流域的水污染治理    刘长余,武瑞锁

平原区二维复杂河流水质模拟计算    曾光明,蒋益民,袁兴中,黄国和

中小型河流水质模型研究——以浦东运河为例    刘兆金

运用系统工程方法对苏州河进行综合整治    马蔚纯,陈燕

河流水质数学模型概述    李占华,王松,董咏梅

大汶河水污染控制系统规划研究    庞清江

太湖流域水质模拟研究    丁训静,姚琪,毛永根

河流及水库水质模型与通用软件综述    孙颖,陈肇和,范晓娜,李志群

水环境容量及其水质模型研究进展    唐海滨;吴振斌;梁威;

河流水质模型及其发展趋势    汪家权,陈众,武君

地表水质模型应用研究现状与趋势    田炜;王平;谢湉;陈伟;

区域给水与污水处理及回用系统规划的优化研究    张丽丽;马云东;魏令勇;

城市河网水系多参数水质系统模拟研究    梅新敏;

牛顿(切线)法求极值在估算水质模型参数中的应用    刘庆蕾;刘向东;张乃鹏;

畜禽养殖业污水控制与粪污资源化利用    井艳文,李军,潘安君

公路建设与环境保护    张莹;高立;

工业废水处理费用函数的建立和分析    王曙光,王富康,陆景宣

小城镇河网水质规划及水环境经济系统协调发展对策研究    赵萌薇,达庆利

河流水质模型发展现状    齐珺;孙长虹;史芫芫;李国光;

水环境容量研究进展    杨桐;杨常亮;毛永杨;

漓江上游纳污最适总量控制及水质变化规律研究    廖业桂;

地表水质模型研究进展综述    周华;

东江与水库联网工程水库水质预测与分析    王洋;郄燕秋;鲁巍;王胜军;

河流水质发展模型研究    董丽华

城市富营养化景观水体的植物修复机理及现场试验研究    解岳

环保投资优化的理论和实证研究    刘峰

基于地理信息系统（GIS）的水污染控制规划研究    何强

基于人工神经网络（ANN）的水质评价与水质模拟研究    郭劲松

三峡库区生活垃圾对水环境的损伤行为及专项治理技术研究    黄川

大兴安岭落叶松林生态系统水文过程与规律研究    周梅

半湿润地区水生态环境恢复研究    倪深海

活性污泥法工艺系统优化设计模型及应用研究    庞子山

大汶河流域水资源承载能力及其调控研究    庞清江

莱芜城区牟汶河综合治理的水文效应研究    张淑琢

W公司T项目污水处理工艺优选决策模型的构建与应用    麦丽雅

松原市宁江区雅达虹工业集中区环境保护规划研究    王晓丹

杭嘉湖地区引排水工程改善水环境效果分析    胡尧文

牟汶河莱芜城区段综合治理工程影响后评价研究    马丽

基于QUAL2K模型的水质模拟研究    唐伟

基于水质模型的小流域污染控制方案    王帅

珠海市两座供水水库水质模拟及在水质管理中的应用    张帅

西南涌流域工业污染特征及其控制技术研究    钱伟

章丘市小清河流域水污染现状研究及防治对策    马永跃

乌鲁木齐市水磨河水环境污染特征及成因分析    吴梅;钱翌;

主成分分析法在水质评价中的应用及分析    方红卫;孙世群;朱雨龙;肖中新;施帆君;

灰色马尔柯夫模型在地表水体DO浓度预测中的应用    李志强,王世俊

浅议清洁生产技术    石磊

新产业区与经济活动全球化的地理研究    李小建

简评关于新产业区的国际学术讨论    王缉慈

黄河小浪底水库水质趋势分析    胡国华,武洪涛,张震宇

QUAL2E模型在中小河流研究中的应用    洪继华

新疆主要湖泊、水库的水质综合特征评价模式及营养状态分析    李新贤;党新成;李红;高建芳;

伊犁地区部分河流的水质标识指数    江敏;张岩;阎新书;安世杰;彭自然;李娟英;吴昊;

废水最小化的过程集成方法研究    李英

乌鲁木齐河水污染现状与防治对策研究    丁玲

遗传算法在给水管网优化设计中的应用    杜锐

城市污水再生回用费用模型与成本分析    刘小英

中水系统纳入城市给排水系统综合规划的优化研究    赵玲萍

江苏省水环境状况及水污染控制措施研究    毛晓文

兴平市水环境污染控制研究    柳娟

温榆河水质评价与水环境容量研究    刘明宇

乌鲁木齐河水环境污染特征及成因分析    李晓娜

水环境容量及其水质模型研究进展    唐海滨;吴振斌;梁威;

基于GA-BP模型的景观小水体富营养化评价方法    张维砚;沈蓓雷;童琰;胡雪芹;徐春燕;由文辉;薄芳芳;

QUAL-2K模型及其主要参数确定    戴凌全;李华;陈小燕;

基于量子遗传算法的水下图像增强    饶星星;盛惠兴;李佳佳;

QUAL2E模型在城市河流纳污能力计算的应用    刘帅;

基于EFDC鄱阳湖水环境模型与不确定性研究    张庆合

光伏发电系统的效率最优化研究    唐敏

基于GIS流域水质水量联合调控系统的实现与应用    郭正鑫

济南市小清河水质评价及环境需水量研究    谭永明

淮河干流鲁台子至凤台段水质模拟与预测    张升

宁波市皎口—周公宅水库流域水质模拟与水环境管理研究    徐春峰

淮河干流突发性污染物迁移运输过程模拟研究    陈文江

我国主要淡水经济贝类的种质资源研究连云港海州湾水环境分析    路吉坤

小清河污灌水质有机化合物污染及对地下水影响的研究    田家怡，张洪凯，周桂芬，陈永娥，王志刚，李峰

自适应神经网络在水质预测建模中的应用    李莹,邹经湘,张宇羽,蔡楠,张新政

有害废弃物几种固化方法    董福来

城市污泥和污泥垃圾堆肥作为肥源对作物重金属积累的影响    郭兰，田若涛，王雁卿，张青喜，赵逍红

运用系统工程方法对苏州河进行综合整治    马蔚纯,陈燕

沙颖河流域降雨径流污染预报模型的研究    王平,雒文生

地理信息系统及其在水文水资源中的应用    张建云;A.Dowley;M.Bruen;

小清河有机化合物污染及其对污灌区生态系统的影响    田家怡，张洪凯，薄景美，王福花，于荣云

大汶河水污染控制系统规划研究    庞清江

黄河孟花段水质模型的建立──多泥沙河流COD_(Mn)预测模型    李清浮,胡国华

南明河BOD—DO水质数学模型的研究    刘光建;

河网水质数学模型及其算法    胡晓林;

实验室模拟状态下氨氮一维动态水质模型的研究    彭浩;冯秀娟;

ACF32处理西坝河水BOD_5的一维水质数学模型研究    陈玉松;胡开林;邓柳;王丽风;党艳;王浩;韩冰;

《山东莱钢地区双层介质三维地下水质数学模型》通过评审    唐金荣;刘学敏;

河流水质模拟问题的探讨    王玲杰,孙世群,田丰

中、小河流BOD—DO水质数学模型    张逢甲;叶祖德;沈炳康;

遗传梯度法在水质数学模型参数估值的应用    黄明海,齐鄂荣,吴剑

湖泊水质数学模型的新探索    张逢甲;叶祖德;姚祯业;江跃慈;

新疆河流的水质数学模型及模拟治理规划研究    杨繁远;

南京市饮用水源地污染现状及防治对策研究    袁洁;

福建省水库水质富营养化浅析与对策    陈守真;

长江宜宾段总磷的迁移转化特征分析    杜娟;潘婷;谭剑聪;陈军;刘颖;

基于GIS的河流水环境污染模拟研究    李宏伟;柳佳佳;李成林;

突发性水污染事件监测预警预报及应急管理    刘晓茹;陆谨;郝红;万晓红;袁浩;刘晓波;

污染质在包气带和含水层中运移规律的实验研究    "六五"国家重点科技攻关项目"38-1-4"课题组;尹宝瑞;王学俭;

工业开发区规划环境影响评价水环境总量指标分析研究——以武汉化工新城总体规划环境影响评价为例    佘春娇;陈伟亚;

江汉平原河网区河渠水环境容量研究——以湖北某市河网水环境容量计算为例    叶紫;陈伟亚;

三峡水库建库前后的管理水环境容量    黄真理;李锦秀;李崇明;

硝基苯环境归趋模型建立与应用    齐迪;彭虹;张万顺;王艳;

抚仙湖生态保护科研项目稳步推进    记者 李昌友　通讯员 付云焕 成军

紫金矿业污水入粤致渔业受损    张李源清　王玲

不确定性耦合水质模型的研究与应用    姜云超

河涌水质非线性模型研究    宋华兵

鱼类栖息迁徒习性及其监测技术研究    李荣辉

三维水质数学模型修正及其在浙东近海海域水质模拟中的应用    赵鑫

城市排水管道水质数学模型及模拟    朱学兵

基于GIS技术的水环境污染模拟研究    李成林

基于GIS的区域水环境管理决策支持系统构建理论及应用    唐崇杰

基于MATLAB的小清河非感潮（济南）段水质数学模型与水污染控制规划    马向阳

常州市新北区新港分区区域环境影响及保护对策研究    吴云波

基于分形理论的湍流扩散模型研究与应用    万杰

基于生态修复目标的黄泛平原河道水流水质数值模拟研究    张瑞青

重庆主城区两江水环境容量研究    陈培帅

基于三维GIS的滨州市水污染扩散仿真系统的设计与实现    栾焱