松花江哈尔滨段水质变化趋势分析与控制对策研究

论文摘要

水质综合评价和预测是进行水环境容量研究与实施流域水污染控制规划的重要基础。本论文首先对松花江哈尔滨段6个常规监测断面的水质进行聚类分析,结果表明:6个监测断面分为三个污染区域,其中朱顺屯、呼兰河内属低污染区域;阿什河口下、呼兰河口下、大顶子山属中污染区域;阿什河内属高污染区域。采用主成分分析法和聚类分析法建立了低、中、高三个污染区域的水质综合评价与预测的指标体系。分别采用模糊神经网络法和改进的灰色关联分析法对松花江哈尔滨段水质进行了综合评价;改进的灰色关联分析法评价结果表明:目前朱顺屯和阿什河口下断面水质较好,可以满足相应功能区的要求,而阿什河内断面污染较严重,全年多个月份属于五类水体。预计朱顺屯、呼兰河内、阿什河口下、大顶子山和呼兰河口下5个断面的水质均有好转趋势,而阿什河内断面水质将仍处于五类水体状态,不满足功能区要求。分别采用BP神经网络预测法和灰色GM模型预测法对松花江哈尔滨段水质进行了预测;结果表明:BP神经网络法更适于松花江哈尔滨段水质变化趋势预测。将2010年预测水质与2005年水质比较研究,得出:大坝建成后,由于水流速度减慢、流量变大、污染物降解时间长等原因,2010年水质好于2005年。采用二维段尾动态水环境容量模型,分别对松花江哈尔滨段各功能区段的理想水环境容量进行了研究,在此基础上,考虑到各个排污口、上游来水以及支流水质的影响,对实际水环境容量进行了核算,结果表明:朱顺屯-东江桥江段的化学需氧量和氨氮的理想水环境容量分别为45905t/a和4269t/a,实际水环境容量分别为47720t/a和2550t/a;东江桥-大顶子山江段的化学需氧量与氨氮的理想水环境容量分别为135990t/a和6651t/a,实际水环境容量分别为148167t/a和8954t/a。为水环境容量资源的合理利用提供了科学依据。最后,以朱顺屯-东江桥江段化学需氧量为例,运用人工神经网络和遗传算法耦合的方法,对排污口减排控制策略进行了研究。基于2009年的水质数据,若实现东江桥断面水质达到三类水体的要求,则何家沟排污口化学需氧量将需削减排放5471.1t/a,松北排污口将需削减452.3t/a。研究结果可为污染物排放总量的分配与削减控制提供科学方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 水质评价研究现状与进展
• 1.2.2 水质预测研究现状与进展
• 1.3 研究目标及研究技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 水质数据分析和评价指标体系的构建
• 2.1 水质数据聚类分析
• 2.1.1 层次聚类法
• 2.1.2 水质监测数据处理
• 2.2 水质综合评价指标体系的确定
• 2.3 评价标准
• 2.4 本章小结
• 第3章 水质综合评价方法研究
• 3.1 模糊神经网络法
• 3.1.1 模糊系统与神经网络的融合
• 3.1.2 模糊神经网络水质评价
• 3.2 改进的灰色关联分析法
• 3.2.1 灰色关联分析概述
• 3.2.2 传统的灰色关联分析法模型
• 3.2.3 改进的灰色关联分析法
• 3.2.4 改进的灰色关联分析法水质评价
• 3.3 两种水质评价方法应用于松花江哈尔滨段水质评价的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 水质预测方法研究
• 4.1 BP神经网络法
• 4.1.1 BP神经网络法简介
• 4.1.2 BP网络模型架构
• 4.1.3 BP网络在水质预测中应用研究
• 4.2 灰色模型预测法
• 4.2.1 灰色GM（1,1）预测模型的建立
• 4.2.2 灰色GM（1,1）模型在水质预测中应用研究
• 4.3 两种水质预测方法应用于松花江哈尔滨段水质预测的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 松花江哈尔滨段水质现状评价与预测评价
• 5.1 改进的灰色关联分析法松花江哈尔滨段水质现状评价
• 5.1.1 低污染区域-朱顺屯断面水质现状评价
• 5.1.2 中污染区域-阿什河口下断面水质现状评价
• 5.1.3 高污染区域-阿什河内断面水质现状评价
• 5.2 松花江哈尔滨段水质预测评价
• 5.2.1 BP网络松花江哈尔滨段水质预测
• 5.2.2 改进的灰色关联分析法松花江哈尔滨段水质预测评价
• 5.3 松花江哈尔滨段水质预测评价分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 改善松花江哈尔滨段水质的对策与措施研究
• 6.1 水环境容量研究方法简介
• 6.1.1 水质模型法
• 6.1.2 分段求和法
• 6.2 松花江哈尔滨段动态水环境容量计算
• 6.2.1 各计算单元基本情况
• 6.2.2 动态水环境容量计算
• 6.2.3 实际水环境容量
• 6.2.4 实际水环境容量与排污现状
• 6.3 松花江哈尔滨段污染排放与削减控制研究
• 6.3.1 ANN模型的确定与验证
• 6.3.2 朱顺屯-东江桥功能区段COD减排控制策略
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢