城市河道水环境系统的模拟研究 ——以济南市玉绣河为例

论文摘要

水是生命之源,是人类赖以生存、不可缺少的宝贵资源,又是自然环境的重要组成部分,是经济社会可持续发展的基础条件。水资源短缺和饮用水水源污染已成为困扰我国城市发展的重大问题和社会关注的焦点。水资源短缺是我国水资源问题的主要矛盾,日益成为制约我国经济社会发展的瓶颈,是实现全面建设小康社会目标所面临的重大挑战之一。而水环境的污染则加剧了水资源短缺的矛盾。经济的飞速发展,城市化的不断加剧以及人类的改造,城市河流正在逐渐的退化成只具有单一的防洪纳污能力的河道。城市河流水环境的污染尤为显得更加突出,与整体城市环境发展相违背。因此改善城市河流水质,修复城市水环境是各地生态城市建设的当务之急。本课题来源于济南市科技局立项项目,以济南市玉绣河综合治理工程为依托,进行城市河道水环境模拟的研究。本课题依据研究的对象,根据现场评价的结果,选择叶绿素a作为水体生态状况的表征指标,根据有机体的生长由最缺乏的营养因子决定,提出采用控制限制性营养因子的方法达到抑制水体浮游植物生长和繁殖的目的,以此确定污水处理单元出水水质控制指标。通过监测玉绣河春、夏、秋季7个月期间的叶绿素a、COD、氮、磷和溶解氧等10项水质理化指标值,采用灰关联法分析了长时间尺度动态条件下,5月-11月间景观塘出水中叶绿素a与其他指标间的关联关系,确定NH3-N是玉绣河水体浮游藻类的限制性营养因子,作为玉绣河水环境模拟研究的水质指标及中水站出水控制指标。通过以Chl-a为约束指标寻求适合玉绣河的水质指标后建立一维水质模型,并利用Matlab工具进行水环境模拟和水污染控制线性规划。设计试验方案模拟初始断面水质水量的改变对河道沿程水质的影响以及几种不同的削减率下的NH3-N的排放量,对河流水质进行模拟,提出当前玉绣河污水治理上存在的突出问题:未能很好的控制影响生态的水质指标排放标准,致使工程达不到预期的效果。利用改进的方法确定研究河段水环境容量,并在不改进已建中水站的基础上确定了拟建中水站的处理效率。最后采用线性规划法（LP）。通过建立污水处理费用模型,以处理费用（Z）最小为目标函数,求得各个中水站的处理效率。在满足水质要求下得出分散式处理的最佳效率组合及各站出水水质要求。确定排放最优化和水污染控制系统规划方案,为城市河道的生态治理和污水分散式处理提供基础数据和方案。该课题研究进一步完善了城市河流点源污染分散处理模式,提出的技术路线和研究成果将为其它城市河流的水污染控制提供重要的技术参考和指导性作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 引言
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 城市河流的演化
• 1.1.2 水质模型研究
• 1.1.3 水环境系统研究
• 1.1.4 发展动态
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.2.1 理论意义
• 1.2.2 实际应用价值
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 济南市玉绣河概况
• 2.1 玉绣河环境概况
• 2.1.1 玉绣河地理位置
• 2.1.2 玉绣河水环境现状
• 2.2 玉绣河水环境污染因素
• 2.2.1 主要污染源
• 2.2.2 其它污染因素
• 2.3 玉绣河水环境功能区划分
• 2.3.1 水环境功能区划分
• 2.3.2 玉绣河水环境功能区划
• 3 数据收集及分析
• 3.1 玉绣河水质现状监测
• 3.1.1 监测断面设置
• 3.1.2 水质监测项目及监测频率
• 3.1.3 采样及分析方法
• 3.2 监测数据的分析处理
• 3.2.1 实地监测的玉绣河水质数据
• 3.2.3 数据分析
• 3.2.4 室内模拟试验
• 4 玉绣河水环境模拟研究
• 4.1 水环境模拟步骤
• 4.1.1 建立水质模型
• 4.1.2 参数确定
• 4.1.3 模型验证
• 4.2 玉绣河水质模拟
• 4.2.1 水质模型
• 4.2.2 参数确定
• 4.2.3 模型验证
• 4.2.4 玉绣河水质模拟方案
• 4.2.5 小结
• 4.3 玉绣河水环境容量分析
• 4.3.1 水环境容量模型
• 4.3.2 排污口负荷分配
• 4.3.3 小结
• 4.4 水污染优化控制
• 4.4.1 水污染控制概述
• 4.4.2 排污口优化
• 4.4.3 玉绣河水污染控制最优化分析
• 4.4.4 水污染控制规划方案
• 4.4.5 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文
• 个人简历
• 致谢