2016深圳杯數(shù)學建模A題分解

1、賽區(qū)評閱編號（由賽區(qū)組委會填寫）：2016年山西省大學生數(shù)學建模競賽承諾書我們仔細閱讀了全國大學生數(shù)學建模競賽章程和全國大學生數(shù)學建模競賽參 賽規(guī)則（以下簡稱為“競賽章程和參賽規(guī)則”，可從全國大學生數(shù)學建模競賽網(wǎng)站下 載）。我們完全明白，在競賽開始后參賽隊員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng) 上咨詢等）與隊外的任何人（包括指導教師）研究、討論與賽題有關的問題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽章程和參賽規(guī)則的，如果引用別人的成果或 其他公開的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻的表述方式在正文 引用處和參考文獻中明確列出。我們鄭重承諾，嚴格遵守競賽章程和參賽規(guī)則，以保證競賽的

2、公正、公平性。如有 違反競賽章程和參賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴肅處理。我們授權全國大學生數(shù)學建模競賽組委會，可將我們的論文以任何形式進行公開展 示（包括進行網(wǎng)上公示，在書籍、期刊和其他媒體進行正式或非正式發(fā)表等）。我們參賽選擇的題號（從 A/B/C/D中選擇一項填寫）： A我們的報名參賽隊號（12位數(shù)字全國統(tǒng)一編號）： 04002012參賽學校（完整的學校全稱，不含院系名）： 太原理工大學參賽隊員（打印并簽名）：1.黃子蓉2 .楊力兵3 .楊振躍指導教師或指導教師組負責人（打印并簽名）：趙國貞日期：2016 年5 月12 日（此承諾書打印簽名后作為紙質(zhì)論文的封面，注意電子版論文中不得出現(xiàn)此頁。

3、以上內(nèi)容請仔細核對，特別是參賽隊號，如填寫錯誤，論文可能被取消評獎資格。）賽區(qū)評閱編號（由賽區(qū)組委會填寫）：2016年山西省大學生數(shù)學建模競賽編號專用頁賽區(qū)評閱記錄（可供賽區(qū)評閱時使用）：評閱人備注送全國評獎統(tǒng)一編號（由賽區(qū)組委會填寫）：全國評閱統(tǒng)一編號（由全國組委會填寫）：此編號專用頁僅供賽區(qū)和全國評閱使用,參賽隊打印后裝訂到紙質(zhì)論文的第二頁上意電子版論文中不得出現(xiàn)此頁，即電子版論文的第一頁為標題和摘要頁“截排” vs “清源”摘要本文我們就深圳市 “截排”和“清源”兩種主要治理措施對污水處理系統(tǒng)的影響及 實施判定條件等進行了研究分析， 并基于結果對政府治污的“一、三、五、八年目標”， 進行

4、了合理性評估。針對問題一：對于“截排”措施，我們以建污水處理廠費用、COD濃度、合流水量、合流水質(zhì)等為重要指標，以收集的污水處理廠費用、深圳各月30年內(nèi)平均降雨量及其影響下的COD濃度變化等數(shù)據(jù)為依托，分析了 “截排”對污水處理系統(tǒng)成本的影響以 及研究雨水對CODt度影響導致的設備損害程度。用非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型模擬不同截流倍數(shù) 下受納水體的水質(zhì)變化情況，求出截流倍數(shù)；并采用截流倍數(shù)分析法分析截流倍數(shù)對污 水處理系統(tǒng)的影響。對于“清源”措施，我們以分流增加了的修污水管網(wǎng)的費用及梳理 錯接污水管的費用為重要指標，通過收集數(shù)據(jù)，分析了 “清源”對污水處理系統(tǒng)成本的 影響。最后通過收集海綿城市的定義，明確

5、了 “截排”、“清源”對海綿城市建設的影 響。針對問題二：對于“截流”來說，通過調(diào)查及收集資料，算出污水處理廠污水溢出 的處理費用及“補水”費用；并由污水處理廠的處理規(guī)模與運行成本的數(shù)據(jù)， 用MATLAB 擬合其關系，得污水處理廠運行成本；再加上建立污水處理廠費用，進而求得“截流”措施所需總費用。對于“清源”來說，由需建的管道長度、單位長度的管道成本費和單 位長度整治河道費用、整治河道長度，可求得建設及梳理污水管網(wǎng)所需的費用，進而求 得采用“清源”措施所需總費用。比較“截流”成本費及“清源”成本費，花費較少者 即為選定方案。針對問題三：將深圳某一區(qū)域政府治污的“一、三、五年目標”代入問題二中，

6、求 得“截流”方式總費用（2415.7萬元）及“清源”方式總費用（623.65萬元）。比較知 長期看“清源”方式更適合深圳這一區(qū)域發(fā)展。同時計算實施兩種方案時花費，得這一 區(qū)域現(xiàn)階段更適合兩種措施同時進行。后通過計算評估政府治污“一、三、五、八年目 標”的可行性。關鍵詞：COD濃度；截流倍數(shù)分析法；海綿城市建設；MATLAB ;最小二乘法一、問題重述1.1 背景隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，很多弊端也隨之暴露出來。比如工廠的污水隨意排放，流入 河流與江海，嚴重污染了水環(huán)境，對我們的生存造成了嚴重的影響。從而，必須采取適 宜有效的途徑，緩解并改善水污染現(xiàn)象，還居民一個和諧，健康，無污染的家園。當前，深圳市

7、一些地區(qū)出現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量差、內(nèi)澇積水頻發(fā)；雨污混流普遍，雨季雨 水沖擊造成污水處理失效，規(guī)劃的雨污分流體制與實際的雨污混流制并存等一系列問 題。為切實加大治水力度，加快提升深圳市水環(huán)境質(zhì)量，深圳市特采取以“截排”和“清 源”兩種治理措施為首的一系列有力措施。1.2 問題本文嘗試通過分步驟來解決下面的問題：(1)通過構建數(shù)學模型，量化分析雨污“分流”與“混流”收集機制對污水處理系 統(tǒng)以及海綿城市的建設的影響。(2)在既能達到治污要求，又能盡量節(jié)省開支的原則下，給出區(qū)域治污時實施“清 源”與“截流”的判定條件。(3)選定深圳一區(qū)域給出污水治理的方案，并基于政府治污的“一、三、五、八年 目標”，進行合

8、理性評估。二、問題分析對于第一個問題，要分析雨污“分流”與“混流”收集機制對污水處理系統(tǒng)的影響, 可以從污水處理系統(tǒng)的運行費用，以及不同收集機制對污水處理系統(tǒng)的設備的損耗情況 進行分析，除此之外，可以采用截流倍數(shù)分析法對污水處理系統(tǒng)進行分析。分流與混流最主要的區(qū)別就是濃度與量的區(qū)別， 不同的收集機制會影響污水處理系 統(tǒng)中不同環(huán)節(jié)的設備的要求標準，也對整個污水處理系統(tǒng)的日處理量有不同的要求。對于混流措施，即雨水與污水混合流進污水處理廠進行處理。由于污水處理廠一般對進水 水質(zhì)進行了一個設定，在少雨的時候影響還不是很明顯，但是在下雨旺季，由于雨水稀 釋進水COD®低，使得污水處理廠實際進水

9、水質(zhì)小于設計值，增加了污水處理的難度， 降雨后往往需要一段時間的調(diào)整才能使其恢復正常。在這種情況下可以定義一個由于雨水稀釋導致的一個影響程度，對其進行分析。采用截流倍數(shù)分析法時，合流制排水系統(tǒng)截流倍數(shù)的確定，直接影響工程規(guī)模和工 程環(huán)境效益。若截流倍數(shù)n偏小，在地表徑流高峰期混合污水將直接排入水體而造成污 染；若截流倍數(shù)n過大，則截流干管和污水廠的規(guī)模就要加大，基建投資和運行費用也 將相應增加。與截流倍數(shù)n相關的主要因素有：1）受納水體的水質(zhì)要求。截流倍數(shù)的 選擇首先在于水質(zhì)的要求，即應首先看水質(zhì)的功能類別。對水質(zhì)要求嚴格的受納水體的 截流倍數(shù)應取大些，而對水質(zhì)要求低的水體則截流倍數(shù)也就相應取

10、小一些。2）受納水體的納污能力及納污水體的水質(zhì)級別目標。一般情況下，受納水體對污染物的稀釋能力 較強，可選取較小的截流倍數(shù)，若受納水體不但對污染物的稀釋能力較強，并且有較高 的水質(zhì)級別目標，則截流倍數(shù)應該相應取大一些以利于對水體的保護；3）城鎮(zhèn)的文明程度（或級別）和環(huán)境衛(wèi)生狀況。城鎮(zhèn)的文明程度高（人群衛(wèi)生習慣良好，不亂倒垃圾, 不亂扔廢棄物，街道、廠區(qū)清潔，城鎮(zhèn)地面積聚的垃圾等污染物少）則截流倍數(shù)可取小 一些，相反則取大些。4）人口密度。人口密度大則污水量大，這時較大的截流倍數(shù)將 令污水廠的規(guī)模太大，造成實施困難。5）降雨量、降雨的強度及較大強度降水的持續(xù)時間。降雨量小的地區(qū)一般降雨頻率也低，

11、地表積存的污染物也多，故截流倍數(shù)應取大 些，降雨強度較大并且較大強度降水的持續(xù)時間長的地區(qū)應采用較小的截流倍數(shù)，因為 截流倍數(shù)選取較大的話，雨水提升泵站的運行費用將增加很多，反之降雨強度較小并且 較大強度降水的持續(xù)時間短的地區(qū)應采用較大的截流倍數(shù)；6）投資因素。當截流倍數(shù)取大值時，排入受納水體的受污染的雨水就少，但各項投資相應增大；相反則投資減少， 但不利于水體的保護。7）其他因素。在某些城鎮(zhèn)，由于管道漏水及地下水滲入污水系 統(tǒng)使污水量增加，相當于增大了截流倍數(shù)。在以往的設計中，截流倍數(shù)的取值一般按照室外排水設計規(guī)范取 1-5之間的取 值或參照國內(nèi)外經(jīng)驗進行取值。例如上?！昂狭魑鬯卫砉こ獭苯?/p>

12、流倍數(shù)通過澳大利亞 某公司的軟件分析，取2.43-2.63 ,沈陽暉河治理時截流倍數(shù)取 3.0。截流倍數(shù)分析流程如圖1所示：圖1截流倍數(shù)分析流程對于分析“分流”與“混流”對建設海綿城市的影響時，首先弄清海綿城市的概念, 然后便能很清晰地辨別“分流”與“混流”對其的影響了。對于第二個問題，要找出判別條件，首先應弄清“截流”與“清源”所需的費用包 括哪些方面。對于“截流”來說，主要的費用來源有由于雨量過大時導致的污水處理廠 超負荷而造成的污水溢出從而需要進行處理的費用以及因截流造成的“缺水”現(xiàn)象從而 產(chǎn)生的“補水”費用，而對于“分流”來說，主要的費用來源有建設污水管網(wǎng)所需的費 用，梳理污水管所聘請

13、的工人的勞動薪水費用兩部分構成。三、模型假設1 .假設污水處理廠的人工費，辦公費，培訓費，保險等費用相比于總費用可忽略以及每 個污水處理廠的建設所需費用及規(guī)模一樣。2 .假設箱涵之前已建了足夠多，不需要再專門花錢用于箱涵建設。3 .假設在沒有大量雨水混合的污水中的 COEM度與污水處理廠預設置的CO球度相同。4 .假設在每一天內(nèi)不同時候流入污水處理廠的污水的濃度是相同的。5 .假設旱流污水的日流量小于污水處理廠的日處理量。6 .假設截流時所需補水的量為自然條件下的下雨的流入污水處理廠的量，并且采取清源收集機制時不需要人工補水。四、符號說明符號說明q流入污水處理廠的雨水日流量m對設備的損害程度c

14、預設COD濃度n截流倍數(shù)N配用電機功率r污水比重Q污水流量h污水提升高度w溢污水溢出從而需要進行處理的費用w補因截流造成的“缺水”現(xiàn)象從而產(chǎn)生的“補水”費用w管建設污水管網(wǎng)所需的費用w河整治河道所需的費用w運擴建的那些污水處理廠一年內(nèi)的運行成本費用五、模型建立與求解5.1 混流對污水處理系統(tǒng)的影響1 .1.1混流對設備影響根據(jù)前面敘述，由于雨水流入污水處理廠，會影響cotM度，從而增加污水處理的難度，同時也對污水處理廠里面的設備造成一定的損害。深圳市深圳河灣月平均降 雨量的數(shù)據(jù)見表1：表1深圳市深圳河灣1-12月每月平均降雨量月份1月2月3月4月5月6月各月30年平均降雨量/mm26.4047

15、.9069.90154.30237.10346.5078910月11月12月各月30年平均降雨量/mm319.70354.40254.0063.3035.4026.90深圳市深圳河灣月平均降水量如圖 2所示:400. 00350. 00300. 00250. 00200. 00150. 00深圳市深圳河灣月平 均降水量4 1000° - I I I I I I50 . 00 - n n0 O 0口 11 _ l _ _ _ _j_ l , _ I _I,R 臺 & & & £月份/月圖2深圳市深圳河灣月平均降水量對此，引入一個變量 M用來表示其影響程

16、度。COLM度C與流入污水處理廠的雨 水日流量Q之間的關系為：c=ki/q；其中ki為比例系數(shù)。ki從而M與COLM度C之間的關系為：m = k2/c;其中k2為比例系數(shù)。從而M與雨水日流量Q之間的關系為：m =k q;其中k為比例系數(shù)。由此可見，由于雨水的作用而使得 CO球度被稀釋，從而造成處理廠的設備損耗程 度與雨水日流量大致呈正比的關系。因此，采取混流的辦法，會導致設備有一定程度的 損害，且水量越大，損害程度越高。5.1.2混流對污水處理系統(tǒng)耗能影響另一方面，考慮混流對污水處理系統(tǒng)運行成本的影響。對于污水處理廠的污水處理系統(tǒng)來說，成本最高的是電能的消耗，而其中耗電較高 的有污水提升泵和回

17、流泵的耗電，鼓風機的耗能，污泥消化池的耗能三個方面5.1.2（1）污水提升泵和回流泵的耗能污水提升泵是污水處理廠預處理段的主要耗能設備，它與回流泵（包括混合液內(nèi)混流泵 和污泥外回流泵）一樣，與要求的提升泵高度有密切關系，其耗能量估算公式為：r Q h小 10式中，N為配用電機功率（kW）,r為污水比重，取9.8 103 N/m3; Q為污水流量（m3/s）； h為污水提升高度（m） ; 1為水泵效率，取0.65 0.85; 2為電極效率，取0.95。在污 水處理廠的設計中，污水提升泵是按最大流量進行配置的，而回流泵則是根據(jù)污水平均 流量與設計回流比配置的。5.1.2（2） 鼓風機的耗能鼓風機是

18、污水處理廠中耗能最大的設備，主要是曝氣沉砂池和生化池提供所需的空 氣。鼓風機的耗能與供氣量和出口風壓有關，一般是根據(jù)供氣量和出口風壓選定設備能 耗。在曝氣沉砂池中，鼓風機的供氣量與水量有關，出口風壓則與有效水深和管路損失 有關。在生化池中，鼓風機的供氣量不但與水量有關，而且還與有機污染物去除量、風 壓與有效水深和管路損失有關。5.1.2（3）污泥消化池的耗能污泥消化池的能耗表現(xiàn)為新鮮污泥的加熱、消化池殼體的散熱和管道部分的散熱， 新鮮污泥的加熱量的計算公式為：Q1 VC （T1 T0）式中，Qi為新鮮污泥加熱量（kJ/h） ; V為新鮮污泥體積（m3/h） ; Ti為消化溫度，取35 C； T

19、。為新鮮污泥溫度（C） ； C為污泥比熱，取4.18 103 kJ/（ m3 C）。殼體的散熱量的計算公式為：Q2 Fk（T1 T2）式中，Q2為殼體散熱量（kJ/h ） ； F為殼體總面積（m2） ； k為傳熱系數(shù)kJ/（ m2 C）,一般為1.672.51 ; T2為環(huán)境溫度（C）。管道散熱量：輸泥管道德散熱計算是比較復雜的，且散熱較小，故管道的散熱量可 用Qi、Q2之和的10%計入，即Q3 =0.1 （Q1 + Q2）。污泥消化池的總能耗即為上述三項之和。國內(nèi)部分污水處理廠設計的能耗見表 2:表2污水處理廠單位耗電量名稱(kWgh/m3)(kW gh/m3)(kWgh/m3)0.2600

20、.060 (23.1%)0.139 (53.5%)深圳鹽田污水廠0.3900.057 (14.6%)0.183 (45.9%)成都雙流污水處理廠0.2900.057 (19.7%)0.188 (64.8%)注：括號內(nèi)為能耗所占比例。5.1.3用截流倍數(shù)分析法分析混流對污水處理系統(tǒng)的影響5.1.3(1) 雨洪水流量過程計算確定截流倍數(shù)需先計算洪流量及雨洪污染物濃度、旱流流量及旱流污染物濃度，在此基礎上，假定不同截流倍數(shù)進行調(diào)節(jié)計算。5.1.3(1)設計暴雨過程計算采用目前排水規(guī)范應用的暴雨公式：i A(1 ClgT)(t+B)n式中，i為暴雨強度，mm/min ； t為降雨歷時；T為重現(xiàn)期；A1

21、，C, B, n為地方參數(shù)，可查設計手冊，或據(jù)實測暴雨資料確定。5.1.3(1) 凈雨過程計算降雨徑流經(jīng)驗相關圖法師一種行之有效的方法，可用下式表達：sr y(sp pn Cp)3+c；-C1式中，Pn為前期影響雨量；SP為累計雨量；SR為累計產(chǎn)流量；Cp、Ci為產(chǎn)流公式參數(shù)，不同水文分區(qū)取值不同。5.1.3(1)流量過程計算推求流量過程可采用等流時線法、經(jīng)驗單位線法、瞬時單位線法、水力學法等。瞬時單位線法是指無窮小時段內(nèi)流域上均勻的單位凈雨所形成的地面徑流過程線。納希用幾個線性水庫串聯(lián)后，推導出納希瞬時單位線公式如下:u(t)1 t n 1()eK (n) K式中，n為水庫數(shù)或調(diào)蓄次數(shù)；K為

22、分段內(nèi)的傳播時間；(n)為伽瑪函數(shù)。借助S曲線可將瞬時單位線轉(zhuǎn)化為時段長為t的時段單位線u( t,t),便于實際應用。ts(t) 0u(t)dt1u( t,t) s(t) s(t t)根據(jù)瞬時單位線，用卷積公式可求出流量過程：tQ(t)0R(t )u( )d式中，Kt為考慮流域面積及計算時段長的單位換算因子；n、K為參數(shù)，可由實測 資料確定，或查有關資料用經(jīng)驗公式計算。5.1.3(2)徑流污染物濃度計算采用非點源運動波模型計算，其基本假定為：流域下透水，污染物守恒，在降雨開 始前均勻分布于整個流域，并在徑流中均勻混合。徑流污染物濃度的運動方程如下：Ct D 2Cr£ 冬lZ O ut

23、 x x hT t式中，Cr為污染物濃度；hT為總凈雨深；h為凈雨深；D為彌散系數(shù)；u為平流質(zhì)點流速。由假定運動方程簡化為：dCrCdh出hT dt解得 Cr Cr0ht hthT式中Cr0為積分常數(shù)表示降雨開始時的污染物濃度。徑流中污染物總量為:MWCm-1加丁(1 -) eMW1F»(1 -) e式中F為流域面積；MW為污染物總量采用下式計算污染物沖刷總量：MW qFT式中q為污染物沖刷率模數(shù)；T為降雨沖刷歷時。1.1.3 (3)混合流污染物濃度計算根據(jù)計算區(qū)域規(guī)劃人口情況，工業(yè)布局等確定旱季流量 Q和旱季污染物濃度C,將 合流制管渠模擬為擬為；零維完全混合反應器，則混合流的污染

24、物濃度用下式計算： CQ CrQi ChQr +Qi式中Ch為混合流污染物濃度。1.1.4 (4)截流倍數(shù)確定用非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型模擬不同截流倍數(shù)下受納水體的水質(zhì)變化情況，與受納水體環(huán)境保護目標進行對照，滿足受納水體環(huán)境保護目標的最小截流倍數(shù)即為所求。5.2 分流對污水處理系統(tǒng)的影響采取“分流”的收集機制相比于混流來說，首先則是不會有使得COD濃度偏低，從而影響設備損耗的問題。其次，由于把污水和雨水分開，從而減小了污水處理廠的處 理量，從而減小了其成本。只是分流的措施增加了修污水管網(wǎng)的費用以及梳理居民錯接 污水管的費用，但與污水處理系統(tǒng)沒有關系。5.3 “分流”與“混流”對海綿城市建設的影響顯而易

25、見，“混流”收集機制對于建設海綿城市來說是不可取的。所謂的“海綿城 市”，就是在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、 蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設應遵循生態(tài) 優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大 限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、 滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。 在海綿城市建設過程中，應統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調(diào)給水、排水 等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié)，并考慮其復雜性和長期性。而“混流”收集方式會讓許多雨水跟隨污水流到污水處理廠進行處理，造成地表缺水，從而破壞生態(tài)，不利

26、于海綿城市的建設但“分流”收集機制則有利于海綿城市的建設，能充分利用雨水資源，將多余的雨 水儲存起來，在需要的時候又能及時的取出來進行利用?！翱炫拧迸c“海綿城市”的不 同如圖3所示：圖3年徑流總量控制率概念示意圖5.4 找選“截流”和“清源”的判定條件5.4.1 “截流”的花費若采用“截流”方式，則主要產(chǎn)生的費用有由于雨量過大時導致的污水處理廠超負 荷而造成的污水溢出從而需要進行處理的費用w溢，以及因截流造成的“缺水”現(xiàn)象產(chǎn)生的“補水”費用w補，還有擴建污水處理廠所需的費用 w擴以及擴建的那些污水處理 廠一年內(nèi)的運行成本費用w運。而處理污水溢出的費用又主要由污水廠的污水日處理量f以及當日流入污

27、水處理廠的總污水量Pj （其中i表示月份，j表示第i月的第j天,且假設每一個月都為30天） 有關。設處理單位體積的污水所需要花費的費用為 w。，則一年所需要的花費總額w溢為:12 30w溢（Pj e）w。i 1 j 1考慮所需的補水費用w補。它與每天流入污水處理廠的雨水流量 qj （同樣的這里i表示第i月份，j表示第i月份的第j天，且假設每個月都為30天）以及所補單位體積的水所需的費用w1的關系為：12 30qijWi 1 j 1而考慮污水處理廠擴建的費用時，應考慮建立怎樣規(guī)模的污水處理廠才能使得既 能達到污水處理的效果，又能使得建設污水處理廠的成本盡可能的低。根據(jù)收集到的數(shù) 據(jù)，得到建立不同

28、規(guī)模的污水處理廠與所需的運行成本的關系見表3:處理規(guī)模 Q（萬 m3/d）11.22577.31010.5202730 40100運行成本 C（元/m3 ）1.20.80.750.640.50.40.520.380.4 0.280.42 0.410.38表3污水處理廠的處理規(guī)模與運行成本的關系運用MATLAB對這些數(shù)據(jù)進行擬合，得到的曲線如圖 4所示：圖4處理規(guī)模與運行成本的擬合曲線其輸出結果為：General model Exp2:f(x)=a*exp(b*x)+c*exp(d*x)Coefficient (with 95% confidence bounds):a=0.8638 (0.45

29、18, 1.276)b= -0.351 (-0.7462, 0.04414)c= 0.4013 (0.2248, 0.5778)d= -0.0007642(-0.01014, 0.008612)Goodness of fit:(匹配度)SSE: 0.109R-square: 0.8544Adjusted R-square: 0.8058RMSE: 0.11故運行成本C與處理規(guī)模Q之間的擬合曲線關系為:0.351Q0.0007642 QC 0.8638e0.4013e由上可知，用MATLAB線性擬合的曲線匹配度為85.44%。故由于擴建后的污水處理廠運行所需的費用w運與運行成本C和污水處理廠的污

30、水日處理量f的關系式為:w運=C f 360ccc / c cccc 0.351 Q c0.0007642 Q、=360 ( 0.8638e0.4013e) f式中360是根據(jù)前面所假設的每個月30天得到的。故截流所需的總費用 W為:W w溢+w補w擴+w運1230(Pj j 112 e)w0 +i130qijww 擴 +w 運j11230(Pj j112 e)w0 +i130qa+w擴 +360(0.8638e-0.351 Q+0.4013e 隗007642) f j15.4.2的花費若采用“清源”的方式，則總費用 W 包括建設污水管網(wǎng)所需的費用 w管。其中, 建設污水管網(wǎng)所需的費用w管主要

31、與所需建的管道長度l,單位長度的管道成本費用v, 有關以及整治河道所需的費用 w河。數(shù)學表達式如下：W lv+w 河5.4.3判別條件由前面所討論的，其前提都是在能達到治污要求下的。根據(jù)總費用盡量小的原則，故作如下討論：當W>W時，即12 3012 30W w溢 +w 補 w擴 +w運=(Pij e)wo+qijWi w擴 +w運 >W Iv+w 河時，i 1 j 1i 1 j 1應選“清源”這一收集機制；當W<W時，應選“截流”這一收集機制。5.5選定深圳一區(qū)域給出污水治理的方案我們選定深圳河灣區(qū)給出合理的治理方案。根據(jù)深圳“五年”建設目標，需建設污水管長度 l為310.6

32、公里(IP 3.106 105 m),污 水管道價格v為20元/米，采用的補的水為自來水，價格為 2.8元/m3 ,污水處理廠對 污水的日處理量e為60萬噸/天(即6 105m3/d ),整治河道的費用為w河為3552元/km, 整治河道長度為6.9km。建設日處理200噸的污水處理廠需土建費用 38萬元，設備費 45萬元，噸水處理費用為0.28元。5.5.1 “清源”方式一年總費用計算首先考慮采取“清源”方式，故一年所需費用W為：W lv+w 河= 3.106 105 20+6.9 3552 =6236508.8(X)623.65 (萬元)5.5.2 “截流”方式一年總費用計算再考慮“截流”

33、方式一年所需費用 Wo由于前面已經(jīng)給出“截流”方式費用的表達 式為：12 3012 30W w溢+w 補 w 擴 +w 運=(Pj e)w°+qow1 w 擴 +w 運由此可知，每一天的流入污水處理廠的污水總量 Pj與每天流入污水處理廠的雨水流量q是不一樣的，此處為了簡便，故令一年內(nèi)流入污水處理廠的平均日污水總量 P近似 每一天的流入污水處理廠的污水總量每天流入污水處理廠的雨水流量 q,一年內(nèi)的平均 每天流入污水處理廠的雨水流量 q近似每天流入污水處理廠的雨水流量 qj。故上式可簡 化為：W= （P f）w0 qw1 w擴 w運w運=360（0.8638 e 0.351 Q 0,4013e 0.0007642 Q） f把數(shù)據(jù)代入上式，可解得總費用 W為：W=2415.7 （萬元）5.5.3 結合“一、三、五、八”規(guī)劃分析根據(jù)上面分析，第五年，明顯“清源”方式的成本費（623.65萬元）相比于“截流” 方式的成本費（2415.7萬元）可以說是遠遠小于，所以從長期來看，采取“清源”措施是一種