Matlab課程設(shè)計(jì)-河流污染物總量控制規(guī)劃

Matlab課程設(shè)計(jì)一河流污染物總量控制規(guī)劃

題目：河流污染物總量控制規(guī)劃第一章總論一、目的和要求環(huán)境系統(tǒng)工程是環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)重要主干課程之一。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深課程理論知識(shí)，并能結(jié)合具體的環(huán)境系統(tǒng)問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)解決方案的優(yōu)化。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的liiJ題，進(jìn)行系統(tǒng)解決方案的優(yōu)化。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的liiJ綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生利用系統(tǒng)工程方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，特別是：1、 環(huán)境系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，技術(shù)資料的查找與應(yīng)用；2、 環(huán)境系統(tǒng)模型的建立過(guò)程與建立方法；3、 利用計(jì)算機(jī)編程節(jié)能型環(huán)境系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行求解、模型的靈敏度分析等；4、 環(huán)境問(wèn)題解決方案的優(yōu)化方法；5、綜合運(yùn)用本課程及其有關(guān)課程的理論知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題;

6、熟悉、貫徹國(guó)家環(huán)境保護(hù)法規(guī)及其它有關(guān)政策。二、設(shè)計(jì)任務(wù)題目：某河流污染物排放總量控制規(guī)劃根據(jù)設(shè)計(jì)原始資料，設(shè)計(jì)河流城區(qū)段水環(huán)境的污染物總量控制及污染物消減方案，并編制規(guī)劃方案說(shuō)明書(shū)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容、步驟和方法1、通過(guò)對(duì)該河流的自然特征、水文特征以及水質(zhì)調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該河流的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定該河段的主要污染問(wèn)題及主要污染因子。2、根據(jù)河流的水文特征，建立適宜的環(huán)境水質(zhì)模型，估算模型中的參數(shù)，并對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，建立環(huán)境容量模型，計(jì)算該河流的環(huán)境容量、允許排放量，并合理分配到各個(gè)i=j流的環(huán)境容量、允許排放量，并合理分配到各個(gè)i=j污染源。3、選定某一支流，按照其允許排放量，合理分配到支流的各個(gè)污染源，并根據(jù)各個(gè)污染源的水質(zhì)、水量情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)污染源污染物的消減工藝。第二章原始資料一、河流概況沙河是鹽河的直流，干流全長(zhǎng)30公里，流域面積206平方公里。一般流量在，本次規(guī)劃河段長(zhǎng)度為19.75公里，是非潮河段；兩岸分布的主要污染源有：偉捷毛娟廠，子揚(yáng)石油化工廠，五萬(wàn)居民的五龍小區(qū)和二萬(wàn)居民的蛤蟆塘小區(qū)。老右溝河 （水源）毛案絹廠一！五龍小PT區(qū)石、"化廠蛤1蟆緇小4［區(qū)5_ J, Hn' ，、 ,； m, "- *、Z J■J f0./ /新健河炮守營(yíng)河劈材溝河 —、第一穩(wěn)定段 第二穩(wěn)定段單位：公里；1.2.3.4.5為五個(gè)主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)控制斷面第二章污染源現(xiàn)狀和水體水質(zhì)評(píng)價(jià)1、水質(zhì)目標(biāo)按照沙河兩岸近期（2015年）環(huán)境規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件，提出不同河段的水質(zhì)目標(biāo)組，S9斷面水質(zhì)目標(biāo)為地表水B類(lèi)，S3斷面水質(zhì)目標(biāo)為地表水山類(lèi)，S8及S4-3斷面水質(zhì)目標(biāo)為地表水W類(lèi)，S7及S6斷面水質(zhì)目標(biāo)為V類(lèi)。規(guī)劃情況下水溫取10°C。

2、水質(zhì)現(xiàn)狀資料根據(jù)沙河河床和排污口的排污情況以及各支流輸入的位置，選定了六個(gè)主要監(jiān)測(cè)斷面和四個(gè)輔助監(jiān)測(cè)斷面。自2009年8月至2010年4月（包括豐、平、枯水期和冰封期），對(duì)各監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行了8次連續(xù)48小時(shí)的水文水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)，共采集分析了二千多個(gè)樣品，主要監(jiān)測(cè)結(jié)果為表1。表1沙河實(shí)測(cè)水質(zhì)資料月份斷面流速m/s流量m^/s水溫°CBOD5mg/lDOmg/l分類(lèi)8S90.430.473201.297.8I類(lèi)S80.2910.62222.855.97.33W類(lèi)S70.2911.69522.853.877.43m類(lèi)S60.1752.0722.323.1657.06m類(lèi)S4—30.1753.11922.322.868.9I類(lèi)S30.1754.1722.321.6328.27I類(lèi)10S80.1610.37714.2826.517.53V類(lèi)S70.1610.68614.2815.249.59V類(lèi)S60.1320.64413.876.049.47w類(lèi)S4—30.321.35913.872.7610.2I類(lèi)11S80.1520.1955.7635.5310.35V類(lèi)S70.1520.7065.7622.5512.06V類(lèi)S60.1670.6843.688.51511.95V類(lèi)S4—30.1671.0443.685.4512.56w類(lèi)12S80.1340.1060.353.087.55V類(lèi)S70.1340.3540.332.799.88V類(lèi)S60.10.4540.121.2411.03V類(lèi)S4—30.10.7080.112.2814.04V類(lèi)1S80.1160.0962.3868.717.57V類(lèi)S70.1160.272.3844.477.59V類(lèi)S60.1670.370.16715.919.32V類(lèi)S4—30.1670.4920.1676.7310V類(lèi)2S80.0850.075479.876.19V類(lèi)S70.0850.141447.646.5V類(lèi)S60.0670.1610.128.88.86V類(lèi)S4—30.0670.3680.113.288.78V類(lèi)3S80.10.1487.5446.27.27V類(lèi)S70.10.3177.5422.529.05V類(lèi)S60.1290.4176.7158.789.66V類(lèi)S4—3|0?129 0?636 6.715| 5?02 12?27 W類(lèi)由表中數(shù)據(jù)可知，在各監(jiān)測(cè)斷面上DO均達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)，且均達(dá)到II類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而部分監(jiān)測(cè)斷面BOD5未達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)，求B°D5的污染指數(shù)：肯=Ci/CnL式中，廠一第i中污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)；:---第i種污染物的實(shí)測(cè)濃度，mg/L；?---第i種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L。L凱水質(zhì)評(píng)價(jià)代碼及圖像如下：bodi8=[5.926.5135.5353.0868.7179.8746.2];bodpi8=bodi8/6;bodi7=[3.8715.2422.5532.7944.4747.6422.52];bodpi7=bodi7/10;bodi6=[3.1656.048.51521.2415.9128.88.78];bodpi6=bodi6/10;bodi4=[2.862.765.4512.286.7313.285.02];bodpi4=bodi4/6;A=[bodpi8;bodpi7;bodpi6;bodpi4]X=[1234567];plot(X,A)A=0.98334.41835.92178.846711.451713.31177.70000.38701.52402.25503.27904.44704.76402.25200.31650.60400.85152.12401.59102.88000.87800.47670.46000.90832.04671.12172.21330.8367

注：編號(hào)1~7依次代表8、10、11、12、1、2、3月份。表2沙河各月份各斷面BOD5污染指數(shù)（mg/l）月份8101112123斷面污染指數(shù)S9S3S84.425.928.8511.4513.317.7S71.522.263.284.454.762.25S62.121.592.88S4-32.051.122.21備注：空白處為BOD5達(dá)標(biāo)由表2可知，監(jiān)測(cè)斷面S9、S3各月均達(dá)到m類(lèi)水質(zhì)要求目標(biāo)，且均可達(dá)到I類(lèi)水質(zhì)；而監(jiān)測(cè)斷面S4-3、S6在12、1、2月水質(zhì)未達(dá)標(biāo)，S4-3斷面在1月達(dá)到V類(lèi)水，12、2月均未達(dá)到V類(lèi)水，而S6斷面12、1、2均未達(dá)到V類(lèi)水；最后監(jiān)測(cè)斷面S8、S7絕大多數(shù)月份不達(dá)標(biāo)，且S8斷面污染較為嚴(yán)重，距離要求的V類(lèi)水差距較大。所以該河段的BOD5排放情況較為糟糕。第三章參數(shù)估計(jì)1、推求縱向離散系數(shù)Ed為了推求該河段的縱向離散系數(shù)Ed，選擇某一均勻河段，通過(guò)投放非降解的諾丹明示蹤劑試驗(yàn)。試驗(yàn)情況如下：示蹤劑瞬間從岸邊投人河中，在下游分別距投放斷面2300m和4000m的測(cè)站測(cè)得示蹤劑流過(guò)時(shí)的濃度過(guò)程線(xiàn)C-t，如表3所示，其時(shí)間t的起算點(diǎn)以第一測(cè)站為準(zhǔn)。兩測(cè)站間河道的平均水深H=0.9m，平均水面寬B=20.0m，平均摩阻流速u(mài)*=0.12m/s。表3 示蹤劑試驗(yàn)記錄第一測(cè)站第二測(cè)站t/minC/mg/Lt/minC/mg/Lt/minC/mg/Lt/minC/mg/L00330.29370920.1830.23360.23420.08970.1260.58390.18470.241020.0890.83420.14520.441070.06120.96450.12570.601120.03150.96480.09620.651170.02180.87510.06670.611220.02210.76540.04720.531270.02240.63570.03770.431320.01270.51600.02820.331370.01300.39630870.241420由一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程式解得下游X處的示蹤劑濃度變化過(guò)程為:M「(x-ut)C(x,t)=,exp J4兀Edt L4Edt」首先驗(yàn)證下游測(cè)站是否在一維縱向分散段內(nèi)，即示蹤劑是否在測(cè)站斷面上混合均勻。橫向擴(kuò)散系數(shù)Ey=0.6Hu*=0.6x0.9x0.12=0.0648m%j兩測(cè)站間河段距離Ax=x1-x2=4000-2300=1700m示蹤劑峰值在河段間的傳播時(shí)間△t=62-13=49min河段平均流速u(mài)=竺=1700/49=34.7m/min=0.58m/sAt則從投放示蹤劑斷面到斷面完全混合的河段長(zhǎng)度為0.4uB2=0.4x0.58x202=L= 1432mE 0.0648y該距離遠(yuǎn)小于投入示蹤劑斷面到第一測(cè)站的距離2300m,因此可以判定兩測(cè)站均處于一維縱向分散河段，滿(mǎn)足下面計(jì)算縱向離散系數(shù)的要求。于是，示蹤劑流過(guò)第一、第二測(cè)站的濃度過(guò)程線(xiàn)的平均時(shí)間和方差為：iLCtii=1計(jì)算代碼如下：t1司0369121518212427303336394245485154576063];C1=[00.230.580.830.960.960.870.760.630.510.390.290.230.180.140.120.090.060.040.030.020.0];S1=t1*C1';E=[1111111111111111111111];SS1=C1*E';t1_average=S1/SS1;t2=[37424752576267727782879297102107112117122127132137142];C2=[00.080.240.440.600.650.610.530.430.330.240.180.120.080.060.030.020.020.020.010.010.0];S2=t2*C2';SS2=C2*E';t2_average=S2/SS2;%第一站方差B1=(t1-t1_average)?"2;BB1=C1*B1';Q1=BB1/SS1;%第二站方差B2=(t2-t2_average)?"2;BB2=C2*B2';Q2=BB2/SS2;%離散系數(shù)Ed 二(0?58*86?4)"2*(Q2-Q1)/(2*(t2_average-t1_average)*24*60);B=[t1_averaget2_averageQ1Q2Ed]B=

19.9962 69.8404127.2083267.83622.4601iii=1iii=1廠=158.37=19.996min1 7.92328.25= =69.840min2 4.7i=1 i=1 1LC1007.497.92=127.208min2ii=1c2產(chǎn) = =267.836min212 1LC4.7ii=1Ed2、計(jì)算降解系數(shù)K1和復(fù)氧系數(shù)K2為求降解系數(shù)與復(fù)氧系數(shù)，已經(jīng)得到穩(wěn)態(tài)情況下河流實(shí)測(cè)水質(zhì)資料如表4,流速為20km/d，水溫為5?8°C。表4 穩(wěn)態(tài)情況下河流實(shí)測(cè)水質(zhì)資料斷面號(hào)01234距離/km02468BOD/mg/L2522.620.518.516.8DO/mg/L9.28.47.857.157.5

expt§)—expexpt§)—expt切)u uKL

10

K-K1 2x=[02468];InL=[3.2193.1183.0202.9182.821];pl=polyfit(x,lnL,1)plot(x,lnL,'r-*')-0.0498 3.2184

第四章納污能力計(jì)算和排污消減計(jì)算1、沙河P=90%流量計(jì)算表6序號(hào)年份流量(m3/s)經(jīng)驗(yàn)頻率(%)119681.471.92220041.263.85319731.235.77419781.197.69519861.159.62620091.1111.54719961.0213.46819830.74215.38919720.69417.311019610.67819.231119950.65421.151219760.63723.081319930.63425.001419910.63326.921519750.61728.851620100.53430.77

x=[1.923.855.777.699.6215.3817.3119.2321.1523.0828.8542.3155.7769.2382.693x=[1.923.855.777.699.6215.3817.3119.2321.1523.0828.8542.3155.7769.2382.6930.7744.2357.6971.1584.6232.6946.1559.6273.0886.5434.6248.0861.5475.0088.4636.5450.0063.4676.9290.3811.5425.0038.4651.9265.3878.8592.3113.4626.9240.3853.8567.3180.7794.231719770.51732.691819600.49834.621919640.48436.542019820.47938.462119670.45840.382219900.44542.312319650.41644.232420000.40946.152519740.39148.082620050.38650.002719980.38251.922820070.37553.852919800.37455.773020010.37457.693119940.36359.623219710.35661.543319970.34663.463420080.32965.383519690.31267.313619840.30569.233719630.2971.153819790.27773.083919810.27775.004019870.2776.924119990.26678.854219620.2680.774319890.25882.694419880.25584.624519920.24686.544619850.22788.464719700.2290.384820020.21692.314920060.19994.235019660.17896.155120030.16498.08計(jì)算代碼及圖1像如下：98.08];TOC\o"1-5"\h\zy=[1.471.261.231.191.151.111.020.7420.6940.678 0.654 0.637 0.634 0.633 0.6170.5340.517 0.498 0.484 0.479 0.458 0.4450.4160.409 0.391 0.386 0.382 0.375 0.3740.3740.363 0.356 0.346 0.329 0.312 0.3050.290.2770.2770.270.2660.260.2580.2550.2460.2270.220.2160.1990.1780.164];p=polyfit(x,y,6);y1=polyval(p,x);plot(x,y,'*',x,y1,'r-')Q=interp1(x,y1,90)u=0?18*Q"0?24Q=0.2303u=0.1265沙河枯水期徑狗流量頻率曲線(xiàn)(1960-2010)i.sr010沙河枯水期徑狗流量頻率曲線(xiàn)(1960-2010)i.sr010￥堅(jiān)0?燎設(shè)計(jì)頻率為90%的設(shè)計(jì)流量為0?23m3/s,相應(yīng)流速u(mài)=0?18Q"0?24=0?18*0?23"0?24=0?1265m/s=10?93km/d2、納污能力計(jì)算與排污量削減計(jì)算其中納污能力的計(jì)算公式如下：寸L —K W=31.536(Cse -方S64x2>￡11)XQX1000:365式中，W-一計(jì)算單元的納污能力，kg/d;K---污染物綜合降解系數(shù)，1/d；Co---計(jì)算單元上斷面污染物濃度，mg/L；C---計(jì)算單元水質(zhì)目標(biāo)值，mg/L；L---功能區(qū)長(zhǎng)度，km;Q---計(jì)算單元上斷面的設(shè)計(jì)流量，m3/s；u---計(jì)算單元上斷面的設(shè)計(jì)流速，m/so污水處理廠消減量公式：M=Q（C°-C°S）1000式中，M---消減量，kg/d；Q---污染源流量，m'/d；Co--污染源處污染物濃度，mg/L；Cos—處理后污染物濃度，mg/Lo計(jì)算代碼及結(jié)果如下：%Co為河段上游BOD濃度；Cs為河段下游BOD濃度;L為河段間距離;CBOD為污染源BOD濃度;5：%CBOD1為污染源處理后BOD濃度；Q為污染源5：流量；w為河段納污力；m為消減量；Co=[461046];Cs=[6101064];X=[0.752.55.18.43.0];CBOD=[2801181501200];CBOD1=[252020200];Q=[24008000145032000];symscocsxtrbodbodlq;fori=1:1:5,forj=1:1:5,co=Co(i);cs=Cs(i);x=X(i);t二exp(0?996*X(i)/86?4/2/0?1265);r=exp(-0.996*X(i)/86.4/2/0.1265);w(i)= round((31.536*(cs*tco*r)*0.23*1000/365)*1000)/1000cbod=CBOD(i);cbod1=CBOD1(i);q=Q(i);m(i)=(cbod-cbod1)*q/1000z(i)=w(i)+m(i)endendw=46.5590116.3010 93.1900120.6200—12?8680BH612?。。。0784?。。。0188?5000320?0。。。0NH658559090P301028L690044P6200，12bo680納污力B0D5(kg/d)XwB0D5(mg/1)Wo54s業(yè)s9o京36NS00116.302.521OV業(yè)/PFcns5.12V業(yè)s6120.6200.436w?PFS413-12.873.O54s業(yè)/PFS3削減量(kg/d)B0D5(kg/d)I/2m/ga09蜒&污染源流量Q(m3/d)a9S612.00658.56252gOS00784.00900.30g00gocn188.50281.69g145Os6320.00400.62g32OS413o-12.87S3由表7可知S4-3斷面水質(zhì)目標(biāo)為地表水W類(lèi)，而S3斷面水質(zhì)目標(biāo)為地表水^類(lèi)，故兩斷面間河段不存在納污力，為解決此問(wèn)題需要在 S4-3斷面之前改善水質(zhì)，使S4-3的水質(zhì)優(yōu)于地表水W類(lèi)。3、污水處理率計(jì)算污水全部達(dá)標(biāo)排放的污水處理率的計(jì)算偉捷毛絹廠污水處理率計(jì)算根據(jù)《紡織染整工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，毛絹廠排放污水中 BOD5的濃度應(yīng)W25mg/l,故該廠的污水的BOD去除率應(yīng)為n=(280-25)/280=0.911五龍小區(qū)污水處理率計(jì)算根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，五龍小區(qū)排放污水中的BOD5的濃度應(yīng)符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的B標(biāo)準(zhǔn)，即排放污水中BOD5的濃度應(yīng)W20mg/l，故該廠的污水的BOD5去除率應(yīng)為n=(118-20)/118=0.831子揚(yáng)石油化工廠污水處理率計(jì)算根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，子揚(yáng)石油化工廠排放污水中的BOD5的濃度應(yīng)符合第二類(lèi)污染物最高允許排放濃度的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即排放污水中的BOD5的濃度應(yīng)W20mg/l，故該廠的污水的BOD去除率應(yīng)為n=(150-20)/150=0.867蛤蟆塘小區(qū)污水處理率計(jì)算根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，蛤蟆塘小區(qū)排放污水中的 BOD5的濃度應(yīng)符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的B標(biāo)準(zhǔn)，即排放污水中的BOD5的濃度應(yīng)W20mg/l，故該廠的污水的BOD5去除率應(yīng)為n=(120-20)/120=0.833第五章水質(zhì)模擬計(jì)算與水質(zhì)控制方案優(yōu)化1、水質(zhì)模擬計(jì)算對(duì)于單一河道，很據(jù)自身的特點(diǎn)和沿流量輸入與輸出的狀況，將河道劃分為N個(gè)計(jì)算河段，共N+1個(gè)斷面。分段的原則是使得每一河段大體適用一維水質(zhì)模型的應(yīng)用條件。斷面的編號(hào)從上游到下游依次為 0,1,2，…，i,i+1,…，n.污水不處理的情況下的水質(zhì)模擬計(jì)算，污水不處理的各項(xiàng)污染物濃度如表9示。表9 規(guī)劃水平年污染源資料污染源偉捷毛絹廠五龍小區(qū)子揚(yáng)石油化工廠蛤蟆塘小區(qū)流量/mq/d2400800014503200BOD濃度/mg/L280118150120DO濃度/mg/L1111BOD濃度計(jì)算公式如下:C=C°exp（一亨式中，C---河流斷面下游BOD濃度，mg/L；Co—河流斷面上游BOD濃度，mg/LKl河水中BOD降解系數(shù)，1/d；x7可流兩斷面間的間距，Km；u---河流中水流的平均流速，m/soDO濃度的計(jì)算公式：式中，Cc---河流斷面下游溶解氧的濃度，mg/L；Ccs---河水中的飽和溶解氧濃度，mg/L；Cco---河流斷面上游溶解氧的濃度，mg/L；Co---河流斷面上游BOD的濃度，mg/L；K]---河水中BOD的降解系數(shù)，1/d；K2---河流的復(fù)氧系數(shù)，1/d；x---河流兩斷面間的間距，Km；u---河流中河水的平均流速，m/soBOD濃度及DO濃度計(jì)算代碼如下：u=0?1265;Q=0?23;Q1=2400/24/3600;Q2=8000/24/3600;Q3=1450/24/3600;Q4=3200/24/3600;C0=4;C1=280;C2=118;C3=150;C4=120;x1=0?75;x2=2?5;x3=5?1;x4=8?4;x5=3?0;c0=C0;c=C0*exp(-0?996*x1/86?4/u);c1=(c*Q+C1*Q1)/(Q+Q1);c12=c1*exp(-0?996*x2/86?4/u);c2=(c12*Q+C2*Q2)/(Q+Q2);c23=c2*exp(-0?996*x3/86?4/u);c3=(c23*Q+C3*Q3)/(Q+Q3);c34=c3*exp(-0?996*x4/86?4/u);c4=(c34*Q+C4*Q4)/(Q+Q4);c5=c4*exp(-0.996*x5/86?4/u);%A為各斷面的BOD濃度A=[c