[发明专利]一种基于区间数理论河流环境容量的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及污染减排与污染物排放总量控制等环境管理领域，尤其涉及一种基于区间数计算河流环境容量的方法。该方法可广泛应用于各种河流水环境容量的计算，提高河流流域水环境管理的科学性与管理效率。

背景技术

目前，水环境破坏倍受世人关注，水体污染、水资源短缺已经成为制约经济社会可持续发展和人民生活水平提高的重要因素。我国从20世纪70年代初期开始着手进行水污染防治，经过30多年的努力，虽然水污染在一定程度上有所减轻，但仍没有得到有效控制。根据国家环保部《2011年中国环境状况公报》资料表明：2011年，我国十大水系的469个水质监测断面中，I-III类的断面占61.0％；IV-V类和劣V类水质断面比例则分别为25.3％和13.7％；主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和总磷，可见我国水环境污染的防治工作仍然任重道远。实施污染物排放总量控制是解决区域性水环境污染问题的重要手段。目前，我国污染物排放总量控制正逐步从目标总量控制向容量总量控制过度。而水环境容量计算是容量总量控制的基础和前提，科学可靠的水环境容量计算成果是容量总量控制顺利实施的重要保障，因此开展水环境容量计算的研究具有深远意义。

我国学者自20世纪70年代后期开始研究水环境容量，从确定性水文条件下水环境容量的计算发展到考虑不确定性水文条件下水环境容量的计算。如张家贤等(1991)首先设定目标水质和一定保证率下的最枯月流量，再用一维水环境容量模型计算湖北D河的水环境容量值；曾维华等(1992)基于河水流量、排污量、排污浓度等随机波动性特点，运用随机理论对河流水环境容量问题进行研究，提出了风险水环境容量概念与计算、分配模式；李如忠等(2003)运用未确知数学中有关盲数理论对不确定信息下河流纳污能力计算问题进行了探讨，并以实际水体为例，求得相应可信度水平下纳污能力的未确定期望值；陈丁江等(2010)应用蒙特卡罗模拟方法，分析模型各输入参数的灵敏度以及水环境容量值的概率分布，建立了非点源污染河流水环境容量的分期不确定性分析方法。国外，特别是欧美发达国家，对环境容量该术语使用较少，使用同化容量或最大允许纳污量较多。他们在水环境容量模型方面做了不少研究，逐渐从确定性模型发展到采用随机理论和系统优化相结合的模型研究。如Liebman(1966)等将流量等参数作为确定性变量处理，然后由线性规划方法计算在治理投资最低情况下的水体允许排污水平；Revelle(1968)等用确定性方法把目标函数线性化后用优化模型求污染物允许排放量；Lohani(1979)等把流量作为已知概率分布的随机变量，用概率约束模型对超标风险厂的污染负荷分配进行了研究；Donald(1985)等考虑水质现象等的随机波动性，用一阶不确定分析方法将随机变量转化为等价的确定性变量，通过所构建的优化模型，从而可计算出较为准确的排污口允许排放量；美国的每日最大负荷量(TMDL)计划中也考虑了污染物排放量、河流流量等的时间变化，并且包含了安全临界值以体现TMDL计算过程中的不确定性。

目前尚未有利用区间数理论计算水环境容量的专利，随着人们生态环境保护意识的加强，社会对水环境质量的重视，控制排入水体的污染物和改善水体质量已成为当前社会稳定发展的迫切需要，促使环境容量计算方法不断改进。因此，在国内外已有的计算河流环境容量方法的基础上，将区间数理论应用到河流环境容量的计算，并使之高效、经济、广泛的应用于水污染物总量控制具有非常现实的意义。

发明内容

本发明针对水环境容量的随机、模糊与灰色等不确定性，提供了一种基于区间数理论河流环境容量的计算方法。该方法包括如下几个步骤：首先，收集研究河流水文参数和水质模型参数，结合现场试验确定河流水文参数与水质模型参数的变化范围，其变化范围用区间表示，流量区间最大值和最小值分别用典型丰水年流量和典型枯水年流量表示；流速区间最大值和最小值可以用典型丰水年和典型枯水年的流量实测值表示，或者采用经验公式估算；综合降解系数区间的确定方法同流速区间的确定方法。然后，利用区间数理论建立基于区间数理论的河流水环境容量计算模型，即根据河流实际情况选择水环境容量计算模型，其中河流流量、流速和综合降解系数由实数变为区间。最后，在河流控制单元划分基础上，根据区间数的运算规则，计算获得环境容量区间。该方法具有充分考虑水环境系统具有不确定性的特点，具有科学、简单实用与适用范围广等特点。

本发明的特征在于将水环境系统的不确定性与区间数理论相结合，将各水文参数的不确定性用一区间值表示，然后运用区间数运算规则计算河流的环境容量区间值，满足了弹性管理、适应面广的要求。