水污染控制课程论文

课程论文学号： XX13020300XX 姓名： XXX专业：水利水电工程指导老师：朱亮老师任课老师：朱亮老师水质水量联合调度研究现状和发展趋势XXX（河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098）摘要：水资源短缺和水质恶化等问题是当前制约我国社会经济发展的重要因素之一，可通过水质水量联合调度方式解决我国当前水资源问题。

介绍了水质水量联合调度的概念和重要性，简析了国内外水质水量联合调度的研究现状。

针对现有的调度模型进行了分析，提出了水质水量联合调度中存在的水质水量相互影响考虑不足缺少统一有效的模型空间分配模型欠缺等问题，并对我国水质水量联合调度研究工作进行了展望。

关键词：水质水量；联合配置；研究进展；调度模型1 引言水资源短缺是制约经济社会可持续发展的主要因素之一，缺水很大程度上是由于资源得不到科学分配和合理利用所造成，因此加强水资源的管理调度是提高水资源利用效率的重要方向。

水量调度管理是一个逐渐发展的过程，从最初的用水量控制为主到总量与用水效率并重。

随着社会生活水平和工业化程度的提高，水质恶化逐渐成为缺水的重要原因，频繁发生的水污染事件使得环境质量降低，生态系统退化。

从水务一体化管理的发展趋势来看，水量和水质的联合调度是未来水量调配和水污染控制的主要决策技术。

从配置的角度分析，水量和水质是水资源的二重属性，二者相互影响不可分割，不同用水对水量水质的要求不同，需要结合水质要求对水量进行分配。

从污染控制的角度考虑，水资源开发利用影响水循环，进而影响到水污染的治理，因此污染控制应和水资源开发利用统一考虑才能实现流域水环境质量的根本改善，通过水质水量联合模拟的模型和方法，实现对区域水量和水质的联合调度，达到水资源利用与区域环境保护的双重目标。

实现水质水量统一合理的配置，必将有利于水环境与生态的改善和保护，最终实现水资源开发利用的良性循环。

本文联系最新发展动态归纳总结了水质水量联合调度的具体概念，通过对国内外水质水量联合调度的研究现状发现现有的问题。

并针对现有的调度模型进行分析，从而提出我国水量水质联合调度过程中存在的问题和急需改进之处。

2 水质水量联合调度研究概况水质水量联合调度的基本思路是：根据水资源管理的需求，水量水质联合调控的目标包括污染控制、水量配置和水生态保护。

根据不同目标给出相应的控制方案，最后进行水量水质联合配置，形成总量控制方案，并进行方案后评估分析。

2.1 国外研究概况水质水量联合调度是指按照流域水资源综合管理的理念，以防洪安全保证为前提，以流域水生态功能目标需求为导向，依托各种水利工程或非水利工程调度措施，优化调整径流的时空分配特征，从而实现水资源的经济、社会和生态环境综合效益最大化的一种水资源开发利用模式。

按照调度目标指向可以分为以提高水环境容量改善水质状况为目标的水质调度和以保障环境流量为目标的生态调度，按照调度所依托的水工程类型可以分为水库（群）调度、闸坝（群）调度及流域综合调度，按照时段划分可以分为常规调度和应急调度。

国外对于水质水量联合调度的研究较早。

从20世纪80年代后期，随着水资源研究中量与质统一管理理论研究的不断深入，国际上从单纯的水配置研究发展到水量、水质统一配置模型研究，从追求流域经济最优到追求流域总体效益最优为目标的合理配置研究，更加重视生态环境与社会经济的协调发展。

Afzal Javaid等人于1992年提出了针对某个地区的灌溉系统建立了线性规划模型，对不同水质的水量使用问题进行优化该模型能得到一定时期内最优的作物耕种面积和地下水开采量等成果，在一定程度上体现了水质水量联合调度的思想[1]。

Lind.Owen.T等人，在2002年对查帕拉湖进行水质分析时，发现水质问题明显取决于水量，这就决定了水质水量问题必须统一协调考虑[2]。

Gines.Munoz.J，2006提出将水质水量协调统一的方法用于解决水质有问题的大坝，建立系统评价模型决定大坝下泄水量等数据，该实例详细描述了解决水质问题的方法[3]。

Vink.S等人在2009年针对Bowen盆地进行的研究中，分析了水质水量中存在管理与被管理脱节的问题，而后者作为一个单独的环境问题正越来越明显，由此得出水质水量问题必须作为一个综合系统进行管理[4]。

综上所述，国外对水资源配置的研究从地表水和地下水的联合调度开始，在水量调度的基础上，逐渐将水质加入对水量调度的分析中在对不同的湖泊河流的研究中，发现了水质和水量之间存在着不可忽略的互相影响关系，得出了水质水量联合调度在水资源调度中的重要性针对不同河流湖泊的具体情况，国外学者综合考虑了水质水量的联合合理配置，也提出了解决相应问题的水质水量联合调度模型。

2.2 国内研究概况20世纪90年代，随着社会经济发展对水资源优化配置的需求变化，我国的水质水量联合调度研究逐步开展。

在1996年，徐贵泉等研制出适应性较强的河网水量水质统一模型——Hwqnow模型，提出了调水改善水环境的措施，并应用于上海浦东新区河网水环境而进行的调水方案研究[5]。

同年樊尔兰等在分析水库水温、水质与取水水位的基础上，建立了分层型水库水量水质综合优化调度的动态确定性多目标非线性数学模型，运用逐次逼近的逐步优化法对数学模型进行求解计算[6]。

张文鸽于2003年在《区域水质水量联合优化配置研究》中，以可持续发展为基础，以社会、经济、环境综合效益最大为目标，建立了区域水质水量联合优化配置模型。

模型中考虑了社会目标、经济目标、环境目标的识别和度量方法，给出了三类目标的具体表达式[7]。

在2004年，王好芳等则提出基于量与质的多目标配置模型，在水资源配置中嵌套了水质分析模型，为了使有限的水资源更为有效地发挥其使用价值，在其合理配置时应充分考虑水资源的水质，使不同水质的水资源尽量满足不同行业或用户的生产、生活需要[8]。

在2005年，郭新蕾结合岐江河及相关水系的实际情况，建立了相应的水动力模型，并与反映耗氧有机物的BOD5-DO水质模型相耦合，形成了水动力水质模型[9]。

同年曹茜建立目标函数为绿色效益最大的水资源配置模型，将水质状况代入模型，构建了以水资源价值为基础的分质供水引导模式，初步实现了分质供水，实现了配置过程中水质与水量的耦合[10]。

在2006年，吴浩云提出了水量水质一、二维模型耦合模拟的逐时段嵌套模式，建立了考虑供水保证、水质改善、防洪安全等多目标选择的优化调度模型，并以交互方式实现水量水质模型与调度模型间的耦合[11]。

2007年，牛存稳在分布式水文模型（WEP-L）的基础上建立了流域水量水质综合模拟模型。

该模型描述了不同点源和面源污染物的产生过程、入河过程及其在河道中的迁移转化过程，为水量水质综合调度提供了很好的工具[12]。

2010年，游进军等总结了水量水质联合调度的思路，提出根据不同目标给出相应的控制方案，最后进行水量水质联合配置，形成总量控制方案并进行评估[13]。

2012年，朱磊等针对干旱半干旱地区的重度污染河流，建立了水质水量响应关系程序，对不同频率来水条件下的丰、平、枯水期的水质水量响应关系做了定量研究[14]。

综上所述，国内水质水量联合调度始于平原河网和湖库的水环境整治工作。

在2003年全国水资源综合规划工作中，水资源数量与质量联合评价方法已作为研究的重点之一。

2005年的第四届环境模拟与污染控制学术研讨会上，明确指出水质水量的联合配置和调度是水资源优化配置的研究方向。

但“十二五”以前，国内对水质性缺水及水质水量联合配置研究还比较少，在配置过程考虑水质影响主要体现在分质供水思想，以水质作为约束条件来进行水资源优化配置。

3 水质水量模型建立的研究国外以水资源系统分析为手段，水资源合理配置为日的的研究始于20世纪40年代，随着大系统分析理论、数学规划和模拟优化技术等在水资源领域的应用，促进了水资源优化配置模型的不断发展。

本文主要介绍以下几种配置模型：基于地理信息系统的水质水量联合配置模型、基于数值模拟的水质水量联合调度模型、基于生态经济学的水质水量联合调度模型。

3.1 基于地理信息系统的水质水量联合配置模型在对传统的流域水质评估方法的改进中，可采用地理信息系统（GIS）进行野外数据采集和水质水量模拟。

该技术包含两个方面：①基于GIS的数据采集；②模型拟合。

基于GIS的数据采集是指通过便携式电脑、无线通信和互联网技术实现采集数据。

模型拟合是指采用基于GIS的分布式模拟预测流域的水质和水量。

这种模型的建立主要着眼于解决水质水量测量问题，通过选择合适的野外站点，这种方案可以将各站点采集到的水质参数图形化，并将这些数据与当地的土地土壤类型和河流水文特征结合起来。

这些成果形成的数据体系在各方面都较为全面可信，为水质水量的联合调度提供有利的条件。

3.2 基于数值模拟的水质水量联合调度模型该模型针对水质水量模型优化的复杂性，对水质水量数值模拟的格式算法、优化调度的目标函数及约束条件、模拟与优化模型的协调衔接等关键环节，提出了合理可行的处理方法。

该模型的目标函数为： ∑=-=n i it it i C G F 12))((min ϕθ （1）式中：n 为分区数；i θ为第分区水质改善的权重系数；it C 为第t 时段第i 分区的水质控制指标；it G 为第t 分区第i 时段的分水量；)(it G ϕ为第t 时段第i 分区引入it G 水量时水质指标的状态响应函数。

模型的约束包括水量平衡约束、水质控制约束和工程控制方面的约束。

在模型求解方面，可采用动态规划进行求解。

在动态规划递推过程中，对每一组合策略需调用水量水质模拟模型进行浓度计算；递推与回代计算完成后，得到各分区分水方案。

据此确定主要水工建筑物的运行方案，然后利用水量水质模拟模型进行模拟计算得到受水区控制点水量水质的分布状态，转入下一时段计算。

如此循环，得到整个调度时段的配水方案。

这一模型适用于水资源空间分配上实现宏观调度与微观模拟的结合。

但该模型只在时段内水量空间分配上实现了水资源的宏观调度与水量水质微观模拟的结合，还有待在整个调度期进行深化。

3.3 基于生态经济学的水质水量联合配置模型该模型以生态经济系统结构优化限制因素原理，由配置方案生成模型和配置方案效果评价模型组成，考虑生态经济系统的生态经济阈和水质水量联合配置可行方案拟定。

该模型侧重于在生态经济学的指导下协调生态环境效益、经济效益和社会效益，因此是一个复杂的多目标模型。

为保证其可行性，借助多个模型组成的模型体系来实现，该模型体系分为成水质水量配置方案的核心模型和辅助模型两类。

而在每个模型的建立中，由于水资源生态经济系统的社会效益和生态环境效益构成复杂，很多效益方面无法进行量化，也即定量的评价无法满足要求，需要有不确定性评价来做补充和完善。