[发明专利]基于控制单元面向全过程的流域综合治理技术优化方法

权利要求书

1.一种基于控制单元面向全过程的流域综合治理技术优化方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤一，划分流域综合治理的控制单元；

步骤二，进行流域污染物与水质响应的量化计算：根据流域水问题的严重程度，在污染负荷计算与水质分析的基础上，按照污染物重要性指标，对流域综合治理控制单元进行分类，采用如下计算方法：

ST_j,t＝max_{m＝1,2,3…M}(SA_j,m,t) (1)

其中，ST_j,t为第j个计算单元第t时间总的污染物重要性指标；SA_j,m,t为第j个计算单元第t时间第m种污染物的重要性指标；EL_m,j,t为第j个计算单元第t时间第m种污染物的入河量，t/a；∑_j∈iEL_m,j,t为第i个河段所有相关的第j个计算单元的第t时间第m种污染物的入河总量，t/a；M为污染物种类数，个；

步骤三，建立流域综合治理全过程适用技术清单：

从流域自然水循环及其伴生的污染物的源头-过程-末端全过程出发，构建流域综合治理适用技术清单，该技术清单应逐一列出所选择技术措施，构建全过程的分类列表，具体技术措施包括，一是源头减排技术，二是过程阻断技术，三是末端治理技术；每个大类又对应多个小类；源头减排技术分为：点源减排和面源减排两大类；过程阻断技术分为：分流、调蓄、处理、回用四部分；末端治理技术包括：湿地、水系、内源、补水四方面；

步骤四，确定流域综合治理技术的效率参数与成本函数：

效率参数是指各种污染物的削减能力；成本函数是指随着治理规模的增加，单位削减量所需要的成本变化；

步骤五，面向目标实现流域综合治理措施的优化：

1)目标函数为规划期经济成本净现值最小：

其中，FC为流域综合治理在规划期总成本净现值，元；R为折现率；CJ_j,k,t为第j个计算单元第k种措施第t年的建设成本，元；CY_j,k,t为第j个计算单元第k种措施第t年的运行成本，元；T为未来规划期，年；J为计算单元总个数，个；D_j,k,t为第j个计算单元第t时间采取的第k项措施，D_j,k,t为0-1变量，采用该措施为1，不采用则为0，其中，k＝1,2,3,……K,K为源头减排、过程阻断、末端治理全过程治理措施的数量，个；

2)约束条件为四个平衡关系：

①计算单元污染物平衡：针对每个计算单元，建立污染物的物质平衡关系如下：

其中，EL_m,j,t为第j个计算单元第t时间第m种污染物的入河量，t/a；其中，PL_m,j,t为第j个计算单元第t时间第m种污染物的排放量，t/a；RJ_j,k,m为第j个计算单元第k种措施第m种污染物的削减率；

②计算单元水量平衡：针对每个计算单元，建立水量的物质平衡关系如下：

其中，EQ_j,t为第j个计算单元第t时间入河水量，m³/s；PQ_j,t为第j个计算单元第t时间排放水量，m³/s；RQ_j,k为第j个计算单元第k种措施的水量削减率；

③河道污染物平衡：建立河段水质目标与计算单元污染物排放与水量之间的关系，具体计算公式如下：

其中，j∈i表示第j个计算单元属于第i个河段；K_m,j为第j个计算单元第m种污染物的降解系数，1/s；x_i为第i河段的长度，m；u_i,t为第i个河段第t个时间的流速，m/s，Q_i,t为第i个河段第t个时间初始断面的入流流量，m³/s；CS_m,i,t为的i个河段第m种污染物第t个时间的水质目标浓度值，mg/L；CI_m,j,t为第j个计算单元第t个时间第m种污染物的浓度，mg/L；

④河道水量平衡：体现河道生态流量的刚性约束，具体计算公式如下：

∑_j∈iEQ_j,t+Q_i,t-SP_i,t≥EP_i,t (8)

其中，SP_i，t为第i个河道第t时间的取水量，m³/s；EP_i，t为第i个河道第t时间的的生态流量指标，m³/s；K_j,t为第j个用户第t时间的排水系数；

根据以上目标函数和约束条件，采用遗传算法、非线性规划方法进行求解，得到不同时期最优的决策变量。