[发明专利]一种兼顾区域公平和污染源治理差异的水污染负荷分配方法

权利要求书

1.一种兼顾区域公平和污染源治理差异的水污染负荷分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一.选取评价指标，基于各行政区评价指标及现状污染负荷，计算各指标基尼系数及其权重；

步骤二.根据各指标基尼系数及其权重，计算现状综合基尼系数；

步骤三.设置总量控制约束，根据各水功能区限制排污总量作为总量控制目标，并据此确定每种污染物的区域和污染源削减率；

步骤四.设置公平性约束，候选分配方案的综合基尼系数不大于现状综合基尼系数，公平性不会变差；

步骤五.设置削减率约束，根据各水功能区的总量控制目标，首先确定水功能区污染物总削减率，同时结合各污染源治理水平的差异，在技术可行和经济合理条件下，为各污染源设定污染物入河量削减率上限和下限；

步骤六.确定各行政区涉及工业废水的吨水治理费用；

步骤七.确定各行政区城镇生活污水吨水治理费用；

步骤八.基于各行政区市政提标需求，确定市政提标改造的吨水治理费用；

步骤九.确定各行政区工业废水、城镇生活污水、市政提标改造的单位污染负荷治理费用；

步骤十.根据各行政区现状污染负荷和最大允许排放负荷，计算综合治理费用；

步骤十一.基于多目标优化算法对以综合基尼系数最小和综合治理成本最低为目标函数、以总量控制、公平性不变差、削减率技术可行经济合理为约束条件的水污染负荷分配问题进行求解；

所述步骤一中计算各指标基尼系数及其权重的具体方法为：

式中，G_j为基于某个指标j的基尼系数；X_j(i)为指标j的累计百分比；M_j(i)为第i个分区内j指标值；Y_j(i)为指标j的污染物入河量累计百分比；W_j(i)为第i个分区内j污染物的入河量；n为分配区域的个数；当i＝1时，(X_j-1，Y_j-1)视为(0，0)，

y_ij＝x_i/z_ij

式中：x_i为第j个分区内分配的最大允许污染物入河量；z_ij表示第i个分区内第j个指标的实际值；y_ij为第i个分区内第j个指标的单位负荷污染物量；p_ij为第j个指标、第i个分区的单位负荷污染物量所占权重；e_j为第j个指标的单位负荷污染物量的信息熵；w_j为第j个指标的权重；n为分区的个数；m为评价指标的个数；

所述步骤二中计算现状综合基尼系数具体方法为：

式中，G₀为现状综合基尼系数；G_j0为基于某个指标j的现状基尼系数；w_j0为第j个指标的权重；m为指标的个数；

所述步骤三中确定每种污染物的区域和污染源削减率的方法为：

WD_i＝(1-qd_i)×PD_i

式中：n为分区数量；np为污染源种类；W为某污染物的限制排污总量；WD_i为第i个分区内污染物最高允许入河量；为第i个分区内第k种污染源的污染物最高允许入河量；PD_i为第i个分区内污染物现状入河量；为第i个分区内第k种污染源的现状污染物入河量；qd_i为第i个分区内污染物削减率；第i个分区内第k种污染源的污染物削减率；

所述步骤四中公平性约束为：

G≤G₀

式中：G为候选分配方案综合基尼系数；G₀为现状综合基尼系数；

所述步骤五中削减率约束为：

式中：P为水功能区现状入河负荷；W为水功能区限制排污总量；r为水功能区污染负荷削减率；i为分区编号；为第i个分区内第k种污染源的现状污染物入河量；为第i个分区内第k种污染源的污染物最高允许入河量；分别为第i个分区内第k种污染源污染物削减比例的可行上下限；

所述步骤六中确定各行政区涉及工业废水的吨水治理费用方法为：

NC_工业＝(Y₂+M×Y₃)×(1+i′)^n′/10000

式中：NC_工业为工业废水吨水治理费用，单位为万元/t，即万元每吨；Y₂为运行费用，单位为元/m³水，包括能耗费、折旧费、原材料费、维修费、工资、管理费和其他费用；Y₃为电耗费用，单位为度/m³水，即设施运行过程中的用电量；Q为设计处理水量，单位为m³/d即立方米每天；M为当地电费单价，单位为元/度；i′为物价上涨率5％；n′为治理费用调研的基准年至今年限；

所述步骤七中确定各行政区城镇生活污水吨水治理费用方法为：

NC_城镇＝Y×(1+i′)^n′/Q×24×365×nd

式中：Y为城镇污水处理总费用，单位为万元；Q为处理水量，单位为t/h，即吨每小时；η为处理效率；k₁、k₂、k₃、k₄为参数；NC_城镇为城镇污水的吨水治理费用，单位为万元/t，即万元每吨；i′为物价上涨率5％；n′为治理费用调研的基准年至今年限；nd为折算年数；

所述步骤八中确定市政提标改造的吨水治理费用方法为：

式中：为城镇污水处理厂污染物排放标准中三级标准提标为二级标准的吨水治理费用，单位为万元/t，即万元每吨；为城镇污水处理厂污染物排放标准中二级标准提标为一级标准的吨水治理费用，单位为万元/t，即万元每吨；为城镇污水处理厂污染物排放标准中三级标准提标为一级标准的吨水治理费用，单位为万元/t，即万元每吨；AS为实际处理规模，单位为万t，即万吨；D为设计规模，单位为万t，即万吨；a、b、c、d、l、g、k、h为参数；

所述步骤九中确定各行政区工业废水、城镇生活污水、市政提标改造的单位污染负荷治理费用计算方法为：

式中：η_l废污水处理设施对第l种污染物的处理效益；I_l废污水处理设施第l种污染物的进水浓度，单位为mg/L；E_l废污水处理设施第l种污染物的出水浓度，单位为mg/L；S_l第l种污染物的排放标准，单位为mg/L；β_l废污水处理设施第l种污染物的处理费用系数；Q为设计处理水量，单位为m³/d，即立方米每天；C_l废污水第l种污染物的单位负荷处理费用，单位为元/t，即元每吨；NC废污水的吨水处理费用，单位为元/t，即元每吨；np污染源种类；

所述步骤十中计算综合治理费用的方法为：

式中：C为污染物治理费用单位为万元；n为分区个数；s为污染源数量；为第i个分区第k种污染源的污染物现状入河量，单位为吨；为第i个分区第k种污染源的污染物最高允许入河量，单位为吨；为第i个分区第k种污染源的单位污染负荷治理费用，单位为元/t，即元每吨。