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A题：“截排”vs“清源”
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截排VS清源(1)
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3秒自动关闭窗口中南大学：“截排”vs“清源”
来源：[ 字号：大 中 小 ]
马婷 翁翱 栗滨
为解决深圳市水环境建设系列问题，深圳市政府决定采取“清源”、“截排”等系列措施应对。为实现对措施计划的量化分析，本文建立制度综合评价模型、措施规划模型及政府计划合理性模型，对该市的情况及政策予以评价分析。
首先，为了实现对雨水“分流”、“混流”制度的影响评价，建立基于层次分析（AHP）的模糊综合评价模型，选择治水成效、建设投资、建设困难度、资源利用与环境保护作为准则层，选择13个指标作为指标层，通过层次分析得到准则层的权重分别为0.42,0.27, 0.12,0.19，在此基础上通过专家打分的模糊综合评价方法得到两种制度的最终得分为“分流”2.761,“混流”2.395。由于专家打分较为主观且偶然误差较大，采取基于蒙特卡洛模拟的改进评价模型予以修正，通过定义不同指标的不同参数正态分布，模拟专家打分机制，得到200组专家的打分结果，两项制度得分的均值分别为2.657, 2.383，其结论与模型一一致，同时可以从结果中看到不同制度打分的分布离散情况。
然后，为了实现因地制宜选择“清源”、“截排”措施，建立基于非线性隶属函数的措施评价模型。首先将深圳市按河流流域及政治区域划分为8个区域，通过定义模型一各指标的量化计算方式，将各区域数据带入求得不同区域指标值，由于指标前后期相同的变化量引起评价值的变化量不同，选择以非线性隶属函数为映射方式得到隶属度，将指标分为成本型与效益型分别映射，进而通过模糊综合评价方法得到不同区域实施“清源”、“截排”的得分，进而通过比较得分选择不同措施。
由于对某个地区而言，可能出现“清源”、“截排”两种措施共存时最优的情况，故建立多目标规划模型求解各措施最优实施率。定义目标函数为最小化成本型指标总值，最大化效益型指标总值，约束条件为两项措施实施率平方相加为1。以南山区为例利用lingo求解得到“清源”、“截排”计划实施率分别为：0.847,0.532。
最后，为实现对政府治污的“一、三、五、八年目标”的合理性评估，建立BP神经网络模型。将合理性定义为：经济性、可操作性、环保性、时效性四方面，基于已实施排污系统改善的城市经验，分别量化定义四方面为四项指标，各城市改善效果以得分形式作为输出，通过BP神经网络算法得到深圳市的最终得分为0.475，位居所有选取城市的第二名，说明该项政策较为合理。
关键词：基于AHP的模糊综合评价 蒙特卡洛模拟 非线性隶属函数
多目标规划 BP神经网络
编辑： 梁硕芳
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截排VS清源
导读：（1）设计暴雨过程计算采用目前排水规范应用的暴雨强度公式：i?A1(1?ClgT)n（t+B）式中，i为暴雨强度，mm/min；t为降雨历时；T为重现期；A1，C，B，n为地方参数，可查设计手册，或据实测暴雨资料确定。（2）降雨过程计算累计雨量可用下式表达：SRr?C1式中，Pn为前期影响雨量；SPr为累计雨量；SRr为累计产流量；Cp、C1为产流公式参数，
（1） 设计暴雨过程计算
采用目前排水规范应用的暴雨强度公式：
i?A1(1?ClgT) n（t+B）
式中，i为暴雨强度，mm/min；t为降雨历时；T为重现期；A1 ，C，B，n
为地方参数，可查设计手册，或据实测暴雨资料确定。
（2） 降雨过程计算
累计雨量可用下式表达：
式中，Pn为前期影响雨量；SPr 为累计雨量；SRr为累计产流量；Cp、C1为产流公式参数，不同水文分区取值不同。
（3） 流量过程计算
推求流量过程可采用等流时线法、经验单位线法、瞬时单位线法、水力学法等。瞬时单位线法是指无穷小时段内流域上均匀的单位净雨所形成的地面径流过程线。纳希用几个线性水库串联后，推导出纳希瞬时单位线公式如下：
t1tn?1?ku(t)?()e K?(n)K
式中，n为水库数或调蓄次数；K为分段内的传播时间；?(n)为伽玛函数。借助S曲线可将瞬时单位线转化为时段长为?t 的时段单位线u(?t,t) ，便于实际应用。
s(t)??u(t)dt 0t
u(?t,t)?1[s(t)?s(t??t)] ?t
t根据瞬时单位线，用卷积公式可求出流量过程： Q(t)?Kt?R(t??)u(?)d? 0
式中，Kt 为考虑流域面积及计算时段长的单位换算因子；n、K为参数，可由实测资料确定，或查有关资料用经验公式计算。
（4） 径流污染物浓度计算
采用非点源运动波模型计算，其基本假定为：流域下透水，污染物守恒，在降雨开始前均匀分布于整个流域，并在径流中均匀混合。径流污染物浓度的运动方程如下：
?Ct?2Cr?CC?h?D2?ur?r ?t?x?xhT?t
式中，Cr 为污染物浓度；hT 为总净雨深；h为净雨深；D为弥散系数；u
为平流质点流速。由假定运动方程简化为：
dCrCdh??r dthTdt
Cr?Cr0ht?hhT
式中 Cr0 为积分常数表示降雨开始时的污染物浓度。
径流中污染物总量为：
1MW?CmFhT(1?) e
MW Cm?1FhT(1?)et
式中 F为流域面积；MW为污染物总量。
采用下式计算污染物冲刷总量：
式中 q为污染物冲刷率模数；T为降雨冲刷历时。
（5） 混合流污染物浓度计算
根据计算区域规划人口情况，工业布局等确定旱季流量Q和旱季污染物浓度C，将合流制管渠模拟为拟为；零维完全混合反应器，则混合流的污染物浓度用下式计算：
Ch?C?Q??CrQi Qr+Qi
式中 Ch 为混合流污染物浓度。
（6）截流倍数确定
用非稳态水质模型模拟不同截流倍数下受纳水体的水质变化情况，与受纳水体环境保护目标进行对照，满足受纳水体环境保护目标的最小截流倍数即为所求。[5]
综上：采取“分流”的收集机制相比于混流来说，首先则是不会有使得COD浓度偏低，从而影响设备损耗的问题。其次，由于把污水和雨水分开，从而减小了污水处理厂的处理量，从而减小了其成本。只是分流的措施增加了修污水管网的费用以及梳理居民错接污水管的费用，但与污水处理系统没有关系。
3.2 分流对污水处理系统的影响
经过查阅资料可知，采取分流的收集机制相比于混流来说，首先则是不会有使得COD浓度偏低，从而影响设备损耗的问题。其次，由于把污水和雨水分开，从而减小了污水处理厂的处理量，从而减小了其成本。只是分流的措施增加了修污水管网的费用以及梳理居民错接污水管的费用，但与污水处理系统没有关系。
3.3 分流与混流对海绵城市建设的影响
所谓的“海绵城市”，就是在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性[6]。
“混流”收集方式会让许多雨水跟随污水流到污水处理厂进行处理，造成地表缺水，从而破坏生态，不利于海绵城市的建设。
“分流”收集机制则有利于海绵城市的建设，能充分利用雨水资源，将多余的雨水储存起来，在需要的时候又能及时的取出来进行利用。
3.4“截流”与“清源”的判定条件
3.4.1 采取截流所需费用
若采用“截流”方式，则主要产生的费用有由于雨量过大时导致的污水处理厂超负荷而造成的污水溢出从而需要进行处理的费用 w溢，以及因截流造成的
“缺水”现象产生的“补水”费用w补，还有扩建污水处理厂所需的费用w扩 以及扩建的那些污水处理厂一年内的运行成本费用w运。
而处理污水溢出的费用又主要由污水厂的污水日处理量f以及当日流入污水处理厂的总污水量Pij（其中i表示月份，j表示第i月的第j天，且假设每一
个月都为30天）有关。设处理单位体积的污水所需要花费的费用为w0 ，则一
年所需要的花费总额w溢为：
w溢???(Pij?e)w0
i?1j?11230
考虑所需的补水费用w补。它与每天流入污水处理厂的雨水流量qij （同
样的这里i表示第i月份，j表示第i月份的第j天，且假设每个月都为30天）以及所补单位体积的水所需的费用w1 的关系为：
w补???qijw1
i?1j?11230
而考虑污水处理厂扩建的费用时，应考虑建立怎样规模的污水处理厂才能使得既能达到污水处理的效果，又能使得建设污水处理厂的成本尽可能的低。根据收集到的数据，得到建立不同规模的污水处理厂与所需的运行成本的关系见表2：
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