1、Matlab 课程设计题目：河流污染物总量控制规划第一章 总论一、目的和要求环境系统工程是环境工程专业重要主干课程之一。通过课程设计，使学生进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合具体的环境系统问题，进行系统解决方案的优化。通过课程设计的综合训练，提高学生利用系统工程方法解决实际问题的能力，特别是： 1、环境系统工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用；2、环境系统模型的建立过程与建立方法；3、利用计算机编程节能型环境系统模型参数进行求解、模型的灵敏度分析等；4、环境问题解决方案的优化方法；5、综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题；6、熟悉、贯彻国家环境保护法规及其它有
2、关政策。二、设计任务题目：某河流污染物排放总量控制规划根据设计原始资料，设计河流城区段水环境的污染物总量控制及污染物消减方案，并编制规划方案说明书。三、设计内容、步骤和方法1、通过对该河流的自然特征、水文特征以及水质调查分析的基础上，对该河流的污染状况进行评价，确定该河段的主要污染问题及主要污染因子。2、根据河流的水文特征，建立适宜的环境水质模型，估算模型中的参数，并对模型进行检验。在此基础上，建立环境容量模型，计算该河流的环境容量、允许排放量，并合理分配到各个污染源。3、选定某一支流，按照其允许排放量，合理分配到支流的各个污染源，并根据各个污染源的水质、水量情况，优化设计各个污染源污染物的消
3、减工艺。第二章 原始资料一、河流概况沙河是盐河的直流，干流全长 30 公里，流域面积 206 平方公里。一般流量在，本次规划河段长度为 19.75 公里，是非潮河段；两岸分布的主要污染源有：伟捷毛娟厂，子扬石油化工厂，五万居民的五龙小区和二万居民的蛤蟆塘小区。 毛绢厂 五龙小区 石化厂 蛤蟆小区老 右 沟 河 （ 水 源 ）新 健 河 炮 守 营 河 劈 材 沟 河第 一 稳 定 段 第 二 稳 定 段单 位 ： 公 里 ； 1.2345为 五 个 主 要 水 质 监 测 控 制 断 面第二章 污染源现状和水体水质评价1、水质目标按照沙河两岸近期（2015 年）环境规划，结合当地技术经济条件，
4、提出不同河段的水质目标组，S9 断面水质目标为地表水类，S3 断面水质目标为地表水类，S8 及 S4-3 断面水质目标为地表水类，S7 及 S6 断面水质目标为类。规划情况下水温取 10。2、水质现状资料根据沙河河床和排污口的排污情况以及各支流输入的位置，选定了六个主要监测断面和四个辅助监测断面。自 2009 年 8 月至 2010 年 4 月（包括丰、平、枯水期和冰封期） ，对各监测断面进行了 8 次连续 48 小时的水文水质同步监测，共采集分析了二千多个样品，主要监测结果为表 1 。表 1 沙河实测水质资料月份 断面 流速 m/s 流量m/s 水温 BOD5mg/l DOmg/l 分类S9
5、 0.43 0.473 20 1.29 7.8 类S8 0.291 0.622 22.85 5.9 7.33 类S7 0.291 1.695 22.85 3.87 7.43 类S6 0.175 2.07 22.32 3.165 7.06 类S43 0.175 3.119 22.32 2.86 8.9 类8S3 0.175 4.17 22.32 1.632 8.27 类S8 0.161 0.377 14.28 26.51 7.53 类S7 0.161 0.686 14.28 15.24 9.59 类S6 0.132 0.644 13.87 6.04 9.47 类10S43 0.32 1.359
6、13.87 2.76 10.2 类S8 0.152 0.195 5.76 35.53 10.35 类S7 0.152 0.706 5.76 22.55 12.06 类S6 0.167 0.684 3.68 8.515 11.95 类11S43 0.167 1.044 3.68 5.45 12.56 类S8 0.134 0.106 0.3 53.08 7.55 类S7 0.134 0.354 0.3 32.79 9.88 类12S6 0.1 0.454 0.1 21.24 11.03 类S43 0.1 0.708 0.1 12.28 14.04 类S8 0.116 0.096 2.38 68.7
7、1 7.57 类S7 0.116 0.27 2.38 44.47 7.59 类S6 0.167 0.37 0.167 15.91 9.32 类1S43 0.167 0.492 0.167 6.73 10 类S8 0.085 0.075 4 79.87 6.19 类S7 0.085 0.141 4 47.64 6.5 类S6 0.067 0.161 0.1 28.8 8.86 类2S43 0.067 0.368 0.1 13.28 8.78 类S8 0.1 0.148 7.54 46.2 7.27 类S7 0.1 0.317 7.54 22.52 9.05 类S6 0.129 0.417 6.7
8、15 8.78 9.66 类3S43 0.129 0.636 6.715 5.02 12.27 类由表中数据可知，在各监测断面上 DO 均达到水质目标，且均达到类水质标准，而部分监测断面 BOD5 未达到水质目标，求 BOD5 的污染指数：式中， -第 i 中污染物的单项污染指数；-第 i 种污染物的实测浓度，mg/L；-第 i 种污染物的评价标准，mg/L。水质评价代码及图像如下：bodi8=5.9 26.51 35.53 53.08 68.71 79.87 46.2;bodpi8=bodi8/6;bodi7=3.87 15.24 22.55 32.79 44.47 47.64 22.52;
9、bodpi7=bodi7/10;bodi6=3.165 6.04 8.515 21.24 15.91 28.8 8.78;bodpi6=bodi6/10;bodi4=2.86 2.76 5.45 12.28 6.73 13.28 5.02;bodpi4=bodi4/6;A=bodpi8;bodpi7;bodpi6;bodpi4X = 1 2 3 4 5 6 7;plot(X,A) A =0.9833 4.4183 5.9217 8.8467 11.4517 13.3117 7.70000.3870 1.5240 2.2550 3.2790 4.4470 4.7640 2.25200.3165
10、0.6040 0.8515 2.1240 1.5910 2.8800 0.87800.4767 0.4600 0.9083 2.0467 1.1217 2.2133 0.8367注：编号 17 依次代表 8、10、11、12、1、2、3 月份。表 2 沙河各月份各断面 BOD5 污染指数（mg/l）月份 8 10 11 12 1 2 3断面 污染指数S9 S3 S8 4.42 5.92 8.85 11.45 13.31 7.7S7 1.52 2.26 3.28 4.45 4.76 225S6 2.12 1.59 2.88 S4-3 2.05 1.12 2.21 备注：空白处为 BOD5 达标由
11、表 2 可知，监测断面 S9、S3 各月均达到 类水质要求目标，且均可达到类水质；而监测断面 S4-3、S6 在 12、1、2 月水质未达标，S4-3 断面在 1月达到类水，12、2 月均未达到类水，而 S6 断面 12、1、2 均未达到类水；最后监测断面 S8、S7 绝大多数月份不达标，且 S8 断面污染较为严重，距离要求的类水差距较大。所以该河段的 BOD5 排放情况较为糟糕。第三章参数估计1、推求纵向离散系数 Ed为 了 推 求 该 河 段 的 纵 向 离 散 系 数 Ed， 选 择 某 一 均 匀 河 段 ， 通 过 投 放 非降 解 的 诺 丹 明 示 踪 剂 试 验 。 试 验 情
12、 况 如 下 ： 示 踪 剂 瞬 间 从 岸 边 投 人 河 中 ， 在下 游 分 别 距 投 放 断 面 2300m和 4000m的 测 站 测 得 示 踪 剂 流 过 时 的 浓 度 过 程 线C-t， 如 表 3所 示 ， 其 时 间 t的 起 算 点 以 第 一 测 站 为 准 。 两 测 站 间 河 道 的 平 均水 深 H=0.9m， 平 均 水 面 宽 B=20.0m， 平 均 摩 阻 流 速 u*=0.12m s。表3 示 踪 剂 试 验 记 录第一测站 第二测站t/min C/mg/L t/min C/mg/L t/min C/mg/L t/min C/mg/L0 0 33
13、0.29 37 0 92 0.18 3 0.23 36 0.23 42 0.08 97 0.12 6 0.58 39 0.18 47 0.24 102 0.08 9 0.83 42 0.14 52 0.44 107 0.06 12 0.96 45 0.12 57 0.60 112 0.03 15 0.96 48 0.09 62 0.65 117 0.02 18 0.87 51 0.06 67 0.61 122 0.02 21 0.76 54 0.04 72 0.53 127 0.02 24 0.63 57 0.03 77 0.43 132 0.01 27 0.51 60 0.02 82 0.3
14、3 137 0.01 30 0.39 63 0 87 0.24 142 0由一维水质迁移转化基本方程式解得下游 X 处的示踪剂浓度变化过程为:EdtuxMtxC4)(epdt4),(首先验证下游测站是否在一维纵向分散段内，即示踪剂是否在测站断面上混合均匀。横向扩散系数 Ey=0.6Hu*=0.60.90.12=0.0648 /s两测站间河段距离 x=x1-x2=4000-2300=1700 m示踪剂峰值在河段间的传播时间 t=62-13=49 min河段平均流速 u= = 1700/49=34.7 m/min=0.58 m/stx则从投放示踪剂断面到断面完全混合的河段长度为L= = =1432
15、 mEyuB24.00648.25该距离远小于投入示踪剂断面到第一测站的距离 2300m，因此可以判定两测站均处于一维纵向分散河段，满足下面计算纵向离散系数的要求。于是，示踪剂流过第一、第二测站的浓度过程线的平均时间和方差为:NiiiiCt1计算代码如下：t1=0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63;C1 = 0 0.23 0.58 0.83 0.96 0.96 0.87 0.76 0.63 0.51 0.39 0.29 0.23 0.18 0.14 0.12 0.09 0.06 0.04 0.03 0.02
16、0.0;S1 = t1*C1;E = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1;SS1 = C1*E;t1_average = S1/SS1;t2=37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 112 117 122 127 132 137 142;C2 = 0 0.08 0.24 0.44 0.60 0.65 0.61 0.53 0.43 0.33 0.24 0.18 0.12 0.08 0.06 0.03 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.0;S2 = t2*C2;SS2 =
17、C2*E;t2_average = S2/SS2;% 第一站方差B1 = (t1 - t1_average).2;BB1 = C1*B1;Q1 = BB1/SS1;% 第二站方差B2 = (t2-t2_average).2;BB2 = C2*B2;Q2 = BB2/SS2;% 离散系数Ed = (0.58*86.4)2*(Q2-Q1)/(2*(t2_average-t1_average)*24*60);B =t1_average t2_average Q1 Q2 EdB =19.9962 69.8404 127.2083 267.8362 2.4601NiiiiCt1min96.12.7358
18、1tmin840.697.2532t21212 i08.9.40)(1Niiiitt2122 min836.7.45)(NiiiiCtt=2、 计算降解系数 K1 和复氧系数 K2为求降解系数与复氧系数，已经得到稳态情况下河流实测水质资料如表 4，流速为 20km/d，水温为 5.8。表 4 稳态情况下河流实测水质资料断面号 0 1 2 3 4距离/km 0 2 4 6 8BOD/mg/L 25 22.6 20.5 18.5 16.8DO/mg/L 9.2 8.4 7.85 7.15 7.5转换得 )exp()exp()exp()( 2121020 uKuKLuOs表 5距离 x/km lnL
19、0 3.2192 3.1184 3.0206 2.9188 2.821计算编码及图像如下：x = 0 2 4 6 8;lnL = 3.219 3.118 3.020 2.918 2.821;p1 = polyfit(x,lnL,1)plot(x,lnL,r-*)p1 =-0.0498 3.2184第四章纳污能力计算和排污消减计算1、沙河 P=90%流量计算表 6序号 年份 流量(m/s) 经验频率(%)1 1968 1.47 1.92 2 2004 1.26 3.85 3 1973 1.23 5.77 4 1978 1.19 7.69 5 1986 1.15 9.62 6 2009 1.11 11.54 7 1996 1.02 13.46 8 1983 0.742 15.38 9 1972 0.694 17.31 10 1961 0.678 19.23 11 1995 0.654 21.15 12 1976 0.637 23.08 13 1993 0.634 25.00 14 1991 0.633 26.92 15 1975 0.617 28.85 16 2010 0.534 30.77
