Matlab课程设计--河流污染物总量控制规划题目：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；1.2.3.4.5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，提出不同河段的水质目标组，S9断面水质目标为地表水Ⅲ类，S3断面水质目标为地表水Ⅲ类，S8及S4-3断面水质目标为地表水Ⅳ类，S7及S6断面水质目标为Ⅴ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m³/s水温℃BOD5mg/lDOmg/l分类8S9 0.43 0.473 20 1.29 7.8 Ⅰ类S8 0.291 0.622 22.85 5.9 7.33 Ⅳ类S7 0.291 1.695 22.85 3.87 7.43 Ⅲ类S6 0.175 2.07 22.32 3.165 7.06 Ⅲ类S4—3 0.175 3.119 22.32 2.86 8.9 Ⅰ类S3 0.175 4.17 22.32 1.632 8.27 Ⅰ类10S8 0.161 0.377 14.28 26.51 7.53 Ⅴ类S7 0.161 0.686 14.28 15.24 9.59 Ⅴ类S6 0.132 0.644 13.87 6.04 9.47 Ⅳ类S4—3 0.32 1.359 13.87 2.76 10.2 Ⅰ类11S8 0.152 0.195 5.76 35.53 10.35 Ⅴ类S7 0.152 0.706 5.76 22.55 12.06 Ⅴ类S6 0.167 0.684 3.68 8.515 11.95 Ⅴ类S4—3 0.167 1.044 3.68 5.45 12.56 Ⅳ类12S8 0.134 0.106 0.3 53.08 7.55 Ⅴ类S7 0.134 0.354 0.3 32.79 9.88 Ⅴ类S6 0.1 0.454 0.1 21.24 11.03 Ⅴ类S4—3 0.1 0.708 0.1 12.28 14.04 Ⅴ类1S8 0.116 0.096 2.38 68.71 7.57 Ⅴ类S7 0.116 0.27 2.38 44.47 7.59 Ⅴ类S6 0.167 0.37 0.167 15.91 9.32 Ⅴ类S4—3 0.167 0.492 0.167 6.73 10 Ⅴ类2S8 0.085 0.075 4 79.87 6.19 Ⅴ类S7 0.085 0.141 4 47.64 6.5 Ⅴ类S6 0.067 0.161 0.1 28.8 8.86 Ⅴ类S4—3 0.067 0.368 0.1 13.28 8.78 Ⅴ类3 S8 0.1 0.148 7.54 46.2 7.27 Ⅴ类S7 0.1 0.317 7.54 22.52 9.05 Ⅴ类S6 0.129 0.417 6.715 8.78 9.66 Ⅴ类S4—3 0.129 0.636 6.715 5.02 12.27 Ⅳ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Ⅱ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];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;bodpi4]X = [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 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1~7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S9S3S8 4.42 5.92 8.85 11.45 13.31 7.7 S7 1.52 2.26 3.28 4.45 4.76 2．25 S6 2.12 1.59 2.88S4-3 2.05 1.12 2.21备注：空白处为BOD5达标由表2可知，监测断面S9、S3各月均达到Ⅲ类水质要求目标，且均可达到Ⅰ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Ⅴ类水，12、2月均未达到Ⅴ类水，而S6断面12、1、2均未达到Ⅴ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Ⅴ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E d ，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 。

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/L 0 0 33 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 0.33 137 0.01 30 0.3963 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:⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=Edt ut x M t x C 4)(ex p Edt 4),(π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*=0.6×0.9×0.12=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=tx∆∆= 1700/49=34.7 m/min=0.58 m/s 则从投放示踪剂断面到断面完全混合的河段长度为L=EyuB 24.0=0648.02058.04.02⨯⨯=1432 m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:∑∑===Ni iNi iiiCtC t11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 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 0.020.02 0.02 0.01 0.01 0.0];S2 = t2*C2';SS2 = 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_a verage)*24*60);B =[t1_average t2_average Q1 Q2 Ed]B =19.9962 69.8404 127.2083 267.8362 2.4601∑∑===Ni iNi iiiCtC t11min 996.1992.737.1581==tmin 840.697.425.3282==t211212min 208.12792.749.1007)(1==-=∑∑==N i iNi ii C C t ttσ211222min 836.2677.483.1258)(2==-=∑∑==N i iNi ii CC t ttσ=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℃。