新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法及装置，方法包括：步骤1，构建考虑区域经济、区域水质、区域生态环境影响三个目标的排污口位置与排放量耦合优化多目标模型；步骤2，利用伴随方法推导区域水质目标函数、区域生态环境影响目标函数中水质控制河段中心点研究时段平均浓度的精度无损替换表达式，进行目标函数计算；步骤3，利用多目标遗传算法NSGA

【技术实现步骤摘要】
新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法及装置


[0001]本专利技术属于环境水力学领域，具体涉及协调区域社会经济发展与水生态环境保护的新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法及装置。

技术介绍

[0002]入河排污口的设置会对下游河段的水质、生态保护区、居民区、取水口等造成较大影响，因此入河排污口论证一直是工程界的重要课题。对排污口进行优化论证可以协调排污口对区域经济、水质状况、生态环境等多方面的影响。排污口的优化需要根据下游监测断面的水质标准或者水功能区要求。
[0003]但是当前的排污口优化论证技术只是对排放强度的最优化论证，对排污口的位置则仅是按照层次分析法进行方案比选，缺少排污口的选址和排放强度的耦合优化；且当前排污口优化论证模型仅考虑水质方面的影响，忽略了排污口对经济、生态环境、社会影响等多方面的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法及装置，能够有效协调新建入河排污口在区域经济、区域水质、区域生态环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建考虑区域经济、区域水质、区域生态环境影响三个目标的排污口位置与排放量耦合优化多目标模型；多目标模型中包括区域经济、区域水质、区域生态环境影响三个目标函数，以及排污口的排放位置和排放强度两个自变量；设研究河段空间区域为Ω，设在研究区域上已经存在排污口或污染源若干个，它们分别位于点x
i
∈Ω(i＝1,2,...,N1)，分别有着m
i
(t)(i＝1,2,...,N1)的排放强度；将待优化新建排污口的排放位置用符号x0表示，其取值范围根据水功能区划结果确定，设为x0∈x
ad
；待优化新建排污口的排放的污染物指标有N2种，排放强度用符号m0(t)表示，则有：式中，表示新建排污口的第j种污染物的排放强度函数，设取值范围为m0(t)∈m
ad
；区域水质目标函数为水质控制河段的污染物时空浓度平均值，其受制于新建排污口的排放强度和排放位置，对于存在N3个水质控制河段，第k个水质控制河段上的第j种污染物的水质目标函数如下：式中，f2为区域水质目标函数；|L
k
|表示k个水质控制河段的长度；d为水质控制河段的权重系数，体现时空侧重差异；C
j
为第j种污染物的水质浓度；区域生态环境影响目标函数为水质控制河段中心点研究时段平均浓度与表征排污口位置距中心点距离的距离系数S
k
乘积之和，且满足，当排污口位置越远离中心点时，生态环境影响越小，当中心点浓度越小时，生态环境影响越小；第k个水质控制河段上的第j种污染物的区域生态环境影响目标函数如下：式中，f3为区域生态环境影响目标函数；为水质控制河段中心点研究时段平均浓度；S为表征排污口位置距水质控制河段中心点距离的距离系数；水质控制河段中心点研究时段平均浓度的表达式如下：表征排污口位置距中心点距离的距离系数S表达式为：式中，x
p
为水质控制河段中心点坐标；σ为方差系数，用以调整距离系数在整个水质控制河段的分布；步骤2，利用伴随方法推导区域水质目标函数、区域生态环境影响目标函数中水质控制
河段中心点研究时段平均浓度的精度无损替换表达式，进行目标函数计算；步骤3，利用多目标遗传算法NSGA
‑
II求解多目标模型，获得所有的可行解；步骤4，利用权衡率方法对满足权衡率要求的可行解进行筛选，给定多组权衡率，获得每组权衡率对应的最优解；步骤5，通过风险分析确定各组权衡率对应的最优解的风险值，最终确定出风险值最低的排污口多目标优化最佳方案。2.根据权利要求1所述的新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法，其特征在于：其中，在步骤1中，区域经济目标函数包含了排放效益、排污口建设成本和运营成本三部分，具体如下：式中，f1为经济目标函数值；T为研究时段长；XY表示单位时间内新建排污口的污染物排放带来的只与排放强度有关的经济效益值；JS表示排污口的建设成本，只与新建排污口的建设位置有关；YY表示单位时间内排污口的运营成本，与新建排污口的建设位置和排放强度都有关系；经济目标函数中的排污口建设成本函数JS为：JS(x0)＝JS
max
×
pd(x0)ptd(x0)td(x0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
7)式中，JS
max
为建设成本上限值；pd为坡度系数；ptd为平坦度系数；td为土地利用类型系数；经济目标函数中的单位时间内的运营成本函数YY为：YY(m0(t),x0)＝D(m0(t))l(x0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
8)式中，D为表征单位时间内的运营成本与排放强度m0(t)之间关系的函数，由实际问题确定；l为表征单位时间内的运营成本与排污口选址位置x0之间关系的函数。3.根据权利要求1所述的新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法，其特征在于：其中，在步骤2中，采用水质控制河段的河流水质信息：区域水质目标函数为：控制河段中心点研究时段平均浓度的计算方式为：上述区域水质目标函数和平均浓度的计算公式中只用到了浓度C的初始条件和边界条
件，这些都是已知量，唯一的变量是伴随变量λ，伴随变量λ通过计算下列伴随方程直接计算出来：式中，A是河流的过流断面的面积；Q是流量；E是纵向离散系数；K是污染物的一阶衰减系数；x是沿着河流流向的坐标；t是时间；C(x)为初始时刻的污染物浓度空间分布；V是未定函数，如果需要计算的区域水质目标函数，即水质控制河段的时空平均浓度，则未定函数V给定为：式中，I为指标函数，当I为1时，当处在水质控制河段内时，即x∈L时，指标函数值为1，否则为0；|L|为水质控制河段的长度；如果需要计算的是区域生态社会影响目标函数中的水质控制河段中心点的研究时段平均浓度，则未定函数V给定为：式中，x
p
为水质控制河段中心点的坐标，δ(
·
)是狄拉克函数。4.根据权利要求1所述的新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法，其特征在于：其中，步骤4中的权衡率ν
ij
是指在保持其他的目标函数不减少的情况下，减少目标j的单位利益，而使得目标i的利益增大的程度；权衡分析具体操作如下：步骤4
‑
1，对步骤3获得的可行解对应的目标函数值进行归一化处理，归一化公式如下：式中，f表示目标函数；表示第s个可行解的第r个目标函数归一化之后的目标函数值；步骤4
‑
2，选取区域经济目标最优解作为初始解X0，将其对应的归一化目标函数记为g0，给定区域水质目标、区域生态环境影响目标相对于经济目标的权衡率和权衡率和满足如下条件：步骤4
‑
3，利用给定的权衡率和筛选满足条件的可行解，具体条件如下：步骤4
‑
4，从权衡率和筛选出的可行解中，找到满足如下条件的该组权衡率对应
的最优解：步骤4
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5，给定每个权衡率的范围，从每个范围中选取一个数字，组合成为多组权衡率，按照前面操作方法获得每组权衡率对应的最优解。5.根据权利要求1所述的新建排污口位置和排放强度多目标耦合优化与决策方法，其特征在于：其中，步骤5中的风险评估具体操作如下：步骤5
‑
1，定义水质风险，获得水质风险概率累积分布曲线；当水质控制河段水质基准浓度达到预定标准，计算出此时的区域水质目标函数，对于步骤3中的所有可行解，当对应的区域水质目标函数小于等于该值时，水质风险为0；统计区域水质目标函数大于该值的可行解个数，设为N4，对这些可行解按照水质目标函数值大小进行升序排列，第s个可行解对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨中华，荆平飞，白凤朋，岳遥，张为，骆文广，李丹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：