一种基于正交优化的水质安全调控技术的制作方法
【专利说明】-种基于正交优化的水质安全调控技术
[技术领域]
[0001] 本发明属于水环境治理领域，具体是涉及一种基于正交优化的水质安全调控技 术。
[【背景技术】]
[0002] 对水质的调控是水环境保护的一项基本需求，它对于维持水环境健康至关重要。 近年来，由于社会经济飞速发展，水资源短缺逐渐加剧，使得水体污染更为严重，水质的高 效调控因此成为社会经济与生态环境协调发展亟待解决的问题。水质调控的因子一般根 据水质监测结果中超标因子来确定，而调控因子的范围则一般依照《地表水环境质量标准》 GB3838-2002来执行。此方案有制定简便的优点，但目前见效缓慢且较不显著，存在一些不 足，如：1)大多仅凭区域当前的水质超标规律来调控，没有在分析当地水质变化历史规律 的基础上，对调控方案进行优化；2)没有深入当地实际水质情况进行调控，调控中多将所 有超标因子同等对待，没有根据水质指标超标的频率、范围等的不同而制定适应性的调控 方案。如上所述，水质调控常用的方法存在的两方面的不足，仅依照当前水质超标规律而不 兼顾历史变化，或不深入分析水质因子的超标特征及规律，都容易造成调控重点与实际调 控需求偏离，削弱调控成效，从而造成财政的浪费和调控时机的延误。
[0003] 因此，现有的水质调控方法虽然能在一定程度上缓解水质恶化的进程，但难以实 现高效的水质调控和水环境健康维护。如何建立一种能缓解水质恶化，并能实现水质的快 捷有效调控的方法，是水环境治理领域需解决的问题。
[
【发明内容】
]
[0004] 针对现有的水质调控方案重点不突出，与实际需求不完全一致，效果不明显的不 足，本发明开发一种基于正交优化的水质安全调控技术，该技术考虑历史污染规律、污染来 源、分布等因素，联合正交试验和模型模拟的手段，在全面反映模型模拟结果的前提下，科 学地减少试验次数，确定调控因子的优先等级，确定符合实际需求的高效调控区间，优选出 削减污染量较高，即水质达标率更高的调控方案，并对方案效果进行模拟比较，从而建立一 种高效水质调控技术。
[0005] 本发明解决这些技术问题所采用的技术方案如下：首先，选取正交试验正交因素。 分析具体实验区内影响较大的污染成分，以此作为正交因素。同时，对实验区水质进行评 价，分析其水质现状，并根据水质分析和评价结果确定流域水质的重要控制指标（如起始 流量、起始浓度等），拟定此指标为正交方案的其他正交因素。此外，对实验区进行污染源分 析，分析其时空差异性，确定其水质污染的重点时间和空间范围，为后来设定正交方案因素 波动的范围提供依据。其次，设置正交试验正交因素的水平，以此判断不同正交方案下水 质调控的效率。随后，结合实验区污染源情况，建立实验区水质模型，进行影响重点污染因 子的敏感性分析。然后分析模型结果，将模型中对水质贡献较大的几个因素区分为子区域， 并按其运动规律设置不同水平。最后，设计正交试验方案，并将正交方案与水质模型结合， 通过运行水质模型比较各正交优化方案下水质指标的结果，按照GB3838-2002相应标准得 出最终水质优化的调控方案。其具体的步骤如下：
[0006] 1、首先，将研宄区进行子流域划分，通过对实验区实际情况的调研，运用因子分析 法提取其重要的污染成分，降低对水质恶化贡献相对较低的因子的干扰，提高调控效率。
[0007] 2、利用灰色关联加权法对实验区水质进行评价，分析其水质现状，并根据水质分 析和评价结果确定相应流域水质的重点控制指标，得到正交方案因素。
[0008] 3、结合实验区污染源情况，通过监测数据和计算等确立模型参数，建立实验区水 质模型，进而调整率定参数，验证模型。进行敏感性分析，根据因子对水质的敏感程度，确定 除污染物外其他具有高敏感性，对水质调控结果影响较大的正交方案因素。
[0009] 4、结合实验区污染源分析，运用聚类分析方法对其水质进行时空差异性分析，确 定其水质污染的重点时间和空间范围，以此来设定正交方案各个正交因素最符合实际情况 的相应波动范围。
[0010] 5、分析模型结果，将模型中对水质贡献较大的几个因素按其历史波动幅度和波动 频率等设置成不同水平。
[0011] 6、设计正交试验方案，并将方案与水质模型结合，通过运行水质模型比较各正交 优化方案下水质指标的结果，按照GB3838-2002的要求得出最终水质优化的调控方案。如 以模型得到3个重点因素（水质重点控制指标C、对水质调控结果影响较大的正交方案因素 A和B)，每个因素分别围绕相应的波动平均值A、A'和A"设置3个波动水平（a，b和c) 为例，得到类似如下的正交表（表1，表2)。
[0012] 表1正交优化方案因素水平表
[0013]
【主权项】
1. 一种基于正交优化的水质安全调控技术，其特征在于：首先分析当下污染排放时间 和空间的特征，同时基于历史变化规律，通过长期历史条件下模型运行结果，分析出影响污 染排放的最重要的因素；然后，分析重要因素的历史变化特征，并以此设置最贴合实际变化 规律的因素水平；最后，通过模型模拟分析不同正交方案下水质调控方案的效果，以此确定 基于正交优化的水质调控方案，以提高水质调控的成效。
【专利摘要】一种基于正交优化的水质安全调控技术，首先分析当下污染排放时间和空间的特征，同时基于历史变化规律，通过长期历史条件下模型运行结果，分析出影响污染排放的最重要的因素；然后，分析这些因素的历史变化特征，并以此设置最贴合实际变化规律的因素水平；最后，通过模型模拟分析不同正交方案下水质调控方案的效果，以此确定基于正交优化的水质调控方案。该正交优化技术支持下的调控方案不仅能科学地减少试验次数，降低一般模型模拟的工作量，并且基于长期历史数据，重点突出且准确，能够保证水质调控重点与实际需求的高度一致性，避免调控重点偏离实际，提高水质调控的成效。
【IPC分类】G06Q50-06, G06Q10-06
【公开号】CN104794565
【申请号】CN201510149724
【发明人】朱洁, 王烜, 杨志峰, 李春晖, 蔡宴朋
【申请人】北京师范大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月1日