文档介绍：环境质量评价与系统分析
安徽工业大学建工学院
二○○四年六月八日
8. 环境系统最优化
环境规划和系统最优化
线性规划的概念
图解法解二维线性规划问题
单纯形法解LP问题
对偶线性规划模型
Excel的规划求解
规划求解在大气污染控制中应用
环境规划和系统最优化
城市环境规划
城市开发规划概要
(1)工业规划(2)自然环境改变(3)人口变化
土地利用规划
(1)总体规划(2)工业区划(3)居住区和商业区划(4)农业、林业和畜牧业等区划(5)其他依据和标准
水资源管理规划
(1) 用水规划,   水资源保护规划(水质、水量)(3)水面利用规划
城市能源规划
(1)能源利用规划(2)能源环境影响预测(3)能源环境管理规划
工业污染源控制规划
(1)工业污染源环境影响预测  (2) 控制规划
大气污染综合防治规划及其他
(1)大气环境质量预测(2)大气污染防治(3)固体废物,化学品、噪声污染预测及防治
城市交通规划
城市绿化和建立生态调节区特殊保护区
环境系统最优化
Min Z = f(Χ,U,Θ)
. G(Χ,U,Θ) = 0
最优化模型可以写成更易于理解的一般形式:
城市污水排水系统优化例
.
污水处理厂约束条件(总流量为各分流量之和,处理效率在工艺相应限制下);
水质约束条件(控制水质符合环境标准);
压力输水管约束条件(输水总扬程=输水净扬程+水头损失,设计管径属于标准管径系列,最小管径限制,管中水流流速在最小允许流速和最大允许流速之间)。
重力流污水管约束条件:(1)水量连续方程,Q为各管的设计流量,g本段流量;(2)(3)管段的上下游地面标高与管顶标高的差,在允许最大管顶覆土和最小覆土厚度之间;(4)水流最大充盈度限制;(5) 相邻的上游管段的管底高程高于下游。
其余同压力输水管相应约束条件
例8-1
某金属冶炼厂,每生产 1kg 金属产生 kg废物,这些废物随废水排放,浓度为 2 kg/m3,废水经部分处理,排入附近河流。政府对废物实行总量控制,为10 kg/ d。工厂最大生产能力为 5500kg/d, 售价为$13/kg,生产成本为$9/kg,废水处理设施的废水处理能力为700m3/d,处理费用是$2/m3 ,废水处理效率与污染物的负荷有关, 以 Q 表示废水处理量,单位为(×100m3/d),处理效率为η=1-,试对该问题建立最优化模型,并求解。
工厂
污水
处理厂
-Y
Y
河流
图 8-1 污染物的发生与产量、处理量的关系。
Max Z=400X-100Y
. -Y + 2 ≤10;
X≤55; Y≤14;
-Y≥0, X≥0, Y≥0
可行域曲线上的目标值
X Y Z($)
33 0 13333
40 2 15640
45 4 17627
50 6 19293
55 9 21193
图 8-2 废水管理问题的可行域
线性规划的概念
线性规划问题
例8-2 在上节讨论优化问题时,以水处理方案为例建立了最优化模型。该例中, 污水处理效率与负荷有关,-1的问题稍作修改, 如果污水处理厂的处理效率与废水处理量无关,始终为η=,其他条件仍相同,该如何进行选择。
解:设X: 工厂的金属产量(×100 kg/d);
Y: 送往废水处理设施处理的污染物量(×100 kg/d);
建立的最优化模型成为:
Max Z= 400X-100Y
. -Y +(1-)Y ≤10;
X≤55;
Y≤14;
-Y≥0, X≥0, Y≥0;
线性规划问题的标准形式
例8-3农药管理问题。
一个容积为 100000m3的湖泊,湖水的平均停留时间为6个月,周围有1000ha 农田,农作物上施加的一部分农药会流失到湖中,并危害到吃鱼的鹰。环保部门想知道如何管理农田才不致对鹰造成危害,生物学的研究证明湖水中的农药在食物链中被富集,并按几何级数增长。设湖水中的农药浓度为 C 1 (ppm),湖水中的藻类中的农药浓度为C 2(ppm),食藻鱼体内浓度为C 3(ppm),食鱼的鹰体内浓度为C 4(ppm),鹰的最大耐药浓度为100ppm。在1000ha农田上种植两种农作物,它们具有不同的收益和农药施加量具体数据如下:
Max Z=140X1+ 100X2
. + ≤
X1+ X2 ≤1000
X1,X2≥0
作物
农药施加量
(kg/ha)