模糊线性优化在厦门湾水体总磷环境容量计算中的应用.pdf

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1、第30卷第2期2011年5月台湾海峡口，弓丹‘l仄JOURNALOFOCEANOGRAPHYINTAIWANSTRAITVoL30．No．2May，201l模糊线性优化在厦门湾水体总磷环境容量计算中的应用宋微，廖恩惠，江毓武(厦门大学近海海洋环境科学困家重点实验室、厦门大学环境科学研究中心，福建厦门361005)摘要：在应用POM模型进行厦门湾水动力、污染物扩散和各排污口响应系数场模拟研究的基础上，采用最优化法对厦门湾水体总磷环境容量进行计算．根据厦门湾海区特征和使用功能，将厦门湾划分成5个海区，分别在5个海区选取水质控制点．分别以各海区水质控制点总磷浓度作为约束条件，运用普通优化和模

2、糊优化对厦门湾内22个排污口源强进行优化设计．分析结果表明，基于模糊线性优化方法进行排污口源强优化设计和环境容量计算可以实现排污口源强再分配，且能够更充分地利用厦门湾的纳污能力．关键词：海洋环境科学；环境容量；模糊线性优化；响应系数；隶属度函数DOI：10．3969／J．ISSN．1000-8160．2011．02．004中图分类号：fr76文献标识码：A文章编号：1000—8160(2011)02旬175舶随着经济的快速发展，城市人口迅速增长，海洋污染日益严重，并已经成为制约经济发展的重要因素．为控制海洋污染，对环境容量的研究已日益受到关注和重视．目前对海洋环境容量的计算主要有4种方

3、法：箱式模型、分担率法、模型试算法、最优化法⋯。王修林(2006)应用箱式模型对胶州湾氮磷营养盐、石油烃、铅等主要化学污染物的海洋环境容量、剩余环境容量等进行了计算悼J．余静等(2006)应用分担率法计算了宁波一舟山海域COD、N、P的环境容量【3J．栗苏文(2005)将大鹏湾集水区分为2个次区，应用模型试算法对大鹏湾环境容量进行了估算HJ．郭良波等(20cr7)应用最优化法计算了渤海COD和石油烃的环境容量⋯．但箱式模型主要适用于范围不大、混合均匀的水库、湖泊或者海湾，分担率法需要对所有排放源资料掌握比较全面⋯，模型试算法计算量较大，且受主观影响较大bJ．而最优化法计算量小，且能充分

4、考虑到水质点之间的联系⋯．因此本研究采用最优化法进行环境容量计算．目前，最优化法主要采用普通优化方法进行排污口优化没计和环境容量计算，而普通优化的一个缺点是容易出现将排污口优化掉的现象．这在数学求解过收藕日期：2010娟J09基金项目：国家9∞专项资助项目(908-02抛旬3)作者简介：宋微(1982一)，女，硕士；E—mail：d2000ddd999@163．伽通讯作者：江毓武(19r7l一)，男，副教授；E一姗Iil：ywjimg@xm．edu．cn程中是可以实现的，但是实际过程中是不可能的⋯．因此本研究将模糊优化计算方法引入厦门湾排污口源强优化设计及其水体总磷环境容量计算的研究中

5、，以期为环境容量计算提出—个更有效的估算方法．1研究内容1．1研究区域以往的环境容量估算过程中大多只是将整个研究区域作为一个整体进行研究№引，这在研究区域较小，海水理化性质和海区使用功能基本一致的情况下是可行的，但厦门湾是一个环形半封闭的港湾，使用功能多样，将其作为一个整体来研究显然是不合理的．为了能更有效地计算海湾水体总磷的环境容量，本研究根据厦门湾的地理分布、海域潮流特征、周边陆域地形地貌自然属性，并兼顾海域陆域划分的衔接对应，分别将重点研究海域的厦门西港和同安湾进一步分为厦门西港北部、厦门西港南部、同安湾I区、同安湾Ⅱ区和同安湾Ⅲ区(图1)．并且在5个海区内各选取一个水质控制点．

6、以水质控制点总磷浓度作为约束条件，基于普通优化和模糊优化2种算法，分别对总磷源强进行优化，对普通优化结·176·台湾海峡30卷果和模糊优化结果进行分析．1．2水质控制点王君陛和张珞平(2009)指出，要实现水质现状评价结果与环境容量计算的“本底浓度”一致，就需要在水质现状评价中确定一个合理的达标频率，再找到某海域在该频率下某评价因子的阈值一o．并将该阈值作为该环境质量评价的结果及环境容量计算的“本底浓度”，该达标频率又可称之为环境质量和环境容量的保证率一1．同时他们认为以90％保证率作为海湾环境质量评价的评价标准较为严格【9]．这样既可以保证海洋资源合理使用，又不至于对海洋资源的过度保

7、护；在此基础上建立的环境容量计算结果较为科学，污染总量控制较为有效一J．因此本研究采用90％保证率作为本研究中阈值选取的标准，并且以目标污染物浓度的计算阈值(90％的浓度计算值均小于该值)所在的位置作为海区控制点，控制点位置见图1．117．80。117．85。117．90。117．95。118．OO。118．05。118．10。118．15。118．20。118．25。E图l研究海域分区及控制点和排污口位置Fig．1Subregi∞ofseaa