基于多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

海绵城市源头减排设施已被广泛应用于城市雨水径流削减与污染控制,但仍缺乏一种综合评价方法来实现其科学规划设计.本研究构建了一种基于多目标优化与综合评价相耦合的海绵城市规划设计方法,以建设成本、雨水综合径流系数、污染物综合控制率为目标函数,以源头减排设施建设规模和海绵城市径流控制指标作为边界条件,建立基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化模型;然后结合层次分析法对优化解集进行综合指标评价,得出最优化设计方案.利用该方法以研究区A为案例,构建了一套建设成本最小化、水文水质效益最大化的设计方案,并通过海绵城市建设前后的暴雨洪水管理模型（SWMM）,评估最优化方案的降雨径流控制与径流污染控制效果.研究结果表明,海绵城市建设能大幅削减雨水径流量,年径流总量控制率达70.1%;雨水峰值流量削减率超过40%,同时延后径流峰值出现时间;有效降低雨水径流污染,研究区各类污染物综合削减率均超过30%.本文提出的多目标优化与综合评价方法,能够基于特定的目标与需求,针对性提出适合区域发展的海绵建设方案,为海绵城市规划设计提供技术支持.     

建设气候适应性低影响开发设施的方法

气候变化对降雨产生的影响会干扰低影响开发设施的运行效果。为了建设气候适应性低影响开发设施从而实现海绵城市可持续性发展,引入气候模式模拟及预测成果来辅助规划低影响开发设施的规模。通过总结概括CMIP5在雨水控制设施应用方面的主要研究成果,提出根据模拟能力筛选CMIP5最优耦合模式,利用多模式集成降尺度法修正模式预估降雨日尺度数据,并结合历史实测站点数据共同作为建设气候适应性低影响开发设施的研究基础数据,对长序列降雨数据截选与分组,统计分析同一年径流总量控制率下的设计降雨量标准差及差值作为划分气候敏感区域的依据,并针对不同敏感区提出建设意见,可为我国城市雨水系统应对未来气候变化提供参考。     

基于脆弱性的地下水污染监测网多目标优化方法

区域地下水监测井的优化布设对于区域地下水系统管理有很重要的作用.为了以最少的监测费用最大化地获取区域污染风险和污染现状信息,以监测井数量最小、区域污染监测有效性最大、监测到的区域脆弱性分值最大为目标,建立了基于脆弱性评价的地下水污染监测网多目标优化模型.通过地下水脆弱性评价和溶质运移模型计算得到不同点位地下水脆弱性分值和污染物浓度,针对不同脆弱性等级提出区域监测井初设密度,采用改进非劣支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）基于初设监测网求解该多目标优化模型,结合质量误差分析确定监测网优化方案.结果表明,阿什河漫滩区和樊家沟流域地下水硝酸盐氮污染相对较严重;地下水脆弱性高和较高等级区域分别分布在抽水井群影响范围和河漫滩;结合NSGA-Ⅱ Pareto最优解及质量误差分析结果,得到该区域地下水监测井最优数量（12口）及其最优布设位置.研究显示,该优化监测网与初设监测网插值所得污染羽的质量误差小于15%,满足监测精度要求.      

基于GA的感潮河流水污染控制多目标优化

文章针对感潮河流水质时空变化的特点,建立了污水处理费用函数、动态水质模型与NSGA-Ⅱ算法相耦合的流域水污染控制多目标优化方法。采用该方法对深圳河流域5个污水处理厂的污染物去除效率进行优化,得到流域污水处理费用与河流上、中、下游控制断面水质潮周期超标率的多目标解集排列图。结果表明:(1)所有控制断面水质超标率都小于50%、25%和0%时,最小处理费用分别为1.92、1.94和1.98亿元/a;(2)上、中、下游控制断面各自的水质超标率为0%时,最小处理费用分别为1.98、1.91和1.90亿元/a。决策者可根据水质管理要求和经济条件在多目标解集排列图中进行方案比选。该方法的应用可为感潮河流水污染控制提供科学依据。     

合流制溢流控制系统的多目标优化

在城镇合流制溢流（CSO）污染控制系统的规划建设过程中,提高CSO削减率的同时降低建设成本一直受到规划建设决策者的广泛关注。针对CSO控制系统优化问题,利用Matlab、Python和SWMM模型建立了CSO控制系统建设成本与CSO削减率的多目标优化模型,借助非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对实例求解得出一系列Pareto解集,并进一步为决策者提供多套选择方案。分析结果表明:在3年一遇设计降雨条件下,优化结果中源头LID设施、末端合流制调蓄池与中途截流管网改造的建设成本占比依次降低,其中末端合流制调蓄池的CSO削减率贡献最高,源头LID设施次之,中途截流管网改造最低。     

对低影响开发与海绵城市的再认识

海绵城市建设是在继承我国古代先贤智慧和参考国外经验,系统总结我国雨洪管理领域长期研究和实践经验的基础上,结合我国城市水系统实际问题提出的城市发展方式,其核心是构建基于绿灰结合的现代城市雨洪控制系统,通过"渗、滞、蓄、净、用、排"综合措施,实现"治涝"与"治黑"等多重目标。低影响开发是海绵城市建设的重要指导思想,也是海绵城市核心技术体系的重要组成部分。正确认识低影响开发与海绵城市的内涵与联系,对于进一步在全国范围内落实低影响开发建设模式,科学推进海绵城市建设具有重要意义。     

基于元胞自动机的低影响开发对城市内涝削减效果模拟

低影响开发措施是解决城市内涝问题的重要途径。为评估其对城市内涝的防控效果,论文以福建省长汀县县城为研究案例,提出适宜在研究区开展的透水铺装、下凹式绿地、雨水罐等低影响开发措施方案,利用基于元胞自动机模型的城市内涝模型进行模拟,并通过验证发现元胞自动机模型可有效模拟城市内涝过程。对比低影响开发改造前后的内涝情况,结果显示：1）低影响开发措施能使内涝积水总量削减超过50%,暴雨重现期越长对内涝现象的削弱效果越低;2）通过分析改造前后内涝积水区的空间格局及变化特征,可见大部分内涝积水区在改造后积水削减幅度较大,卧龙山北部及汀江干流左岸的积水区内涝情况改善幅度较小;3）低影响开发改造削减效果最好的为积水深度低于0.2 m的区域,其次为积水深度高于0.5 m的区域,对积水深度处于0.2~0.5 m的区域削减效果并不明显。研究表明低影响开发措施可有效控制城市的内涝灾害。     

北京市低影响开发设施植物应用现状与评价优化

植物是多种雨水源头减排设施基本的构成要素,其生长情况与应用效果很大程度上影响着海绵城市的功能和效果。以北京市21个海绵城市项目中72个低影响开发(LID)设施的植物景观作为研究对象展开建成后评估。通过实地调查法,对LID设施内植物的应用种类与频度、配置模式、观赏特性等方面进行分析;采用层次分析法从植物生态习性、雨水功能性与观赏性3个方面构建LID设施植物景观评价体系,并对10组典型设施的植物群落综合效益进行评价。结合评价分析结果,提出综合效益高的植物配置模式及优化思路,以期为北京市和中国北方地区LID设施的植物景观优化提供参考。     

探讨低影响开发技术在沣西新城的应用

以沣西新城为例,介绍了沣西新城为建设海绵城市采取的综合举措,分析了沣西新城暴雨管理和雨水综合利用的LID设施,得出雨水花园、生态滤沟、植生滞留槽、下凹式绿地、集料蓄水沟、中心绿廊等形成的四级雨水利用系统可有效削减雨水径流量、净化污染物、充分利用雨水。在满足绿地生态、景观、游憩和其他基本功能的前提下,建设沣西新城成为西北首个国家海绵城市建设试点示范城市。     

基于不确定性多目标的规划环境影响评价研究

针对规划环境影响评价的特点 ,建立了基于不确定性多目标的规划环境影响评价模型 .并以沈阳市浑南新区发展规划的环境影响评价为例 ,对新区规划中的产业结构调整、污染物排放、资源利用、污水处理厂扩展等方面进行分析、优化 ,并为该规划的进一步完善提出了合理化建议     

可持续发展多目标综合评价方法的研究

针对目前可持续发展评价模型存在的不足,在详细分析可持续发展系统多维空间等概念的基础上,提出了一种新的可持续发展评价方法——多目标综合评价方法,给出了可持续发展多目标综合水平计算公式,并将该方法应用于深圳市可持续发展评价,结果证明,该方法具有一定的理论价值和实践可操作性.     

Redesign of a component based on ecodesign practices: environmental impact and cost reduction achievements

This paper focuses on ecodesign and its application in the footwear industry aiming to identify how the ecodesign can be applied to the redesign of a shoe component in order to minimize the environmental impact and simultaneously reduce costs of production and assembling. The factors that influence the use of ecodesign, the benefits and the difficulties were also investigated. A longitudinal case study was developed in a company that produces shoe stiffeners. The process of ecodesign implementation and the practices of ecodesign considered during the product redesign were analyzed. A cost reduction of about 10% was observed (in relation to the use of natural fibers and polymers in its composition-31% of biomass and 69% of fossil material). Toxic materials were completely eliminated and a reduction of energy consumption was also noticed (during the injection process). The main contributions of this study are: ecodesign constructs to be further researched the conjoint analysis of technological ability and market potential in a redesign project, and the requirements to gain managerial support for a redesign project.     

基于混合智能算法的多目标优化在厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮除碳中的应用

针对厌氧氨氧化与反硝化协同实现脱氮除碳优化问题,采用UASB反应器处理不同进水条件下的氨氮废水,基于BP神经网络分别建立NH_4~+-N去除模型和COD去除模型,同时为了提高模型的鲁棒性和运算速度,使用PCA算法降低输入变量维数.仿真结果表明,基于PCA-BP的预测模型具有较好的预测能力,检验样本中模型预测值与实际真实值的相关系数分别为0.9164和0.9987,且两模型的平均预测误差都保持在在10%以内.进一步结合NSGA-II算法建立以去除NH+4-N和COD最大化的优化模型,以优化结果为条件建立的出水效果接近实际真实值,表明该模型给出的优化解决方案有效可行,可为实现厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮除碳工艺的设计和操作提供参考和指导.     

基于降水等级分异方法的低影响开发小区雨水径流污染负荷削减率的评估

为定量评估低影响开发(LID)技术对雨水径流污染负荷的削减率,选取嘉兴市柳岸禾丰小区作为LID小区,与其临近且下垫面类型相似的浅水湾小区作为传统小区,同步监测小区的外排水量和TP浓度,根据降水等级分异计算2个小区同等降水情景下单位面积污染负荷量,再以传统小区的单位面积污染负荷量为基准核算LID小区的雨水径流污染负荷削减率。结果表明：小雨时,LID设施可消纳其服务范围内的所有径流及所携带的污染物,污染负荷削减率达100%;当降水量增至超过LID设施功能阈值时,污染物削减率开始降低,中雨时降至67%,大雨时降至46%,年均雨水径流污染负荷削减率约为66%。整体来看,LID设施雨水径流污染负荷削减率表现出明显的降水等级差异。采用降水等级分异的方法能够减少降水等级所造成的误差,确保评估结果的精准程度,为小区LID设施建设提供可靠的决策依据。

     

基于多目标决策的水污染负荷分配方法

为科学、合理地配置汇流区域的水污染负荷,从经济最优性、公平性综合决策角度,构建了一个以区域环境经济收益最大化、水污染负荷削减费用和加权综合基尼系数等最小化为目标的水污染负荷分配多目标决策优化模型,并将该模型应用于巢湖流域COD削减负荷分摊中.计算得到合肥市、肥东县、肥西县、巢湖市、庐江县、无为县、含山县、和县和舒城县等...     

基于贝叶斯优化的三维水动力-水质模型参数估值方法

随着水质目标管理要求的提升,基于复杂的三维水动力-水质模型的决策成为流域精准治理的必需.水质模型通常具有复杂的结构,包含大量的方程和参数,而参数取值的准确性会影响模型对水体系统表征的可靠性,进而影响根据模型结果进行水环境管理的效果,因此,有必要探究适用于复杂水质模型的高效参数估值方法.传统的自动参数估值方法应用于复杂的水质模型时会面临计算瓶颈,而贝叶斯优化适用于高运算成本模型的优化问题.本研究提出基于贝叶斯优化的复杂水质模型参数估值方法,主要包括:①重要影响参数识别;②重要参数敏感性排序与筛选;③采用贝叶斯优化对筛选出的参数进行估值;④方法的适用性评估.同时,将该方法应用于云南异龙湖的三维水动力-水质模型的参数估值中,发现进行参数估值后模型lg(NSE)均大于0.65,表明模型达到了满意的级别.研究表明,当贝叶斯优化算法的采集函数为EI时,仅需要141次迭代lg(NSE)即可达到0.766,该方法对复杂水质模型的参数估值具有一定的借鉴意义.     

基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化

为解决工业园区水资源消耗高和水污染排放强度大等问题,整体优化园区水资源网络,实现水资源的高效利用是非常必要的。基于数学规划法,以园区企业间水耗、排水量和水质的差异为基础,兼顾经济和环境要素,构建了包括水源、处理单元以及水阱的水网络优化模型,形成适用于工业园区水资源间接循环利用的优化方法。以典型工业园区为研究对象,基于水网络优化模型,在园区最小新鲜水需求量目标下,比较了不同情景的新鲜水需求量、废水排放量和总费用。结果表明：采用间接循环水网络优化方案可使园区总新鲜水需求量减少24.7%,废水排放量减少40.5%,废水重复利用率提升40.5%,总费用比较适中,为486.09万元/a,具有较高的环境效益,该优化模型能够显著提升工业园区水资源利用效率。

     

基于相关系数优化法的河流突发污染源项识别

基于相关系数优化法,结合地表水环境特征和污染物水质过程特征,推导出一维河道中单点源瞬时排放的源项反演算法,得到了污染源排放特征与河流环境特征参数的反演公式.采用假想算例进行数值试验,综合分析了流速信息、污染物衰减、监测距离、监测数据误差及中间参数?T选取等因素对反演结果的影响,确定了该方法的适用条件和最优条件的寻找方式.间隔10min进行两次监测采样,若监测误差小于5%,反演结果的相关系数达到-0.97,污染源位置和排放量反演结果的相对误差均小于4%,综合相对误差在2%以内.并且方法具有监测布点简单高效,数据需求低,编程简单等优点,值得在环境应急管理中进行实际应用.