污水固液分离装置研究现状

『壹』 湿地处理废水的研究现状

煤矿山排出的废水和煤矸石渗出液，含硫量较高。根据大峪沟矿区的实际情况，即使采用综合一体化处理方法，出水的除硫效果并不明显，水中SO^2－₄仍高达1994.21～2144.06mg/L。虽然现有的《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426—2006)对SO^2－₄的排放浓度没有明确限制，但高硫酸盐水对大峪沟的地下水和凉水泉水库的水质仍有严重影响。

目前，去除水中SO^2－₄的方法主要有中和法、反渗透膜法、生物化学处理法和湿地法。前几种运行费用高，效果不一，有的还存在二次污染或技术不够完善等问题，更多地采用廉价、清洁的处理方法，即利用湿地除硫。

一般而言，煤矿开采尤其是井工开采都需疏排地下水，在地表形成小溪或小河进入洼地，形成湿地。湿地具有显著的生态功能，能够起到净化水质，调节空气湿度、温度，繁衍各种湿生-水生植物，改善人居环境的作用。据调研，目前煤矿山湿地生态功能常常被忽视，要么弃置不用要么受损严重。本次研究的目的是试图利用矿区排水形成的湿地解决终端外排水的去硫问题，使之资源化，可以说是前述综合一体化处理方案的最终一个环节，同时也是解决煤矿山湿地生态修复和湿地生态利用的专门性课题。

利用人工湿地去除水中硫酸根的研究仍处于探索阶段，人工湿地属于人工构筑物的范畴，通常的做法是建几个处理池，池内铺盖底泥并种植植物，依靠植物、底泥等要素的作用达到去硫效果;煤矿山湿地显然不属于上述的人工湿地，有关煤矿山湿地的生态功能、除污能力的研究，目前还比较少见。据国内外的相关文献，人工湿地脱硫效果相差较大，有的可以达91.9%，有的为53%，甚至有的去除率几乎为零。究其原因，主要是湿地规模、水质、气候、底泥和水生植被的差异。所以在对煤矿山湿地进行研究时，必须查明生态地质的基本条件。

人工湿地是人对自然湿地系统的模拟，利用生态的方法来去除污染物，以达到净化污水的目的，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物三者的协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化(彭超英等，2000)。实践表明，与其他处理污水的方法相比，人工湿地系统具有高效率、低投资、低运行费、低维护技术、基本不耗电即“一高三低一不”的特点(丁疆华等，2000)。自1974年第一个用于污水处理的人工湿地系统在西德建成以来，因其优越的性能，使它获得较快的发展(刘自莲等，2005)。20世纪80年代从欧洲到美洲、澳洲等地区和国家都广泛开展了这方面的研究工作。目前，在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水;在丹麦、德国、英国等国至少有200处人工湿地(主要为地下潜流湿地)系统在运行，新西兰也有80多处人工湿地系统投入使用(李丽等，2007)。而且大量的监测表明，湿地净化污水的效果是显而易见的。例如，Knight(2000)等对1300多条已报道的数据进行分析，人工湿地对饲养家畜排放水的净化效率平均为:BOD₅，65%;TSS，53%;NH₄—N，48%;TN，42%和TP，42%。来自美国环保机构的数据库资料显示出了更高的处理效率，BOD₅，TSS，TN，NH₄—N，NO₃—N和TP分别高达95%、88%、67%、61%、72%和76%(Braskerud等，2002)。

我国的湿地研究起步较晚。从“七五”时期开始试验，取得了人工湿地工艺特征、技术要点和工程参数等研究成果(胡康萍等，1991)。20世纪90年代以来，我国对人工湿地的研究发现灯心草、香蒲等植物在人工湿地中净化污水能达到国家二、三级地面水标准，人工湿地可以广泛应用于工业废水处理、农业水处理、雨水处理等。在研究利用人工湿地生态系统去除水体中藻类方面，说明人工湿地系统在污水深度处理或减少水体富营养化、抑制藻类生长等方面也具有特色。全国数十个城市开展人工湿地研究，很多已投入生产;已有不少城市建立了芦苇人工湿地污水处理系统。这些系统运行以来，产生了良好的经济和社会效益，为我国环境保护做出了贡献。广东韶关市铅锌矿废水治理，在人工湿地中种植香蒲的研究表明(阳承胜等，2000)，利用香蒲净化含铅、锌工业废水的效果非常好，COD、SS、Pb、Zn、Cu和Cd的去除率分别为92.19%、99.62%、93.98%、97.02%、96.87%和96.39%，水质得到明显改善，主要污染物TSS、Pb、Zn、Cu和Cd等均达到排放标准。此外，人工湿地在处理铁矿酸性废水的试验结果表明(唐述虞，1996)，酸水pH值由2.6升高到6.1;铜离子、铁离子和锰离子去除率分别为99.7%、99.8%、70.9%。在利用湿地去除废水中常见的硫酸根离子方面，通过查阅国内外文献发现，前人的研究尚不充分，而且在不多的文献报道中，脱硫效果相差很大。研究资料表明，经生化预处理的纺织废水在经过湿地前后SO^2－₄由1235mg/L变为1244mg/L，去除率几乎为零(尹军等，2004);美国佛罗里达州的Hidden River雨水湿地处理系统的SO^2－₄去除率达到53%(王世和等，2007);另有研究表明，畜禽舍污水经过湿地后，硫化物的降解率可达88.3%(汪植三等，1995);在对湿地净化养猪场猪粪水的研究时发现，SO^2－₄去除率达到91.9%(刘开容等，1997);国外学者研究认为，人工湿地对生活污水中无机硫的去除率可达95%(Buisma 等，1990)。

在湿地设计方面，国外学者通过示踪剂实验发现，在同样的湿地面积下，填料深度为0.45m的湿地系统的BOD去除效果比深度为0.3m的湿地系统去除效果稍好(George，2000)。美国环保局在关于构建湿地处理市政废水的手册中认为，潜流湿地进水区域水深一般为0.4m，基质深度应比水深深0.1m，即系统总体深度为0.5m(USEPA，2000)。国内有学者研究了20cm、40cm、60cm三个水深条件下COD的去除率，发现水深为60cm时，即使运行的水力负荷较高(433.3cm/d)，COD的去除率仍然可达84.9%(王世和等，2003)。另有研究发现，进水负荷的增大引起水力停留时间和出水速率的下降，不利于污水的净化处理。但另一方面，进水负荷太小又不能充分发挥湿地的净化潜力，因此湿地系统都存在一个较佳的进水负荷(吴振斌等，2001)。研究表明，低流速和高水力停留时间(HRT)对有机物和TSS(总悬浮固体)有较好的去除作用，过高的HRT会增加人工湿地水分的蒸腾作用。鉴于湿地植物在处理废水中有机物和重金属的重要作用，目前国外对人工湿地的植物选择研究不断深入，总的来看一般有三种植物较为常用，为风车草、芦苇和香蒲(Ciria等，2005; Karathanasis 等，2003)。国外有学者研究了人工湿地处理系统中八种植物对污染物的去除效果，发现香蒲的去除能力最强(Klomjek，2005)。国内人工湿地系统植物的应用情况和国外基本相同，在研究香蒲、美人蕉、灯心草、芦苇、营蒲、茭白和黄花莺尾这七种武汉地区常见湿地植物对生活污水的处理效果时，发现其中香蒲、美人蕉、黄花莺尾、茭白和营蒲的处理效果相对较好(鲁敏等，2004)。风车草、香根草、香蒲、芦苇和灯心草是国内人工湿地应用比较多的植物(靖元孝等，2002;廖新梯，2002;成水平等，1997;王全金等，2004)。

通过以上总结，可以发现，目前针对湿地处理废水的研究和应用在国内外均是一个热点问题，取得了一定的理论和实践成果，但是，由于湿地作为一个特殊的生态系统有其自身的复杂性，加之废水类型的复杂多样，具体的情况千差万别，所以，在利用湿地净化废水特别是煤矿山废水方面，还有着诸多问题亟待解决，可以说还在“摸着石头过河”。目前国内外对于湿地净化污染物能力的评估，多是根据溶质平衡的原理，将湿地进水口与出水口的溶质量相减，认为其结果就是湿地的净化能力。这种评价方法有许多弊端，一是必须依赖于长期、大量的监测数据作为基础，二是不能给出较为准确的单位面积的净化效率数据，三是只能在湿地建成后进行评估，而想要更科学地进行湿地设计，在建设之前就必须对湿地净化能力进行合理的预测。目前，国内外的湿地设计往往多着眼于水力学参数和化学指标，对于影响净化效果的关键因素例如植物、底泥等涉及较少，特别是缺少对湿地各要素研究成果的综合分析，现有的很多研究，实际上，或是将湿地看做是常有植物，铺有底泥的“反应釜”，或是仅从植物、化学等单一学科角度出发来研究湿地净化这种多学科问题。

另外，国内外的研究虽已证明了湿地处理废水的有效性和实用性，然而多数研究都注重于湿地对废水中氮、磷、pH值和金属离子去除的研究，很少有针对酸性废水中含量相当高的硫酸根离子去除情况的研究。高硫废水是工业生产特别是煤矿开采中大量产生的一类污染，在利用湿地来去除水中的硫酸根离子方面，国内外研究不多，并且所得的结论也是差异较大。造成这一现象的原因是，前人所研究的各个湿地的环境，包括气候、底泥、面积、植物种类、数量等，以及所排放废水的性质包括水量、pH值、硫酸根浓度、COD、BOD₅等都差异较大。因此，在对具体某处湿地进行研究时，应该实地展开调查取样，来评价该处湿地对SO^2－₄的去除作用。从根本上说，正是由于对湿地生态系统结构的生态地质学研究不够，才导致了湿地净化废水研究方面的欠缺，使其功能没有得到充分发挥。

『贰』 污水处理中固液分离机具有哪些应用

随着养殖的发展，国家对于环保的要求越来越严格，对与养殖场污水粪便污染环专境加大力度的治理。天属利固液分离机的作用就是就是使得畜禽粪便的干湿分离，干湿分离后，水份进入水库，水库养鱼；固体物可以用作绿色有机肥。
目前天利固液分离机有两种型号，一种是小型的TL-200固液分离机，还有一种是大型滚筒式微滤固液分离机TL-800，两者的区别在于TL-800配置滚筒式前期脱水功能，分离出来的固体物比TL-200更为细腻，并且TL-800分离出来的水份可以直接进入污水处理设备。

『叁』 污水固液分离后清水可以不过压滤机吗

带式压滤机的工作原理以及系统脱水过程
经过浓缩的污泥与一定浓度的絮凝剂在静、动态混合器中充分混合以后，污泥中的微小固体颗粒聚凝成体积较大的絮状团块，同时分离出自由水，絮凝后的污泥被输送到浓缩重力脱水的滤带上，在重力的作用下自由水被分离，形成不流动状态的污泥，然后夹持在上下两条网带之间，经过楔形预压区、低压区和高压区由小到大的挤压力、剪切力作用下，逐步挤压污泥，以达到最大程度的泥、水分离，最后形成滤饼排出。
1.化学预处理脱水
为了提高污泥的脱水性,改良滤饼的性质,增加物料的渗透性,需对污泥进行化学处理,本机使用独特的“水中絮凝造粒混合器”的装置以达到化学加药絮凝的作用，该方法不但絮凝效果好，还可节省大量药剂，运行费用低，经济效益十分明显。
2.重力浓缩脱水段
污泥经布料斗均匀送入网带，污泥随滤带向前运行，游离态水在自重作用下通过滤带流入接水槽，重力脱水也可以说是高度浓缩段，主要作用是脱去污泥中的自由水，使污泥的流动性减小，为进一步挤压做准备。
3.楔形区预压脱水段
重力脱水后的污泥流动性几乎完全丧失，随着带式压滤机滤带的向前运行，上下滤带间距逐渐减少，物料开始受到轻微压力，并随着滤带运行，压力逐渐增大，楔形区的作用是延长重力脱水时间，增加絮团的挤压稳定性，为进入压力区做准备。
4.挤压辊高压脱水段
物料脱离楔形区就进入压力区，物料在此区内受挤压，沿滤带运行方向压力随挤压辊直径的减少而增加，物料受到挤压体积收缩，物料内的间隙游离水被挤出，此时，基本形成滤饼，继续向前至压力尾部的高压区经过高压后滤饼的含水量可降至最低。
物料经过以上各阶段的脱水处理后形成滤饼排出，通过刮泥板刮下，上下滤带分开，经过高压冲洗水清除滤网孔间的微量物料，继续进入下一步脱水循环。
压滤机作为固液分离设备，应用于工业生产已有悠久历史，它具有分离效果好、适应性广，特别对于粘细物料的分离，有其独特的优越性。
压滤机分为板框式压滤机和厢式压滤机，压滤机是一种间歇式过滤设备，用于各种悬浮液的固液分离。它是依靠压紧装置将滤板压紧，再将悬浮液用泵压入滤室，通过滤布来达到将固体颗粒和液体颗粒分离的目的。
板框压滤机是很成熟的脱水设备，在欧美早期的污泥脱水项目上应用很多，板框压滤机的结构较简单，操作容易，稳定，过滤面积选择范围灵活，单位过滤面积占地较少，过滤推动力大，所得滤饼含水率低，对物料的适应性强，适用于各种污泥。

『肆』 项目研究现状及发展趋势

从世界范围看，干旱－半干旱地区开发利用地下水已有悠久的历史。尤其是最近几十年来，随着一些干旱－半干旱国家或地区社会经济的不断发展，用水量日益增长，从而促使他们加快了地下水资源勘查评价及有关水文地质工作的步伐，并由此取得了突破和进展。

地下水(包括深层地下水)资源的大量开发利用，一方面不仅保证了干旱地区人民的生活用水需求，而且有力地促进了干旱地区的社会进步和经济发展。另一方面，地下水资源由于受补给所限，尤其是深层承压水基本上是一种非再生的水资源，如果无计划或不科学地过度开采，将会带来一系列生态－环境地质问题，如导致含水层枯竭、水质恶化、土地沙化和土地盐碱化等，甚至还可能危及子孙后代的“水安全”和经济社会的可持续发展。有的国家或地区由于过度开采地下水资源，已开始出现地下水资源枯竭、水质变差、供水能力逐渐下降、土地沙化和盐碱化等严重问题。所幸的是，水的问题许多干旱国家或地区都已经意识到并采取措施开始着手解决这些问题，他们在不断加强地下水资源勘查评价的基础上，越来越重视地下水开发利用战略的制定与选择、地下水储蓄和调配工程的建设以及地下水资源的管理和立法，从而使地下水资源利用正进入到一个更加科学、合理的新阶段。

20世纪90年代以来，国际上关于区域沉积盆地地下水的赋存规律和运移机制有两种截然不同的观点:一是以水力连续性为基础的水文模型———径流模型;二是以水力不连续性为基础的滞留(Stagnant)模型，提出了“滞留含水层”的概念。

干旱区地下淡水勘探技术的进展主要表现在遥感技术与GIS的结合、不断完善的物探技术及其解译技术的计算机化。

总之，干旱区水文地质研究是水文地质学的一个重要研究领域，也是各国水文地质学家关注的热点之一，特别是20世纪80年代以来系统工程理论和方法的引入，同位素技术、遥感技术、计算机等的应用，地球物理勘探(磁法、核磁共振)、钻探水平的提高，大大推进了干旱区水文地质研究的发展。目前，许多国家日益重视干旱区水资源的持续利用，将地下水资源与生态－地质环境保护结合在一起进行研究评价。

为了满足我国国民经济发展的需要，从1956年起，地质部在河西走廊进行了1∶20万地质、水文地质综合测绘。与此同时，地质部水文地质工程地质研究所阎锡屿、段永侯等人，结合当时生产需要及我国12年科学规划，开始了我国干旱及半干旱地区水文地质条件的研究，并发表了有关重要的论著，阐明了我国西北内陆盆地山前冲洪积平原水平分带特征。1956～1958年期间，陕西、甘肃、青海、新疆等省、自治区相继建立了水文地质工程地质队，开始了1∶50万、1∶20万水文地质调查。水利部门和中科院系统也进行过许多与水土资源开发利用有关的考察和研究工作。具代表性的工作有:①甘肃省地质研究所范锡朋教授主笔的《甘肃省河西走廊地下水资源分布规律和合理开发利用报告》;②地质矿产部“七五”科技攻关项目“西北地区地下水资源评价及合理开发利用研究”;③1996～1999年，中国科学院兰州冰川冻土研究所国家“九五”攻关专题“黑河流域水资源合理利用与社会经济和生态协调发展研究”。

近20年来，随着系统理论分析方法的引入和同位素、遥感、计算机技术和先进物探手段等的应用，内陆干旱区的地下水勘查与研究得到迅速发展。通过“九五”攻关项目的整体研究，对上中下游兼顾，水资源开发与生态环境保护并重，地表水和地下水联合调度得到了更广泛的共识，取得了不少重要的成果，但很多方面研究深度还不够，尤其是一些可操作的实施方案尚待进一步研究。鉴于西北内流盆地水资源的形成、演化和分布规律，甚至水资源的开发方式及其存在的生态－环境地质问题都具有很大的相似性，在流域尺度上，开展西北地区典型流域水资源利用与生态－地质环境保护试验和示范工程的研究，将具有很好的代表性和推广应用的前景。

干旱地区社会经济－水资源－生态环境之间如何协调发展等问题，已引起了国际社会的广泛关注和高度重视。近年来，日益频繁的国际合作与学术交流为开展本项目提供了许多可借鉴的新技术和新思路。瑞士苏黎世工业大学水力学与水资源研究所(EHT)承担全球可持续发展项目Alliance for Global Sustainability(AGS)，与美国麻省理工学院和日本东京大学联合开发了水资源持续管理系统的模型和方法，特别重视农业用水和干旱区盐分的运移。同时新的环境同位素示踪技术(CFC，T/3He，稳定同位素)，与示踪元素和盐分运移耦合的水循环模拟，利用卫星影像识别蒸发强度，校验模型参数，确定水资源开发战略的优化方法在干旱地区取得了良好的效果。尤其是荷兰德尔福特(Delft)国际建设、水利与环境工程学院(International Institute of Infrastructure，hydraulics and Environment Engineering)和荷兰应用地学研究所开发的区域地下水地理信息系统(REGIS)，为地下水资源的开发与管理提供了有力的工具。

以色列是一个严重干旱缺水的国家，大部地区属于干旱或半干旱区，其中干旱区面积占国土面积的60%。水资源时空分布不均，北部和西部年均降雨量400～800mm，向东向南急剧减少，南部的内盖夫沙漠地区降水量在50mm以下;降雨主要发生在冬季(11月至次年3月)。以色列水资源的调控经验是:充分利用地表水资源，实施调水工程;充分利用边际水资源(污水、咸水、海水及暴雨洪水);在沿海平原含水层建立地下水库;从国外进口水;采用先进的节水灌溉技术;重视水资源的管理。其中北水南调工程把以色列唯一的淡水湖———北部的加利利湖的水引到干旱的南部地区，使南部的不毛之地变成了一片片绿洲，称为国家输水工程(National Water Carrier)。该工程于1964年建成并投入运转，输水管道包括地下管线、明渠、中继性水库和暗渠隧道。年供水量4×108m3。沿途设多座泵站加压，并吸纳全国主要地表水和地下水源，同时向外辐射出供水管道，与各地区的供水管网相连通，形成全国统一的调配水系统。这条输水管道不仅是主要的供水系统，而且还能接纳北部冬天和早春多余的水，向沿海地区的含水层补给水源，有效地防止因地下水位下降造成的海水倒灌。在沿海平原含水层建立地下水库。以色列沿海平原含水层储水潜力大，且其东部地区大部分含水层是未饱和的。以色列在沿海平原建立地下水库用于贮存冬季(或降水大的年份)多余的雨水、灌溉渗漏水及回收污水，在需要用水时，再抽出来使用。以色列的滴灌技术给农业灌溉赋予了新概念，为世界干旱区农业发展树立了榜样。该技术由计算机系统自动控制。相对于其他灌溉方式，滴灌是最有效的节水方法，水分利用率(WUE)可达95%，而表面灌溉只有45%，喷灌为75%。滴灌技术的采用使以色列的农业用水大大减少，可以腾出更多的水用于其他用途。

众所周知，美国水资源地区分布不均，西部地区气候较为干旱，年降水量不足200mm，最低的仅为50mm。中西部地区地下水受到严重超采，地下水位持续下降，引起了地面沉降、海水入侵等严重问题。美国对水资源的调控措施是:在西部干旱区修建引水工程;限制地下水开采量，进行地下水人工补给;重视废水循环利用;普遍推广农业节水灌溉;重视水资源的管理。为开发西部，仅1933～1943年联邦政府就批准兴建了34个灌溉与调水工程。加利福尼亚州南部地区原本是沙漠地区，年降雨量很少，在美国西部开发中，通过从科罗拉多河引水，供应加利福尼亚州南部地区的用水需求。20世纪50年代，加利福尼亚州进一步实施了北水南调工程，将加利福尼亚州北部的水引到南部，为南部地区的发展提供了坚实的基础。美国西南部亚利桑那州的盆岭地区极为干旱，建设了中亚利桑那工程(CAP)，该工程从科罗拉多河引水到亚利桑那州的盆岭地区，工程渠道总长540km，每年输水22×10⁸m³。

近十余年来，地表水和地下水联合调蓄与优化利用已成为流域尺度水资源科学利用研究的热点，国际上含水层储存与利用(Aquifer Storage and Recovery，简称ASR)研究越来越受到重视，而且得到广泛应用。美国佛罗里达州夏灌冬用，解决了冬季渡假用水不足;荷兰利用沿海沙丘区，用净化后的莱茵河水回灌沙丘含水层，再回采用于海牙和阿姆斯特丹两大城市供水，回采水量占到回灌水量的80%，并有效地控制了海水入侵;瑞士苏黎世市采用傍河取水—回灌含水层—再回采利用模式，使水源通过含水层再自净，既减少了化学处理费用，也杜绝了化学处理可能导致的二次污染，达到优质供水的目的。我国北方沿海城市利用河流盆地构筑地下水库，也取得了很好的效果。到目前为止，最难解决的问题依然是可供回灌的水量不足及可供回灌的时间有限，加之地下水补给过程中的气滞阻水，使多数回灌补给效率不高。

总之，流域尺度的水土资源利用、经济社会可持续发展、生态环境保护三位一体的综合研究和实践，越来越受到社会和学者的重视，已成为多学科综合研究与工程示范的热点问题之一。

『伍』 固液分离设备的固液分离设备的现状与发展趋势

随着科技的不断发展， 固液分离设备在结构形式、分离效率、自动化水平、功能内集成容、产品质量和可靠性方面发展迅速，与欧洲发达国家产品性能差距越来越小，近年来其在制药行业应用不断广泛。很多要求固液分离设备的浆体中的固形物颗粒粒度都很细.且有越来越细之势,而且总的发展趋势是要求滤液的高澄清度和滤渣的低含湿量,以减少干燥和进一步处理的工作量、降低固液分离成本.突出的对象是工业废水、市政污水和污泥的脱水,这种料浆的浓度很稀(0.3%～1.0%),要先浓缩至3%～10%,而后进行预脱水,可由1%～5%浓缩至18%～40%,再用真空过滤、压滤、离心机等进行二次脱水.这就使得 固液分离设备技术面临前所未有的挑战,同时也就促使整个固液分离设备技术和设备围绕这些挑战而迅速发展。同时固液分离设备在研究、消化、吸收国内外同类产品技术基础上，针对目前该类产品出现的普遍问题和结合国内污泥脱水的特点和要求，自行设计制造的具有当今先进水平的新型高效、连续作业的压力式固液分离设备,在印染行业得到了广泛的应用。

『陆』 固液分离设备的介绍

通过对固液分离技术的深入研究，改进其他行业在固液分离设备上的结构和水处理药剂上的深度研发，对化药加药系统的机械结构上作全面分解，使之成为全球首创的分体式的理想结构。该机已成功转化为对所有行业废水、污水、中水进行预处理和对出水二、三级排放标准的废水能一步处理即能达标的水处理设备，整套设备，废水，省去了传统废水处理工艺中物化处理的几乎全部设备，也可省去板框和带式压滤机，可直接进行后续的生化处理。

『柒』 急求(国内外信息技术对污染控制的研究现状)

信息技术在环境保护中的应用研究
赵 萌1 , 郑发鸿2
(1. 昆明理工大学建筑工程学院, 昆明650224 ; 2. 昆明理工大学计算中心, 昆明650093)
摘 要: 对信息技术在环境保护硬件、软件方面的发展现状及其在环境数据采集、处理、应用方面的发展进行了详
细的介绍,并介绍了在环境领域中常用的数据库、数据仓库、空间信息技术及信息系统等信息技术。
0 引 言
信息技术在各行各业的广泛渗透,深刻地改变着经济和社会面貌。在过去的20 年间,信息技术广泛应用于环境保护的各个领域,环境信息已发展为一个复杂的多学科交叉的新学科[1 ] 。在环境领域,信息技术主要应用在环境质量监测与管理、污染源监控与管理、环境统计、环境评价、生态建设与管理、核安全与管理以及环境信息发布等业务中,为环境管理和辅助决策提供环境信息技术支持与服。环境信息化作为国民经济和社会信息化的重要组成部分,是环境保护工作的基础和关键支撑,它对提高环境与发展的综合决策能力、提升环境监管的现代化水平、加强政府的公共服务能力、构建资源节约型和环境友好型社会、实现环境保护的战略目标具有重要的作用。
1 发展现状
我国的环境信息化在“九五”以来得到了较快的发展,取得了明显的成效:初步建立了国家、省、市三级环境信息管理体系,配备了一批软、硬件设备,奠定了基础工作条件;开展了多项环境信息应用工作,提高了环保政务和业务工作的效率,积累了大量环境信息资源;为政府部门和社会公众提供了多种技术支持和信息服务,提高了行政效率,促进了政务公开;制定了一系列法规、标准,培养了一支专业人才队伍,保障了环境信息化的良性发展。同时,环境信
息资源和信息技术手段还能够为重大环境污染事故和生态灾难的应急响应提供必需的技术支持①。通过一系列国内及国外援助项目的开展,信息技术的发展取得了以下的成果:(1) 制度方面。国家环保总局信息中心已经发布了《环境信息化“九五”规划和2010 年远景目标》、《环境信息管理办法》(暂行) 、《国家环境信息“十五”指导意见》、《总局电子政务职责分工》、《国家环保总
局应用软件开发项目管理暂行办法》、《环境信息标准化手册》等环境信息文件。
(2) 硬件方面。应用亚洲开发银行援助、世行贷款B21 项目、世行贷款B21 扩项目、日本政府无偿援助等建成了总局信息中心、32 个省级环境信息中心和110 个城市环境信息中心,并配备了先进的计算机软、硬件和网络设备。
(3) 人员方面。依托日援二国研修项目,组织了环境信息中心,人员培训1 000 多人次,初步建立了一支具有较强业务能力和管理水平的人才队伍。
(4) 网络方面。已建成覆盖全国省级环保局和121 个城市环保局的卫星通信专网,连接至全国87个自动水质监测站,实现了总局与各省级环保局之间电子公文无纸化传输②。
2 信息技术在环境数据采集中的应用
环境数据包括环境元数据、环境法规与标准数据、环境文献与公报数据、环境质量数据、环境统计数据、环境背景数据、生态环境保护数据、生物多样性保护数据、辐射环境数据、其他环境管理相关数据等(社会经济信息及计划、规划等) 。而按照数据特征,环境数据可分为4 种形式:空间数据、属性数据、关系数据、时间数据[2 ] 。在环境业务中,环境数据的核心是环境质量监测信息和污染源数据两大部分[3 ] 。根据环境管理的需要,我国环保部门已设计出了一系列数据收集报表。环境数据的收集可分为手工操作和自动操作两种,自动操作一般与相关环境信息管理软件相对应,设计相应的基础数据收集报表和上报统计汇总表。
2. 1 环境质量监测数据的采集
我国环境监测发展相对完善,建立了一整套数据收集系统,主要包括自动监测和手工监测两种,并正随着信息技术的进步而逐步向智能化监测发展。环境质量自动监测的范围主要包括大气、水、噪声以及生物要素的监测等。目前全国环保系统共有各级环境监测站2 389 个,已初步形成了全国性的环境监测地面网络系统(见表1) 。
表1 环境监测地面网络系统
Table 1 Net systems of environmental monitoring
监测站类型数量/ 个
总站1
省级监测中心站41
地市级监测站401
区县级监测站1 914
核辐射监测站32
总 计2 389
国家在城市空气自动监测系统建设方面也给予了资金支持,推动了全国空气质量自动监测系统的建设,到2003 年上半年,全国279 个地级以上城市中已有208 个城市(另有40 个县级市和县) 共建设了空气自动监测系统631 套(见表2) 。同时,总站还开展了重点城市空气自动监测站联网和空气质量自动监测系统质控考核工作。江苏、河北、浙江和辽宁等省环境监测中心站还开展了省内空气自动监测
站联网工作。为了能够及时全面地掌握主要流域重点断面水体的水质状况,预警或预报重大(流域性) 水质污染事故,从1999 年9 月开始至2003 年12 月,国家环保总局在松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江、太湖、巢湖、滇池等流域建设了82 个水质自动监测站(中国环境监测总站) 。监测项目为五参数(水温、p H、DO、TB、EC) 、高锰酸盐指数、氨氮和TOC8 项指标。目前,各流域水质自动监测数据通过拨号上网和卫星地面接收两种方式进行传输,水质自动站的建设和水质周报的发布使各级环境保护部门能够更好地掌握重点流域省界断面污染物排放总量的变化趋势,监督总量控制制度的落实情况,对提高
我国水质监测技术的现代化、水质监测信息管理的科学化、重大水质污染事故预报预警的自动化水平,对国家环境保护决策部门及时做出有效的水污染防治和管理对策等方面均具有重要的意义。
表2 自动监测系统的数量
Table 2 Numbers of automonitoring systems
自动监测系统类型数量监测项目
空气自动监测系统631 套SO2 、NO x 、TSP 等
水质自动监测站82 个
水温、p H、DO、TB、EC、高锰酸盐
指数、氨氮和TOC 8 项指标
除了以上的自动监测网络,还有水环境监测网、近海岸海域监测网、沙尘暴监测网、东亚酸沉降监测网等,为环保部门提供了相关数据。另外,在各地还建有地方级的各种环境自动监测网络(中国环境监测总站) 。
2. 2 环境污染源数据采集
推进污染源自动监控,不仅仅是为了方便地获得相关数据,更重要的是快捷地对排污企业实施监管,有利于对重大环境污染事故及时采取预防和应急措施,同时也可以降低环境执法成本,提高执法监察效能。
污染源自动监控系统的建设和管理依托环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术,是一项复杂的系统工程。
污染源自动监控系统可分为数据收集子系统和信息综合子系统(污染源在线自动监控(监测) 系统———数据传输和接口标准技术规范) 。
数据收集子系统是污染治理设施的组成部分,包括在污染源现场安装的污染物排放监控监测仪器(COD、TOC、p H 等水污染物在线监测分析仪,二氧化硫、烟尘等大气污染物在线监测分析仪) 、流量(速) 计、污染治理设施运行记录仪(黑匣子) 和数据采集传输仪(用于数据的存储、加密,数据包转发、接收以及报警、反控) 等自动监控仪器,简称现场机。
信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统(污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等) ,简称上位机。污染源自动监控工作的开展已经有十几年的历史,现在已实现了COD、NH3-N 、SO2 、NOx 等主要污染因子现场自动监测分析、无线传输、远程控制和实时报警,为环保部门增强科学监管能力、提高环境执法效能发挥了积极作用。据对113 个环保重点城市的调查,目前已实现了3 006 个排污单位的3 225个排污口的自动监控,在线监测仪器近7 000 套。
各级环保部门已建立了不同规模的监控中心84 个。
全国113 个重点城市环保部门累计投入资金5. 1 亿元建设自动监控系统,每年投入4 300 万元用于运行管理,污染源自动监控系统建设已初具规模。
2002 年开始,江浙交界处吴江盛泽地区的主要污水站安装了在线监测仪器,并通过自动监控系统同总局和地方环保部门实现了联网。在总局通过远程监控软件,就可以随时掌握盛泽地区主要污染源的基本排放数据(污水日排放量、COD 实时浓度和日均排放量等) ,为总局实时掌握环境敏感地区的重点污染源排放情况提供了可靠资料。济南市对占全市燃煤总量90 %的排污单位安装了烟气自动监控
系统,厦门市在全国率先实现了对全市范围内污水处理厂和重点水污染源主要污染物的自动监控,江苏如皋市对污水处理厂(采用BOT 模式建设) 每天处理污水的水质和水量进行了自动监控,污染源自动监控已经成为城市环境监管体系中不可缺少的组成部分。
2. 3 环境自动监测(监控) 的制度建设
为了促进自动监测(监控) 的发展,加强数据共享,拓展数据的适用范围,更深层次地挖掘数据资源的应用,让自动监测(监控) 数据在环境保护工作中发挥更大的作用,国家相继颁布和实施了一系列的规范和标准,并对行业涉及的相关单位及产品进行了系统的认证。相关规范及标准有《污染源在线自动监控(监测) 系统数据传输标准》、《污染源自动监控管理办法》、《环境空气质量自动监测技术规范》、《降雨自动监测技术要求及检测方法》等。
3 环境信息技术
信息技术为环境管理和辅助决策提供环境信息技术支持与服务,最初主要内容为单项MIS 系统建设和数据库开发,系统以MIS 系统为主;后来发展到以办公自动化和环境信息网络系统建设项目为核心,以环境信息机构建设和基础网络建设为基础,信息技术主要为内部政务办公和业务管理提供基础性技术支持与服务,系统结构以C/ S 为主。目前,在全国已完成系统的各级环境信息中心建设,从机制、
体制和基础能力方面推动了环境信息系统的发展。
系统结构也发展为以B/ S 或多层体系结构为主,以门户和政府网站建设为突破,以应用开发和数据共享为中心,以网络与标准为基础,信息技术开始综合广泛应用于环境管理各项业务,有力地推动了环境保护事业的发展。下面介绍环境数据的处理及几种在环境信息系统开发中常用的信息技术。
3. 1 环境数据的处理
监测数据和图表等第一手资料只有经过必要的整理和处理才能成为对使用者有意义、对决策具有实用价值的信息。环境数据处理主要包括数据整编、统计分析、污染评价、预测和预报、环境质量报告书编制和污染防治对策的制定,也包括数据传输、存储、检索和输出等。
环境监测系统的数据上报传输方式为电话拨号或发E-mail ,个别的业务数据通过卫星和传真报送[4] 。
原始数据的整编方法包括初步的整理、归类和简单的统计工作。经过原始记录表格的审核,数据归类时的检验,然后对数据进行整编。整编过程包括收集相关数据与资料,并用监测结果汇总表及监测结果日、月和年度统计表格统计,然后对数据进行一定的分析归纳。
3. 2 数据库应用
数据库是信息系统的基石,是信息系统管理海量的、复杂的环境数据的最有效手段之一。一个数据库系统是由数据库、管理数据的软件———数据库管理系统、数据库应用、系统平台及数据库管理员组成的一个集合体。
数据库存放数据,数据按数据库所提供的数据模式存放。
数据库管理系统是一种管理数据库的系统软件,它是数据库系统的核心,数据库管理系统主要是进行数据的定义及操纵、控制、服务。常用的数据库管理系统有: VFP、DB2 | IN GRE5 、UNIFY、IN2FORMIX、ORACL E、SYBASE、SQL SERVER 等。数据库应用即建立数据库上的各种应用程序支撑,建立各自的应用逻辑。常用的工具语言有: C、COBOL 、FORTRAN、PowerBuilder 等。
系统平台,包括操作系统、计算机及网络系统.数据库管理员,主要进行数据库设计、维护及监视数据库运行状况,使系统保持最佳状态与最高效率。
3. 3 数据仓库技术
为了加强对决策支持系统的支持,可以建立环境数据仓库。数据仓库是面向主题的集成、稳定和随时间变化的数据集合。通过联机处分析处理技术和数据挖掘技术的应用可以帮助决策者寻找数据间潜在的关联,发现被忽略的要素,找到对预测趋势、决策行为关键、有用的信息[5 ] 。
3. 4 环境数学模型
环境系统是一个复杂、庞大的整体,它由许多各具特性、又相互交叉联系的子系统所构成,每一个子系统都可以用数学模型对其某一方面的行为特征进行描述,因此环境系统中的数学模型是多种多样的。
环境数学模型分为模拟模型和管理模型两种,模拟模型主要用于环境系统行为的模拟、预测和评价,而管理模型用于环境系统的规划和管理决策,模拟模型是管理模型的基础[6 ] 。
由于应用数学模型的计算量相当巨大,所以计算机技术的发展使得应用软件建造模型的建立和使用更为普及,效率大为提高。目前广泛应用于环境领域的数学模型有河流水质模型、河口水质模型、湖泊与水库水质模型、地表水水质管理模型、地下水水质模型、大气环境质量基本模型、大气污染测模型、多介质环境生态数学模型等。地表水水质模型已开发出多种通用软件,如QUAL2. E、QUAL2. E
UNCAS、STEADY、St reeter Phelp s、WASP、WQRRS、HEC5Q 等。大气环境方面的模型有ISC3 、CAL PUFF、UAM - V 等。用户可以根据需要选用相关软件。
3. 5 地球空间技术
地球空间技术是地理信息系统( GIS) 、遥感(RS) 和全球定位系统( GPS) 的合称,又称3S 技术,它们是现代环境信息系统建立和高效运行必不可少的基础工具。
地理信息系统( GIS) 是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
地理信息系统和遥感是两个相互独立发展起来的技术领域,但它们存在着密切的关系:一方面,遥感信息是地理信息系统中重要的信息源;另一方面,遥感调查中需要利用地理信息系统中的辅助数据(包括各种地图、地面实测数据、统计资料等) 来改善
遥感数据的分类精度和制图精度。全球定位系统,简称GPS。GPS 在遥感调查中的应用主要有两个方面: ①在遥感图像上识别出桥梁、河流汇合处以及村庄这些能作为地面控制点的地物,然后到实地,利用GPS 确定每一控制点的实际位置(经纬度等) ,进而对图像进行几何纠正和投影变换; ②对图像上的样本像元,根据它们的空间坐标,利用GPS 进行实地定位,确定样本像元对应的地面类型,并用于分类。
3. 6 环境信息系统
3. 6. 1 环境信息系统的功能
环境信息系统是结合实际的调研成果和客户需求分析以及环境领域自身的科学规律,以环境在线动态监测数据为主要数据来源,融合数据库、数据仓库、3S 技术、模型技术以及多媒体技术、人工智能技术、仿真技术、互联网技术的具有辅助决策功能的综合系统。环境信息系统的主要功能包括[ 7 ] :(1) 实现水、气、噪声及生态等环境要素在大范围的实时、多维、多源、高效、高精度的在线监测,以及监测数据的获取、存储、分析、管理和表达。
(2) 高分辨率环境遥感监测信息与系统的融合,利用多时序的遥感图像信息模拟环境的演变,指导环境规划与管理工作。
(3) 实现3S 技术与在线监测、环境模型、互联网、办公自动化系统的无缝集成,使决策支持更加直观清晰。
(4) 研究与开发基于信息技术的环境专题子系统,包括污染源与环境质量在线监测子系统、环境容量分配子系统、动态环境规划子系统、环境质量预测预报子系统、环境污染事故预警子系统、专家辅助决策子系统、环境综合管理办公自动化子系统、环境信息发布与公众服务子系统。
(5) 在信息技术支持下的环境决策支持系统的研究与开发。
3. 6. 2 环境信息系统的发展现状
我国已初步建成连接31 个省级环保局、新疆生产建设兵团环保局和5 个计划单列市环保局的环境信息广域网络系统。
在政府门户网站和内部办公平台建设方面,90 %以上的省级环保局已建立本地环保门户网站,相当部分地市级环保局也已建立网站。各省级环保局以及大部分地市环保局已建成局域网办公系统。国家环境保护总局电子政务综合平台于2004 年6月建成,该平台集网络管理、系统应用、数据共享和信息服务于一体,形成了技术先进、应用广泛、性能完善、安全可靠、运行高效的信息基础设施,提供了
环境应用系统的集成环境和系统支撑平台,为国家环境保护总局政务办公、信息共享、管理决策和政务公开提供全方位的信息技术支持。在应用系统建设方面,组织开发了大量业务应用系统,如全国环境统计管理信息系统、全国环境质量监测管理系统、全国排放污染物申报登记信息管理系统、全国生态环境状况调查信息管理系统、国家环境监理信息系统、环境事故应急响应信息管理系统。
为全面提高环境数据管理水平,增强环境数据共享服务能力,国家环保总局于2004 年底启动建设国家环境数据中心项目,搭建具有公益性、基础性、战略性的科技基础条件平台,可有效改善科技创新环境,增强科技发展能力,为科技长远发展与重点突破提供强有力的支持。
通过网站向社会发布84 个重点城市的空气质量日报,68 个重点城市的空气质量预报,全国主要水系82 个重点断面的水质监测周报,并在夏季提供16 个沿海城市的28 个海水浴场水质周报,受到了社会的普遍关注和欢迎③。
4 结 语
信息技术的发展,促进建立环境监测、污染源监控、生态保护和核安全与辐射环境安全等信息系统,有利于实时收集大量准确数据,进行定量和定性的分析,为环境管理工作提供科学决策支持。通过建立环境信息系统,突破环境管理时间和地域限制,最大程度地保障环境信息的客观性和真实性,有利于打破地方保护主义,增强环保执法能力。通过建立环境实时监测和环境突发事件应急指挥系统,有利
于对环境突发事件做出快速反应,保障国家环境安全,并通过环保信息的公开和政务的公开使环保工作增加了透明度,加强了环保的宣传和教育,提高了全民的环保意识,从而更好地推进了环保管理。

这篇文章说的内容用在流域水污染控制应该没有问题，国内外目前也就是利用以上的一些技术手段。

『捌』 污水提升设备中的固液分离方法都有哪些

1、通过过滤拦截的方式处理固液分离；

2、通过固液二相比重差进行分离回；答

(1)、离心分离：借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。由于离心机等尾矿处理设备可产生相当高的角速度，使离心力远大于重力，于是溶液中的悬浮物便易于沉淀析出。又由于比重不同的物质所受到的离心力不同，从而沉降速度不同，能使比重不同的物质达到分离。

(2)、重力沉降：它是依靠地球引力场的作用，固液分离设备利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对运动而沉降，即重力沉降。重力沉降是从气流中分离出尘粒的最简单方法。只有颗粒较大，气速较小时，重力沉降的作用才较明显。

3、其他的物料及化学性质，如低温下成固态，高温下成液态。进行分离。

『玖』 水与废水处理工艺中，涉及固液分离的工艺有哪些

从废水中除去固体一般采用筛或沉淀方法。污泥处理中采用的分离方法有污泥重力浓专缩、污泥的浮选或属污泥的机械脱水。水处理中有微滤、澄清和深床过滤等方法。固液分离机是利用离心力，分离液体中固体颗粒物和絮状物的机械。
固液分离方法主要有：
1、通过过滤拦截的方式处理固液分离；
2、通过固液二相比重差进行分离；
(1)、离心分离：借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。由于离心机等尾矿处理设备可产生相当高的角速度，使离心力远大于重力，于是溶液中的悬浮物便易于沉淀析出:又由于比重不同的物质所受到的离心力不同，从而沉降速度不同，能使比重不同的物质达到分离骨髓炎。
(2)、重力沉降：它是依靠地球引力场的作用，固液分离设备利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对运动而沉降，即重力沉降。重力沉降是从气流中分离出尘粒的最简单方法。只有颗粒较大，气速较小时，重力沉降的作用才较明显；
3、其他的物料及化学性质，如低温下成固态，高温下成液态。进行分离。

『拾』 　研究现状及发展趋势

80年代中后期以来，随着人们对环境问题的重视和可持续发展思想的影响，对地下水的开发利用越来越多地综合考虑社会、经济、环境等制约因素，所建立的管理模型更多地体现了社会、经济、环境协调发展的原则。计算机以及求解管理模型的数学规划算法的进展，也促进了管理模型的发展。从模型的研究内容上，主要集中在地表水-地下水联合调度、地下水量-水质综合管理、地下水可持续利用管理模型的研究上；从模型结构上，多目标和非线性管理模型是当前及今后研究的重点和难点。

一、地下水-地表水联合调度管理模型

地下水和地表水都是水资源的重要组成部分，并具有有机的联系，从系统的观点来看，在开发利用中必须考虑两者之间的联系，寻求最优联合调度方案，可发挥地表水和地下水各自的特点，来达到充分开发水资源潜力、提高水资源利用率、降低开发成本的目的。联合调度的优点在于：①利用含水层的调节库容和两种水资源时空分布的差异，增大水资源可利用量：②发挥包气带和含水层的过滤和吸附等净化作用，提高供水质量；③利用含水层的保温功能和地表水与地下水的温度差，储存能量，节约能源。

由于两种水资源的分布、运动等特性的差异，建立真正意义上的联合调度模型并不容易。大多数研究者将河流作为源汇项来处理，如Morel-Seytoux（1975）提出了与地下水单位脉冲响应函数类似的河流-含水层响应函数，Daubert and Young（1982）运用该函数建立了地下水经济管理模型。由于地表水存在着明显的随机性，因而建立随机地表水-地下水管理模型更为实用（Maddock,1974）。Onta等（1991）建立多阶段地表水-地下水联合调度模型，利用两个系统时间分布的差异提高水资源利用率。

二、地下水量-水质综合管理模型

水资源的管理包括了水量和水质两个方面，对水质管理模型的重视，主要由于以下三个原因：①可持续发展的要求，人们对地下水环境（污染）问题更加重视；②各种途径对地下水的污染日益严重和显著；③利用包气带和含水层的自然净化能力和巨大的环境容量，研究污水排放和处理的最佳途径，如污水土地处理系统。地下水量-水质综合管理模型可用于确定最优污水排放标准、排放量、水力捕获井的最优布局和抽水量等地下水质控制问题。水质模拟模型本身十分复杂，建模要将地下水水量模拟模型和水质模拟模型一起耦合到水质管理模型之中，这样常产生高度非线性、多阶段、大型数学规划问题，目前对于复杂的地下水质管理模型求解仍十分困难。

Willis（1976a）首先建立地下水稳定水质管理模型，Willis（1976b）和Futagami（1976）用嵌入法建立非稳定地下水水质管理模型，Gorelick和Remson（1982b）使用单位浓度响应矩阵建立地下水水质管理模型，这些模型用来确定污水最优排放标准和最大污染质排放量。Gorelick和Remson（1982a）用迭代法确定最优污水灌注量。近来的遗传算法用于求解高度非线性的水质管理模型，是一种非常有益的尝试。Yoon和Shoemaker（1998）建立了生物恢复地下水水质非线性管理模型，分别用遗传算法、分解随机进化对策算法、直接搜索法和基于导数的优化方法求解同一非线性管理模型，并进行了比较。Sawyer和Lin（1998）对随机约束规划在地下水管理模型中的应用进行了综述，用响应矩阵法建立了地下水污染控制管理模型，由于考虑固定费用问题和约束矩阵及右端项的随机性，使该模型转化为求解确定型混合整数非线性规划问题。这种数学规划问题求解难度较大，该研究用遗传算法求解。

水力捕获（hydraulic capture）控制地下水污染是指被污染含水层适当位置设置抽水井，截获被污染的地下水，阻止部分被污染的地下水向供水水源地流动。通过建立地下水水力管理模型，对地下水水位和流速进行控制，可达到最优控制地下水污染的目的。Misirli和Yazicigil（1997）对用水力捕获法建立管理模型进行了综述，并对一假想的有供水水源、受到污染的含水层建立了六种控制地下水污染、保证供水的地下水管理模型。所建立的模型分别用二次规划、线性规划和混合整数规划求解，并对计算结果进行了比较。

三、地下水可持续开发利用管理模型

地下水系统是一个复杂的自然-人工复合系统，它与社会、经济、环境、生态、地表水系统都有着密切的联系，因此，地下水资源的开发利用和科学管理，要综合考虑以上因素。水资源的开发利用，特别是区域水资源的开发利用是十分复杂的，水量和（或）水质不是追求的唯一目标，更多地考虑社会、经济和环境等对水资源的要求，仅仅用地下水水力或水质管理模型无法解决。从可持续发展角度考虑，建立地下水管理模型的原则可归纳为：①水均衡原则，保证地下水资源的永续利用；②双向选择原则，即水资源的规划和管理应适应地区发展，而地区发展规划应考虑水资源条件；③产业平衡原则，水资源的合理配置应使国民经济按比例协调发展；④经济-环境协调发展原则，水资源的开发利用和经济的发展，不能对环境造成严重破坏。

为了建立地下水可持续开发利用管理模型，不仅要对地下水系统的自然属性进行研究，而且要深入研究地下水的环境效应和社会属性，主要有以下四个方面：①地下水资源-经济研究，研究地下水资源的价值、开发成本及供水效益等；②地下水-环境影响评价，研究地下水开发利用对环境产生的影响，建立地下水环境指标体系；③地下水环境-经济评价，评价地下水环境影响的经济效应，建立环境经济指标体系；④根据区域发展规划和水资源条件，进行水资源供需平衡分析。管理模型的建立，实际就是将地下水、环境和经济三个系统耦合，作为一个整体考虑。

Gorelick（1983）将这类模型称为地下水政策评价与分配模型，从建模方法上又分为三种：水力-经济响应模型、模拟-优化耦合模型和谱系模型。谢新民（1991）、朱文彬等（1994）运用大系统理论建立地下水资源系统经济管理模型，邵景力等（1994）将国民经济投入产出模型与地下水管理模型耦合，所得到的管理方案不仅是地下水最优开采方案，而且还有与水有关的产业结构调整方案和地表水取水方案。这类模型涉及因素众多，管理模型通常是多目标和（或）非线性的大型数学规划问题（见下文）。

四、多目标地下水管理模型

多目标管理模型更能体现地下水系统层次性和多目标性，模型不仅能提供地下合理开发利用最优方案，而且可作为宏观经济和环境规划的决策依据，因而更具实用性和可操作性。70年代以来，多目标管理模型用于解决水资源的规划问题（Haimes和Hall,1974;Co-hon和Marks,1975），80年代以后，随着对地下水系统研究的不断深入、地下水模拟技术及其与管理模型耦合技术的发展，多目标规划才出现在地下水管理问题中。与单目标相比，多目标地下水管理模型有如下特点（邵景力等，1998）：

（1）各目标间的度量单位多是不可公度的，有些目标甚至很难给出定量指标，如供水的社会效益、环境效应等。用单目标优化方法很难处理不可公度的多目标问题。

（2）各目标间的权益通常是相互矛盾的，这是构成多目标问题存在的基本特征。多目标问题总是以牺牲一部分目标的利益来换取另一些目标的改善。单一目标的最优并不代表系统整体最优。

（3）多目标问题的优化解不是唯一的。多目标规划的任务是考虑经济、社会、环境、技术等因素，权衡各目标的利弊，从多个“有效解”中寻求各目标都能接受的“满意解”。

（4）多目标规划可以充分发挥分析者和决策者各自的作用。在现代管理中，分析者的任务是根据决策者的要求建立管理模型，提供多个各有利弊的方案，作为决策者决策的依据。决策者的任务是站在更高的层次上，兼顾各方面利益，从众多可选方案中确定决策方案。

多目标问题类型多，无统一的数学形式，故没有通用的求解方法。针对不同的管理模型和目标评价准则，应采用相应的解法。一个特例是线性层次目标规划可用于解决大型多目标规划问题，该方法是目前最常用的多目标规划方法。邵景力等（1998）运用线性目标规划求解包头市地下水-经济-环境多目标管理模型。Willis和Liu（1984）首次用响应矩阵法建立多目标地下水管理模型。Datta和Peralta（1986）将代替价值交换法用于地下水-地表水联合调度的多目标管理问题中，两个相互矛盾的目标为最小抽水费用和最大抽水量。Bogardi等（1991）采用一种交互式多目标决策方法求解地下水多目标管理问题，有三个目标函数：总抽水量最大、抽水降深最小和总抽水费用最低。El Magnouni和Treichel（1994）建立了线性多目标地下水管理模型，他们采用逐段线性规划求出最佳协调解，这种方法也可通过迭代求解类似潜水含水层管理这样的非线性多目标规划问题。Ritzel等（1994）用遗传算法求解多目标地下水污染控制问题。

五、非线性地下水管理模型

地下水管理模型的非线性问题是普遍存在的，产生非线性的原因主要由两个，其一是系统状态的非线性，由于分布参数管理模型要与地下水系统模拟模型联立形成数学规划问题，产生了非线性的管理模型。如潜水含水层模拟模型即为非线性的，地下水流场非稳定和（或）未知条件下，对流-弥散方程中有速度和浓度的乘积，为非线性项。二是管理问题的非线性，如目标函数和某些特殊约束条件的非线性。非线性管理模型能更精确地描述地下水系统及其管理问题，因而提高可模型结果的精度和可信度。但由于非线性规划问题没有统一的模式，在可行域内有可能存在多个局部最优解，因而到目前为止，没有通用的、高效的求解方法，要根据管理模型的结构特点和规模，选择合适的求解方法。

线性化是解决非线性问题最简单的方法，如Bear（1979）、Gorelick和Remson（1982b）、Ratzlaff（1992）等。通过迭代将非线性管理模型转化为求解一系列线性规划模型亦是解决非线性问题的有效方法之一，如Aguado和Remson（1974）用预测-校正法通过反复迭代求解潜水含水层地下水管理问题；Willis和Newman（1977）用求解一系列线性规划替代非线性目标函数、线性约束条件的非线性规划问题；Willis（1983）通过反复运用潜水含水层模拟模型校正单位脉冲响应矩阵，解决潜水含水层的管理问题；Gorelick和Remson（1982a）迭代求解线性规划得到最优污水灌注量。

对于目标函数往往是决策变量的二次多项式，若模拟模型和其他约束条件为线性的，则形成二次规划问题。二次规划有统一的表示形式和通用解法，是非线性管理模型中最常用的求解方法之一。如Aguada和Remson（1980）、Lefkoff和Gorelick（1986）、Misirli和Yazicigil（1997）等均是用二次规划求解管理模型。

在管理模型为高度非线性条件下，上述方法均不是有效的算法，这类问题是目前地下水管理模型研究的热点和难点。人工智能算法（又称进化算法，evolutionary algorithms,EA）为求解高度非线性规划问题开拓了广阔的前景，其优点是可得到全局最优解，通用性强，缺点是这些算法均为并行计算，计算工作量巨大，规模稍大的管理模型用一般PC机无法完成计算工作。这类方法主要包括遗传算法（genetic algorithm,GA）、分解随机进化对策（derandomized evolutionary strategy,DES）、模拟退火法（simulated annealing）等，在地下水管理模型中的应用可参阅有关文献（Dougherty和Marryott,1991;Ritzel和Eheart,1994;Rogers和Dowla,1994;McKinney和Lin,1994;Taghavi等，1994;Morshed和Kaluarachchi,1998；邵景力等，1999）等研究。此外，常用于解非线性规划的方法还有直接搜索法（主要有修整单纯形法、Nelder-Mead单纯形法、并行方向搜索法）和基于导数的优化方法（如约束优化的隐式筛选法等）。这方面研究可参阅有关文献（Karatzas和Pinder,1993;Varljen和Shafer,1993;Minsker和shoemaker,1996;Emch和Yeh,1998）。