基于人工湿地动力学模型的最优控制

发布时间：2020-08-25 05:17

【摘要】：随着工农业生产的迅猛发展和人类生活的影响,大量的工业废水、农业污水和生活污水等直接排放到江河湖海中,导致水资源遭到严重污染,不但威胁人类的健康,还严重破坏了生态平衡.因此,治理水污染、保护水资源已经成为迫在眉睫的问题.人工湿地作为一种新型的污水处理技术,越来越被人们所重视,其脱氮机理和影响因素被大量学者广泛而深入的研究.本文从生态学和经济学的角度,针对人工湿地中藻类种群生物量对污水处理的影响和三种氮态(有机氮、氨氮、硝氮)间的相互转化关系,利用最优脉冲控制原理和现代控制理论等,对藻类种群模型和人工湿地除氮的生态动力学模型进行分析与研究,具体内容如下:第一部分,基于藻类种群的Logistic增长模型,以管理藻类种群的总成本为性能指标,建立具有脉冲效应的藻类种群管理模型.根据最优脉冲控制原理,获得最佳管理时刻和最佳管理水平.最后,通过数值模拟验证结果的有效性.第二部分,基于人工湿地中三种氮态间的相互转化关系和协调拮抗作用,对已有的人工湿地除氮的生态动力学模型,应用现代控制理论的相关知识,对该模型进行能控性分析,得出系统能控的结论,并应用最速控制原理,获得满足排水标准的终端状态的最短时间.基于系统的稳定性,分三种情况讨论了达到排水标准的最短时间与系统达到稳定状态时所需时间之间的关系,分析了三种情况下人工湿地系统实现高效除氮的进、出水实施方案,为科学管理人工湿地提供了行之有效的方法.
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O232
【图文】：

示意图,示意图,污水,污水处理器

1 引言人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地理综合体，主要包括稻田、鱼虾蟹养殖塘、水库、运河和污水处理工程等系统. 美国 Hammer博士将人工湿地定义为“为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水植物与沉水植物、动物和水体组成的复合体”[1]. 作为一种综合的生态系统，人工湿地有着独具特色的净污机理、功能. 人们将污水有控制地投配到人工湿地上，污水在沿着一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的生物、物理、化学三重协同作用，通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物作用等对污水进行处理，以实现水体净化[2]. 人工湿地作为一种新型污水处理技术正在不断地受到全球环境领域的重视，也被称作“天然污水处理器”.

【参考文献】