2016 年“深圳杯”数学建模挑战赛Ａ题--“截排”vs“清源” - 数学建模社区-数学中国

请搜集相关数据，尝试构建深圳治水提质工程数学模型，量化分析雨污分流与混流收集机制对污水处理系统以及海绵城市建设的影响，在既能达到治污要求，又能尽量节省开支的原则下，试给出区域治污时实施清源、截排措施的判定条件。同时，请选定深圳一区域给出你的污水治理建议方案，并基于政府治污的一、三、五、八年目标，进行合理性（包括可操作性方面）评估。

目前深圳市委市政府高度重视生态环境建设和治水工作，根据《深圳市治水提质工作计划（2015—2020年）》，计划在未来五年共安排治水提质项目1181项，总投资达816.5亿元，并将采取一系列有力措施，确保全面实现对市民的庄严承诺：将“一年初见成效，三年消除黑涝，五年基本达标，八年让碧水和蓝天共同成为深圳亮丽的城市名片”。

导致深圳建成区水体黑臭的原因是污水直排入河、海。具体表现是，原本按 “雨污分流”设计的城市污水收集、处理系统，由于建设及管理上的问题，相当面积的建成区排水管网实际处于“雨污混流”状态，致使相当数量的污水进入雨水管网后未经处理就直接排入了河流、海洋。深圳市采取的治理措施主要有“截排”和“清源”两种。

所谓“截排”措施，是于治理区域的排水管网末端建设拦截管道或箱涵，将雨、污混合水收集起来送至污水厂处理。如小范围的城中村“截排”工程可以是围绕城中村修建“截污箱涵”，拦截雨污混流水；“大截排”工程则是直接在河岸两侧修建“截污箱涵”，把大区域内原本通向河道的排洪管口接入箱涵，将污水和雨水全部收集到箱涵里送入污水工厂处理。当然，“截排”措施除了拦截雨污混流水的功能之外，对于拦截前七分钟降雨形成的面源污染污水也有良好的效果。

所谓“清源”措施，则是力图从源头起建立“雨污分流”排污机制，在治理区域内以两套管网分别收集污水和雨水，让污水经污水管进入污水厂处理，让雨水经排洪口直接进入河道，使城市处于一种理想的污水治理状态。

相对来说，“截排”是深圳市过去若干年时间里治理污水直排河海的重要举措，政府已有较大的投入。然而“大截排”的缺陷也很突出，首先雨污水混合收集后增加了污水处理量，当雨量过大时会使污水处理厂超负荷运行而造成污水溢出，直接污染环境；其次是原本该进入河道的雨水被截后会造成河道缺水而破坏生态，需增加额外资源投入进行河道补水维持生态。而“清源”措施对于当下的深圳实际情况来说，需在建成区补建大量的污水管网，同时还要对居民区错接的污水管进行梳理、改造，全面实施这些工程不仅会影响居民生活秩序，同时也因后续管理困难而很难保证不会再出现污水管错接问题。因此，深圳面对相当一段时间内排水管网将处于雨、污 “分流”与“混流”共存的状况，在实际治污工作中往往需根据具体情况同时实施“截排”和“清源”两种治理方案。