基于PVAR模型的生活污水排水工程治理方法

　　水資源是人類社會(huì)生存的基礎(chǔ)，有著無(wú)法代替的自然社會(huì)地位，對(duì)人類的發(fā)展方向以及城市的發(fā)展進(jìn)程有著深遠(yuǎn)的影響。為此利用PVAR模型對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與水環(huán)境指標(biāo)以及生活污水排放量進(jìn)行研究分析，對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)生活污水排水工程進(jìn)行治理。根據(jù)環(huán)境政策的構(gòu)成要素以及管理體制，制定生活污水排水工程的治理方法，在有規(guī)劃的指導(dǎo)下進(jìn)行生活污水的治理工作，有效解決水資源污染問(wèn)題，改善城市水生態(tài)環(huán)境，保證水資源的合理利用，為人們提供健康舒適的生活環(huán)境。

　　一、基于PVAR模型的生活污水排水工程治理方法

　　對(duì)生活污水排水工程進(jìn)行治理，改建污水排水網(wǎng)，合理選擇其管道材料，采用PVAR模型分析生活污水治理與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)間的相關(guān)性，完成生活污水排水工程治理。

　　1.1　污水排水管網(wǎng)改建

　　由于大多數(shù)城市中的生活污水排水管網(wǎng)覆蓋率較低，結(jié)合部分地區(qū)未建設(shè)污水排水管網(wǎng)設(shè)施的現(xiàn)狀，采用PVAR模型分析城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生活污水治理工程間的關(guān)系，對(duì)污水排水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合城市道路的具體分布，對(duì)道路中的坡向以及生活污水的受納水體的地理位置，依照污水處理廠及其分水線之間的建筑障礙物對(duì)城市中的生活污水排水系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分。在城市道路及其建筑無(wú)明顯分水線的情況下，按照土地面積以及人口密集程度對(duì)生活污水的排水區(qū)域進(jìn)行劃分，當(dāng)區(qū)域內(nèi)的道路及建筑分布復(fù)雜，城市內(nèi)地勢(shì)起伏較大時(shí)，使其地形的分水線與水流流域的分界線保持一致。結(jié)合城市道路及周邊建筑的具體情況，在城市中設(shè)置污水泵站，利用地勢(shì)的坡度值，使生活污水根據(jù)自身的重力作用從高處流向低處的污水處理站，減少污水泵站的設(shè)置數(shù)量以及其對(duì)于生活污水的提升次數(shù)，從而減少運(yùn)行成本節(jié)約能源。

　　為了更好的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，首先需要對(duì)城市生活污水的排放量進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程如下所示：

　　其中W為生活污水排放總量，W1為城市居民日常生活污水排放量，W2為公共建筑污水排放量，W3為工廠生活污水排放量。

　　城市居民日常生活污水排放量為：

　　其中w1i為城市居民日常所產(chǎn)生的生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)量，HZ為系數(shù)，N1i為城市居民人數(shù)。

　　公共建筑污水排放量為：

　　其中w2i為公共建筑污水排放標(biāo)準(zhǔn)量，N2i為公共建筑污水排放人群的人數(shù)，Hki2為所對(duì)應(yīng)的變化總系數(shù)，T2i為公共建筑最高日排水小時(shí)數(shù)。

　　工廠生活污水排放量為：

　　其中w3i為工廠生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)量，N3i為工廠生活污水排放人群的人數(shù)，T3i為工廠生活污水最高日排水小時(shí)數(shù)。

　　通過(guò)上述計(jì)算能夠得出，中國(guó)城市居民每日所產(chǎn)生的生活污水排放量較大，為此采用截流式合流制排水方法對(duì)其進(jìn)行治理。沿河岸搭建污水截流管道，在截流管道上設(shè)立溢流井，并一同設(shè)立生活污水處理廠。在無(wú)降雨影響時(shí)，將全部生活污水排放至污水處理廠，將其進(jìn)行處理后直接排入受納水體。在受到降雨影響，生活污水與雨水混合的流量超過(guò)截流管道所能承受的輸水范圍時(shí)，將部分污水通過(guò)溢流井排出，并在溢流井后設(shè)立貯水池，防止排出的污水對(duì)受納水體造成污染，具體情況見圖1。

　　如圖1所示，將截流管道無(wú)法排出的污水暫時(shí)排入貯水池中，再將所儲(chǔ)蓄的污水送至生活污水處理廠，進(jìn)行處理后排入受納水體。至此完成污水排水管網(wǎng)的改建。采用PVAR模型對(duì)截流式合流制排水方法的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，雖然截流式合流制排水管道與其他排水管道相比，其造價(jià)高出百分之二十到四十，但其泵站與污水處理廠所需成本較低，最終所消耗的經(jīng)濟(jì)成本遠(yuǎn)低于分流制排水方法，達(dá)到了低成本高回報(bào)的節(jié)能效果。

　　1.2　排水管道材料選擇

　　由于上述中截流管道所能承受的輸水范圍有限，按照?城市綜合用水量標(biāo)準(zhǔn)?，根據(jù)城市人口、土地面積以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度三個(gè)方面，計(jì)算排水管道的排水能力，其計(jì)算過(guò)程如下：

　　其中W為所設(shè)計(jì)的排水流量，S為所排放污水水流有效斷面面積，v為水流流速。

　　為完成該式需要計(jì)算水流流速：

　　其中n為系數(shù)，N為排放污水水力半徑，K為水力坡降。

　　系數(shù)n的取值見表1。

　　為保障排水管道所受的壓力在其可承受范圍之內(nèi)，重力流生活污水排水管道的徑流指數(shù)按照非滿流計(jì)算，污水排水管道的最小直徑，以及其相應(yīng)的最小設(shè)計(jì)坡度按照表2的范圍綜合徑流系數(shù)取值：

　　確定各項(xiàng)取值范圍后，按照規(guī)定對(duì)排水管道進(jìn)行選材。目前混凝土材質(zhì)的排水管道在中國(guó)各個(gè)城市的應(yīng)用廣泛，但其連接管道的接頭部分耐久性差，容易損壞，導(dǎo)致排水管道滲漏現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，污染城市地下水質(zhì)。為此改用其他材質(zhì)管道，表3為部分發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)排水管道材料的應(yīng)用情況。

　　由表3能夠看出，隨著城市排水管網(wǎng)的改建，傳統(tǒng)排水管道材料逐漸被新型材料所替代，不同材料的管道具有不同的特性，結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)所需進(jìn)行選擇。

　　1.3　基于PVAR模型的排水工程實(shí)施

　　根據(jù)PVAR模型計(jì)算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與污水處理指標(biāo)，分析污水治理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益所產(chǎn)生的影響，具體計(jì)算過(guò)程如(7)：

　　其中i為城市，t為年份，βf為回歸系數(shù)，Xi，t為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及污水處理指標(biāo)向量，φi為時(shí)間效應(yīng)，λi為該城市自然條件以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件等相關(guān)變量，εi，t為隨機(jī)干擾變量。

　　根據(jù)所得結(jié)果分析各指標(biāo)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性，若PVAR模型中的數(shù)據(jù)為非平穩(wěn)性數(shù)據(jù)，則所得統(tǒng)計(jì)量的正確性將無(wú)法得到保障。為此在建立PVAR模型前對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，其具體過(guò)程如(8)：

　　其中α以及θ為待計(jì)算系數(shù)，Yi，t為模型所要決定的變量，Y(i，t)-j為模型所要決定變量的滯后變量，vi，t為政策性變量，v(i，t)-j為政策性變量的滯后變量，ηi為個(gè)體效應(yīng)，γi為時(shí)間效應(yīng)，μi，t為隨機(jī)干擾變量。

　　采用前向均值差分法以及組內(nèi)均值差分法去除PVAR模型中的時(shí)間效應(yīng)和個(gè)體效應(yīng)，使計(jì)算得出的干擾變量與模型所要決定變量的當(dāng)前數(shù)值及滯后變量不相關(guān)。利用組內(nèi)均值差分法將時(shí)間效應(yīng)所產(chǎn)生的隨機(jī)變量去除：

　　其中，Yi，t=∑pj=1Yi，t/N，N為樣本個(gè)數(shù)，其他變量定義與上式相同。

　　為去除時(shí)間效應(yīng)變量，用公式(8)減去公式(9)得到：

　　其中，Yi，t=Yi，t-Yi，t其他變量定義與上式相同。

　　采用前向均值法對(duì)公式(10)進(jìn)行處理得到：

　　其中Yi，t=∑tj=1Yi，t，其他變量定義與上式相同。

　　將個(gè)體效應(yīng)變量去除，用公式(10)減去公式(11)：

　　通過(guò)上述公式，將時(shí)間效應(yīng)變量以及個(gè)體效應(yīng)變量去除后，得到生活污水的排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間關(guān)系的PVAR模型如下：

　　其中αj為系數(shù)矩陣，p為滯后階數(shù)。

　　PVAR模型所決定的變量為生活污水排放指標(biāo)以及城市居民人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的對(duì)數(shù)形式，該模型將污水排放及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)兩方面指標(biāo)均作為其變量。將PVAR模型所決定變量的滯后項(xiàng)，作為該模型的解釋變量，模型中所決定變量受PVAR模型自身的滯后變量所影響。對(duì)該模型進(jìn)行廣義矩估計(jì)，得到生活污水排放指標(biāo)與城市居民人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值之間的模型廣義矩估計(jì)結(jié)果。至此完成了基于PVAR模型的生活污水排水工程治理。

　　二、仿真實(shí)驗(yàn)

　　為了驗(yàn)證所提出的基于PVAR模型的生活污水排水工程治理方法的有效性，對(duì)基于PVAR模型的排水治理工程對(duì)lngdp的貢獻(xiàn)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，完成模擬實(shí)驗(yàn)。

　　2.1　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

　　該實(shí)驗(yàn)采用Eviews軟件，根據(jù)所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

　　為滿足以上要求，該實(shí)驗(yàn)選取的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為MV962CH/A型號(hào)計(jì)算機(jī)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的各項(xiàng)具體參數(shù)見表4。

　　該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠滿足Eviews軟件的相關(guān)需求，具體操作界面見圖2。

　　污水排水工程的治理與城市發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的正影響程度被稱為lngdp貢獻(xiàn)度。分析基于PVAR模型的污水治理方法對(duì)lngdp的貢獻(xiàn)度，與傳統(tǒng)治理方法對(duì)lngdp的貢獻(xiàn)度對(duì)比，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

　　2.2　實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

　　通過(guò)Eviews軟件進(jìn)行分析，得到運(yùn)行分析結(jié)果見表5。

　　將所得出的采用PVAR模型的生活污水排水工程的治理方法，與傳統(tǒng)治理方法的lngdp貢獻(xiàn)度進(jìn)行比較。具體對(duì)比結(jié)果見圖3。

　　為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性得到保障，在實(shí)驗(yàn)期間進(jìn)行了多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)。由圖3可以看出，傳統(tǒng)的治理方法對(duì)lngdp的貢獻(xiàn)度，遠(yuǎn)低于采用PVAR模型的生活污水排水工程治理方法對(duì)lngdp的貢獻(xiàn)度。因此，基于PVAR模型的生活污水排水工程治理方法更具有效性。

　　三、　結(jié)語(yǔ)

　　中國(guó)正處于全國(guó)性水資源短缺以及水污染嚴(yán)重的狀態(tài)，但城市的發(fā)展腳步依舊越來(lái)越快，加速了水資源的消耗。由于城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展缺少科學(xué)性的規(guī)劃與建設(shè)，導(dǎo)致了水資源短缺問(wèn)題日益加重，這種情況的出現(xiàn)，使政府機(jī)構(gòu)以及排水工程相關(guān)工作人員認(rèn)識(shí)到了污水治理工作的重要性，為此提出基于PVAR模型的生活污水排水工程治理方法。實(shí)驗(yàn)表明該方法具有極高的可行性，希望該研究能夠?yàn)樯钗鬯呐潘こ讨卫硖峁├碚撘罁?jù)，防治城市水污染問(wèn)題，保護(hù)城市水資源，為人們提供良好的工作生活環(huán)境。（來(lái)源：上海城建職業(yè)學(xué)院）