專利名稱：供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供水管網(wǎng)水質(zhì)預測。特別是涉及一種城市供水管網(wǎng)細菌總數(shù)和余氯濃度指標監(jiān)測、預測及風險評估的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法。
背景技術(shù)：
供水管網(wǎng)作為居民飲用水輸配的市政基礎(chǔ)設(shè)施，往往對居民飲用水安全有著重要影響。據(jù)調(diào)查，我國管網(wǎng)水質(zhì)的合格率較出廠水下降較大，尤其微生物指標在用戶節(jié)點處的合格率不足90%，而微生物指標又是管網(wǎng)供水的用戶最為關(guān)注的問題。因為城市供水管網(wǎng)往往具有水源多、節(jié)點多、管線長、水質(zhì)變化復雜等特點,又由于管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測點點少面散、缺乏連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)、在主干管和管網(wǎng)末梢分布不均等原因，致使對管網(wǎng)水質(zhì)微生物情況變化的了解往往具有間隙性、被動性和延遲性。針對這些現(xiàn)象，建立管網(wǎng)微生物水質(zhì)指標預測 系統(tǒng)，配合現(xiàn)有管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測體系，來追蹤管網(wǎng)水的微生物指標變化、評估用戶點處的微生物水質(zhì)風險就成為解決上述問題的良好方法。然而，現(xiàn)有的城市供水管網(wǎng)水質(zhì)預測模型或為統(tǒng)計模型，或僅針對單一水質(zhì)組分；管網(wǎng)水質(zhì)風險評估則較多地依賴水齡等間接指標，缺乏用戶點處目標水質(zhì)指標(細菌總數(shù)、余氯)預測結(jié)果的直接支持。現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題供水管網(wǎng)水質(zhì)往往波動較大，經(jīng)常性超出已有統(tǒng)計數(shù)據(jù)范圍，統(tǒng)計預測體系難以給出精確的、有效的用戶節(jié)點水質(zhì)預測結(jié)果，并且在水質(zhì)變化明顯時無法預測可能的水質(zhì)風險；供水管網(wǎng)水質(zhì)成分復雜，單一組分模型忽視了其他重要水質(zhì)指標對某一目標水質(zhì)指標的影響、無法合理反映管網(wǎng)水質(zhì)狀況。即現(xiàn)有預測方法難以滿足保證供水管網(wǎng)用戶點處微生物指標安全的需求上述問題使得工程技術(shù)人員迫切需要一種高效的管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測、預測方法來保證管網(wǎng)用戶的微生物水質(zhì)安全可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過監(jiān)測管網(wǎng)(部分管網(wǎng)或整體管網(wǎng))進水點的水質(zhì)情況，實時、準確地預測管網(wǎng)各用戶點處的細菌總數(shù)和余氯的濃度范圍，及時提供用戶點水質(zhì)風險信息的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，包括如下步驟I)在線監(jiān)測儀表按時序采集管網(wǎng)進水點處的水質(zhì)理化指標數(shù)據(jù)，包括氨氮濃度、余氯量、水溫；相同時序人工采集溶解性有機碳濃度、不溶解性有機碳濃度和細菌總數(shù)；2)根據(jù)氨氮濃度、溶解性有機碳、不溶解性有機碳、余氯和細菌間的生化反應關(guān)系，構(gòu)建水質(zhì)模型，所述的水質(zhì)模型包括( I)水質(zhì)模型的模擬變量水中細菌濃度，(^，單位為CFU/ml ；[0012
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模型
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生物膜中細菌濃度，Cbf，單位為CFU/m2 ；
水中死亡細菌濃度，C·，單位為CFU/ml ；
生物膜中死亡細菌濃度，CDB,F，單位為CFU/m2 ；
水中溶解性有機碳濃度，CMa,單位為mg/L ；
水中可生物降解有機碳濃度，CBIwa，單位為mg/L ；水中不溶性有機碳濃度，C·。,y單位為mg/L ；
生物膜中不溶性有機碳濃度，CND(X；,F,單位為mg/m2 ；水中氨氮濃度，Cm，單位為mg/L ；
水中余氯濃度，Caij,單位為mg/L(2)各模擬變量的生化反應方程式
權(quán)利要求
1.一種供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，包括如下步驟1)在線監(jiān)測儀表按時序采集管網(wǎng)進水點處的水質(zhì)理化指標數(shù)據(jù)，包括氨氮濃度、余氯量、水溫；相同時序人工采集溶解性有機碳濃度、不溶解性有機碳濃度和細菌總數(shù)；2)根據(jù)氨氮濃度、溶解性有機碳、不溶解性有機碳、余氯和細菌間的生化反應關(guān)系，構(gòu)建水質(zhì)模型，所述的水質(zhì)模型包括(1)水質(zhì)模型的模擬變量水中細菌濃度，Q，單位為CFU/ml ；生物膜中細菌濃度，Cbf，單位為CFU/m2 ；水中死亡細菌濃度，Cm，單位為CFU/ml ；生物膜中死亡細菌濃度，CDB,F，單位為CFU/m2 ；水中溶解性有機碳濃度，CD(X；, y單位為mg/L ；水中可生物降解有機碳濃度，C·。，單位為mg/L ；水中不溶性有機碳濃度，C·。,P單位為mg/L ；生物膜中不溶性有機碳濃度，Cnixkf,單位為mg/m2 ；水中氨氮濃度，Cm，單位為mg/L ；水中余氯濃度，Ccm,單位為mg/L(2)各模擬變量的生化反應方程式Cu>Celj時，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟3)中所述的設(shè)定參數(shù)先驗分布是根據(jù)實際管網(wǎng)現(xiàn)場試驗結(jié)果及現(xiàn)有數(shù)據(jù)，對各模型參數(shù)先驗分布進行設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟3)中所述的設(shè)定模擬變量初始時刻的先驗分布是根據(jù)實際管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測情況，對模擬初始時刻管網(wǎng)水質(zhì)情況進行初始化設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟3)中所述的搭建水質(zhì)模型的求解流程，是采用四階龍格-庫塔算法，來求解步驟2)中所給出的各模擬變量的生化反應方程式，采用拉格朗日遷移算法獲得管網(wǎng)各節(jié)點處水質(zhì)計算結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，所述的水質(zhì)模型的求解流程包括如下步驟(1)將實際測到的管網(wǎng)進水點水質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)定的參數(shù)先驗分布和設(shè)定的模擬變量初始時刻的先驗分布帶入步驟2)中所給出的各模擬變量的生化反應方程式；(2)采用四階龍格-庫塔算法求解動力學方程組；(3)使用拉格朗日遷移算法獲得管網(wǎng)各節(jié)點處水質(zhì)計算結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟3)中所述的率定包括如下過程(O首先設(shè)定模型模擬變量與實際觀測數(shù)據(jù)間的可接受誤差范圍；(2)以設(shè)定的參數(shù)先驗分布和設(shè)定的模擬變量初始時刻的先驗分布為基礎(chǔ)，以搭建的水質(zhì)模型求解流程為基礎(chǔ)，進行蒙特卡洛模擬，獲得并存儲管網(wǎng)各用戶點的水質(zhì)計算結(jié)果;(3)根據(jù)過程(I)中的模型模擬變量與實際觀測數(shù)據(jù)間的可接受誤差范圍，率定出可接受的模型參數(shù)、模擬變量初始時刻的數(shù)據(jù)，從而獲得模型參數(shù)和模擬變量初始時刻的可接受數(shù)據(jù)分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟3)中所述的率定結(jié)果的檢驗，是采用Geweke統(tǒng)計方法來檢驗各組可接受模型參數(shù)和模擬變量初始時刻數(shù)據(jù)的收斂性即穩(wěn)定性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，步驟4)中所述的管網(wǎng)用戶點水質(zhì)預測，是根據(jù)管網(wǎng)進水點的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，依照水質(zhì)模型的求解流程， 預測管網(wǎng)各用戶點的水質(zhì)情況；同時，隨著管網(wǎng)進水點數(shù)據(jù)的不斷更新，同步更新管網(wǎng)各用戶點的水質(zhì)預測結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，其特征在于，根據(jù)可接受模型參數(shù)、模擬變量初始時刻數(shù)據(jù)預測出的管網(wǎng)用戶點水質(zhì)預測結(jié)果，是在一定范圍內(nèi)分布的數(shù)值。
全文摘要
一種供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測、預測方法，包括在線監(jiān)測儀表按時序采集管網(wǎng)進水點處的水質(zhì)理化指標數(shù)據(jù)；根據(jù)根據(jù)所得數(shù)據(jù)構(gòu)建水質(zhì)模型，所述的水質(zhì)模型有水質(zhì)模型的模擬變量和各模擬變量的生化反應方程式；根據(jù)水質(zhì)模型有水質(zhì)模型的模擬變量和各模擬變量的生化反應方程式進行水質(zhì)模型參數(shù)率定；進行管網(wǎng)用戶點水質(zhì)預測；本發(fā)明實現(xiàn)了供水管網(wǎng)各用戶點細菌總數(shù)和余氯濃度的及時預測，通過讀取管網(wǎng)最新的進水理化指標監(jiān)測結(jié)果，計算機可以實時動態(tài)顯示各節(jié)點水質(zhì)的變化；可以提高城市供水管理者應對源水水質(zhì)變化的能力和效率；本發(fā)明中預測系統(tǒng)輸出的用戶點水質(zhì)預測結(jié)果是由可接受數(shù)據(jù)形成的具有一定空間分布特征的集合，可避免預測結(jié)果失真帶來的決策風險。
文檔編號G01N33/18GK103018416SQ20121051831
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者周廣宇, 趙新華 申請人:天津大學