基于蒙特卡洛和特征因子的污水管道地下水入渗测算研究

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污水管道是城市的重要基础设施,然而我国部分地区的污水管道存在地下水入渗问题,不仅会增大污水厂的处理水量,影响污水处理效果,还可能造成道路坍塌,威胁人民群众的生命财产安全,因此准确地测算污水管道地下水入渗量,对于提升污水管网效能尤为重要。对此,本文基于蒙特卡洛(Monte Carlo)方法并结合水质特征因子建立了一种污水管道地下水入渗测算模型,并以某市污水管道为实例进行了应用研究,通过将测算结果与视频检测结果进行比较,证明了该方法的准确性与实用性。本文主要研究内容及结论如下:首先,本文应用Kruskal-Wallis检验与方差分析对比了不同取样方式获取的不同类型排水户污水数据以确定最稳定的水质因子,在此基础上应用箱线图分析排水户污水与地下水的差异性进而确定水质特征因子。研究表明:(1)24小时混合样的排水户污水水质波动性最小,水质最为稳定;(2)在24小时混合样的取样方式下,Mn2+、F-、LAS(An-Ionic Surfactant,阴离子表面活性剂)、TP(Total Phosphorus,总磷)、TN(Total Nitrogen,总氮)与K+是最为稳定的水质因子;(3)TN、TP、LAS为排水户污水中最为稳定水质特征因子。其次,本文构建了基于蒙特卡洛方法并结合水质特征因子法的地下水入渗测算模型,从单因子(分别以TN、TP与LAS作为水质特征因子)、双因子(以TN、TP、LAS两两组合作为水质特征因子)与三因子的(以TN、TP、LAS作为水质特征因子共同进行测算)三个角度出发进行地下水入渗测算,并分别与视频检测结果做对比,结果表明双因子与三因子测算结果与CCTV检测结果吻合,本文中构建的地下水入渗测算模型具有较高的准确性。最后,本研究从改变水质特征因子取值区间、概率分布方式以及模型解析结果个数三方面对测算模型进行了敏感性分析。结果表明:(1)模型测算误差会随着取值区间的缩小而增加,当缩小程度超过10%时,模型测算结果与CCTV检测结果不相符;(2)概率分布方式的改变会导致模型测算结果出现偏差,当概率分布形式为均匀分布/正态分布时,测算结果准确度最高。(3)模型测算结果会随着解析结果个数而改变,当解析结果个数大于1000时模型测算结果趋于稳定。
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