供水管网水力水质模型及其校核研究

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本课题主要的研究内容是:建立供水管网模型及其校核工作。建立的模型主要包括管网水力模型、余氯模型和水龄模型。用准确的供水管网模型来实时反映管网水力水质的近似运行状况,基本上可以掌握管网中水的状态,以管网模型为依据,可以开展管网水力水质调度,也为后续管网研究工作建立平台,如管网污染源追踪研究。采用G市某区域供水管网为实例,采用数据监控采集系统(SCADA)和地理信息系统(GIS)收集整理实际管网相关数据,并结合现场勘察和人工检测数据建立供水管网拓扑结构;应用管网有关的数据,建立该管网的水力模型,手工方式初步校核该模型后,需要进一步调整模型有关参数时,采用自动校核方法。当求解自动校核目标函数,文中确定使用遗传算法,有效地提高了水力模型的准确度。在校核G市某区域供水管网水力模型过程中,发现用遗传算法单独调整管段海曾-威廉系数可以满足管网水力模型以水质模拟为建模目标的精度要求;另外,同时调整管网中部分无实测数据的节点流量并不能更好的提高管网水力模型精度。最后,G市该区域管网水力模型情况如下:该模型与实际管网运行情况吻合良好;模拟压力值与测量值的平均绝对误差为0.305m,绝对误差小于0.5m的部分占数据总数85.52%,达到水力模型精度要求,同时满足以水质模型为目标的建模要求。在准确的水力模型的基础上,利用建模软件EPANET中水龄计算模块建立G市该区域供水管网水龄模型。通过供水管网水龄计算结果分析,可知G市该区域管网大部分出水水龄都在20h以内,24h左右管网水会更新一次。该管网所有节点平均水龄估计在15h左右,整个管网最大节点水龄值为46h。虽然水厂出水在进入该区域管网前,需要流经其它管网,但停留时间最长不超过24h,因此通过对G市该区域供水管网水龄计算,可知该供水管网水龄条件良好。通过对G市某区域供水管网余氯实验数据和已有研究成果分析,初步确定管网中各组管段的管壁余氯衰减系数和整个管网的主体水余氯衰减系数,利用EPANET2.0中的水质模拟功能,建立管网余氯衰减模型;另外,用数学模型对该区域管网余氯衰减系数进行近似求解,再建立管网余氯衰减模型。采用遗传算法分别校核两种不同方法建立余氯模型,调整其模型各自的参数变量。得到的模型精度相差不大。但用数学模型来确定余氯衰减系数的方法,建立的管网余氯模型应变性更高,而且减少模型更新和维护的工作量。通过分析管网余氯模型的计算结果,可知整个G市该区域供水管网中余氯指标是否符合我国“生活饮用水卫生标准(GB5497-2006)”中的规定,对管网水质情况有一定的指示性。
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