联合国确定2005年—2015年为生命之水国际行动10年，主题是“生命之 水”；2005年“中国水周”活动的宣传主题是“保障饮水安全，维护生命健 康”。生活饮用水水质不仅关系到广大人民的身体健康，还直接影响着城市居 住环境和投资环境甚至对外开放政策的顺利实施，因此各国都把提高供水水质， 保障供水安全作为供水服务的首要内容。 输配水管网系统是供水系统中的重要组成部分，其功能就是向用户输送满 足水量、水质和水压需求的水。然而，合格的出厂水经过复杂的城市输配水管 网系统后，水质常常发生变化。实践证明，水在管网反应器内发生着复杂的物 理、化学和生物的反应从而使管网结构完整性被破环，导致水质恶化。 本文主要研究自来水在管网中的变化规律，分析管网水质恶化的原因，并 提出相应的预防解决措施。同时运用信息化手段进行管网水质的数学模拟，对 其主要影响参数余氯浓度及节点水龄进行模拟及预测，根据模拟及预测的结果 提出相应的水质调度措施(管网中途加氯)，建立管网水质预警预报系统，构建 安全保障体系框架，从而为水司安全供水提供有力的科学决策依据及技术支持。 论文以市北管网及—小型管网为例说明了管网余氯模拟、水龄计算、优化中途 加氯、管网水质安全保障技术实施的具体过程。 论文主要分为三部分：管网水质二次污染研究(第二章)；管网水质的数学 模拟及安全保障技术研究(第三章～第五章)；管网水质模拟软件研制(第六章)。 本论文的研究成果主要包括以下几个方面： (1)对于管网水质二次污染的防治，首先要加强净水处理工艺，确保出厂水水质 具有生物及化学稳定性。其次是加快城市供水管网的改造步伐，推广应用新 型管材及加内防腐材料。第三是强调管网冲洗技术，并逐步使之规范化、制 度化；第四，优化贮水构筑物的设计方法，加强监督和管理，并从技术及经 济上对全面实行一次供水的供水方式进行研究。 (2)目前，国内外主要采用一级反应模型和二级反应模型来描述余氯在输配水管 网中的衰减过程。研究表明它们都有各自的局限性，反映不了余氯在管网中 的整个衰减过程。在总结文献的基础上，本文提出新的余氯衰减模型-----综 合衰减模型。算例显示了综合模型具有较好的适应性、灵活性及实用性。 (3)对衰减系数的确定，采用反算思路，即根掘管网实测数掘，利用遗传算法， 按方差最小原理编制程序，进行计算机动态求解。与传统的人工实验测定衰 减系数法相比，计算机动态获取法不仅简单、方便而且准确性高、灵活性强。 (4)对改善管网水质，提高水质安全性的技术措施——管网中途加氯技术作了较 为深入的研究：以最大覆盖水量原则，用0—1整数规划对管网二次加氯点位 置及投加量进行优化设计及求解。算例表明，管网中途加氯措施相对于传统 投氯方式，水质安全性大大提高：在保证最小浓度的前提下，各节点余氯浓 度减少，在不同时空下波动减小，均匀性提高，产尘的消毒副产物浓度更小， 水质致突变性减弱。同时，还节约投氯量，获得可观的经济效益。 (5)把统计学中的随机分层抽样技术成功地引入到管网水质安全分析中。文中以 管材、管径、离出厂水距离为空间分层变量，以高峰用水和非高峰用水为时 间分层变量，对管网水质进行时空分析。如评估管网低水质区域时，得出以 离出厂水距离为空间分层变量且按比例分配的样本设计方法最有效的结论。 (6)在水质模型的基础上，建立水质预警预报系统。包括四大块子系统：水质信 息采集系统，数据传输及处理系统；水质模拟系统;管理决策调度系统。对 预警预报的软硬件组成，水质控制参数及各子系统功能等作了较为详细的分 析说明。最后，在水质预警预报系统的基础上，构建管网水质安全保障体系 框架。 (7)通过对市北管网2002年的部分水质参数(余氯、浑浊度、色度、铁、锰) 的时空变化规律分析，得出如下结论：与出厂水相比，管网水的浑浊度、色 度、铁、锰浓度都有所上升，余氯浓度则有所下降；在全年中管网水的浑浊 度、色度、铁、锰浓度在不同时空中波动不大，基本保持在某个稳定值附近； 管网中余氯浓度的时空变化性较强，温度升高则余氯衰减速度加快；相对于 以黄浦江为原水的管网水，以长江水为原水的管网水浑浊度更低，余氯衰减 速度更缓慢；在一定区域内，余氯浓度高有浑浊度低的趋势，但整个管网范 围内这个相关性并不明显。 (8)用欧拉法编制水质模拟程序，研制出的宏扬水质软件成功的模拟了市北大型 管网的各节点余氯浓度及节点水龄，绘制出等水质区域，水质模拟结果可用 图表形象的显示出来。根据模拟结果，清晰的反映出管网余氯低浓度区域以 及水龄较大的区域，从而为水司调整运行方案，提高供水安全性提供了有力 的科学决策依据。 关键词：输配水管网，水质安全，二次污染，水质数学模拟，余氯衰减模型， 随机分层抽样，优化加氯