專(zhuān)利名稱(chēng)：一種供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及市政工程領(lǐng)域中的供水管網(wǎng)，具體涉及對(duì)供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型的建立。
背景技術(shù)：
水經(jīng)氯消毒進(jìn)入供水管網(wǎng)后，與水中有機(jī)前驅(qū)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷，三鹵甲烷(THM)是飲用水中含量最大的消毒副產(chǎn)物，具有致癌、致畸作用，會(huì)引起肝、 腎等器官的病變。對(duì)三鹵甲烷建立生成模型，可以方便地對(duì)供水管網(wǎng)中的三鹵甲烷含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，M(6)，《給水管網(wǎng)中三鹵甲烷數(shù)學(xué)模型》一文.由趙志領(lǐng)、趙洪賓、高金良等介紹了三鹵甲烷生成的數(shù)學(xué)模型，其建立步驟是首先確定了三鹵甲烷是在主體水以及管壁生長(zhǎng)環(huán)的共同作用下生成的，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出主體水中三鹵甲烷生成的計(jì)算公式描述為..TTHM內(nèi).I[Cl]2-21. 42/677 +ΓΓΜ,+temp0·62+23. 64，在管壁處生長(zhǎng)環(huán)作用下三鹵甲烷生成的計(jì)算公式描述為/77 = [Cl] L入Δ Vf)，將主體水與生長(zhǎng)環(huán)作用下的三鹵甲烷生成模型結(jié)合，將其數(shù)學(xué)模型用于某市供水管網(wǎng)，得到其三鹵甲烷形成模型為= ΤΤΗΜ,+ΤΤΗΜ^. \[C1]2~21. M[C1] +TTHM0+temp°-62+2 ,. {L^LM V)b)；最后通過(guò)在該市管網(wǎng)中實(shí)測(cè)，確定模型參數(shù)，得到三鹵甲烷模型為
TTNM= TTHMb + TTHMv= 5. I [Cl ]2~2 . 42 [Cl ]+ TTHM0+temp°-62 + 2 ,. ^A + [Cl ] (8. 6K3·^26. 3(^ V)1.3)。該模型的缺陷是
1、僅給出了計(jì)算公式，并沒(méi)有通過(guò)實(shí)際管網(wǎng)驗(yàn)證模型是否滿(mǎn)足精度要求；
2、給出的計(jì)算公式僅能單獨(dú)計(jì)算某個(gè)節(jié)點(diǎn)或某單個(gè)管段的三鹵甲烷含量，卻無(wú)法即時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)管網(wǎng)任一節(jié)點(diǎn)、任一管段的三鹵甲烷含量變化及分布情況；
3、雖然確定了三鹵甲烷的生成從主體水和管壁兩個(gè)方面因素來(lái)考慮，但實(shí)際應(yīng)用價(jià)值小，對(duì)于不同的管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型都要重新設(shè)置，需要測(cè)量的參數(shù)多難度大。目前，模擬軟件EPANET應(yīng)用于實(shí)際管網(wǎng)的模型有水力模型、余氯衰減和節(jié)點(diǎn)水齡模型，但尚未涉及到三鹵甲烷模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型的建立方法，以模擬軟件EPANET為平臺(tái)，在供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型的基礎(chǔ)上建立鹵代烷生成量的模型，動(dòng)態(tài)模擬管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)、任一管段、任一時(shí)刻的鹵代烷含量及整個(gè)管網(wǎng)鹵代烷的分布狀態(tài)，并可將其應(yīng)用到實(shí)際管網(wǎng)中。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次采用如下步驟1)在模擬軟件EPANET已建立的常規(guī)的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型下連續(xù)測(cè)試一個(gè)周期內(nèi)供水管網(wǎng)相關(guān)水源點(diǎn)出水時(shí)的鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式，計(jì)算出該周期內(nèi)的平均鹵代烷濃度值，并繪制鹵代烷濃度變化模式曲線(xiàn)圖；2)將平均鹵代烷濃度值和鹵代烷隨時(shí)間變化模式輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中，測(cè)試確定主體水反應(yīng)系數(shù)忍和管壁處反應(yīng)系數(shù)^并輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型；主體水反應(yīng)系數(shù)A= R/ (Cl-C)；管壁處反應(yīng)系數(shù)(=R/ IiA/V) Cti] = R/ [(A/V) C] ；/ 是濃度反應(yīng)的瞬時(shí)速率(μ g/L/d) 是鹵代烷的界限濃度K是平均鹵代烷濃度值；(A/V)是管道內(nèi)單位容積的表面積；3)創(chuàng)建鹵代烷生成量模型并模擬計(jì)算出管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)和管段在任何時(shí)刻的鹵代烷濃度大小，即模擬值；4)在供水管網(wǎng)中選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)鹵代烷濃度，并將實(shí)測(cè)值與所述模擬值的差值與模型校核標(biāo)準(zhǔn)比較，若差值超過(guò)模型校核標(biāo)準(zhǔn)，則不滿(mǎn)足模型精度要求，重新校核修正輸入的各參數(shù)，對(duì)實(shí)測(cè)值與模擬值繼續(xù)進(jìn)行比較，直到兩者差值滿(mǎn)足模型校核標(biāo)準(zhǔn)即得出供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后的有益效果是
1、采用模擬軟件EPANET建立鹵代烷生成量模型，該模型實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高，應(yīng)用更加廣泛。2、主體水處和管壁處兩個(gè)區(qū)域鹵代烷的生成屬于一級(jí)飽和增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，能夠動(dòng)態(tài)模擬預(yù)測(cè)供水管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)、任一管段、任一時(shí)刻的鹵代烷濃度變化分布情況，從而可精確監(jiān)測(cè)實(shí)際管網(wǎng)中的任一節(jié)點(diǎn)、任一管段、任一時(shí)刻的鹵代烷含量及整個(gè)管網(wǎng)鹵代烷的分布狀態(tài)，覆蓋范圍更廣，更全面。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；

圖1是本發(fā)明的流程圖2-5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用模擬軟件EPANET為平臺(tái)建立常規(guī)的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型，動(dòng)態(tài)模擬供水管網(wǎng)任一時(shí)刻的水壓、流量、流速、流向等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；實(shí)測(cè)供水管網(wǎng)相關(guān)水源點(diǎn)出水鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式；確定鹵代烷生成模型動(dòng)力學(xué)參數(shù)，即主體水反應(yīng)系數(shù)&和管壁處反應(yīng)系數(shù)^ ；動(dòng)態(tài)模擬出各節(jié)點(diǎn)和各管段的鹵代烷濃度；通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值修正模型精度，得出滿(mǎn)足精度要求的鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型。具體步驟如下
參見(jiàn)圖1，首先，在模擬軟件EPANET已建立的常規(guī)的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型下，連續(xù)測(cè)試一個(gè)周期內(nèi)供水管網(wǎng)相關(guān)水源點(diǎn)出水時(shí)的鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式；計(jì)算出該周期內(nèi)的平均鹵代烷濃度值，并繪制其隨時(shí)間變化模式曲線(xiàn)圖；然后將平均鹵代烷濃度值、鹵代烷隨時(shí)間變化模式輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中；測(cè)試并確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)主體水反應(yīng)系數(shù)忍和鹵代烷管壁處反應(yīng)系數(shù)&并輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型。主體水反應(yīng)系數(shù)忍的確定方法如下
通過(guò)管道中主體水和管壁處兩個(gè)區(qū)域反應(yīng)跟蹤鹵代烷的增長(zhǎng)，在主體水處，自由氯與水中天然有機(jī)物反應(yīng)；在管壁處，氯與附著在管壁上的藻類(lèi)等其它前驅(qū)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，存在管壁生長(zhǎng)環(huán)作用。模擬軟件EPANET具有模擬/7級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的主體水反應(yīng)功能，其中，反應(yīng)的瞬時(shí)速率依賴(lài)于濃度，同時(shí)也考慮到鹵代烷極端增長(zhǎng)中存在著極限濃度反應(yīng)，鹵代烷屬于一級(jí)飽和增長(zhǎng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，即 Kb= Rl [{CL-C) C ‘1)] = Rl (CrC)式中&一主體水反應(yīng)系數(shù)，忍> 0 ； / 一濃度反應(yīng)的瞬時(shí)速率(yg/L/d)； C一鹵代烷濃度值； /7—反應(yīng)級(jí)數(shù),/7 = 1 ；
Gp—鹵代烷的界限濃度，Cl > 0，是指鹵代烷相對(duì)于某種水體在主體水反應(yīng)生成的一個(gè)趨于穩(wěn)定的濃度值。主體水反應(yīng)系數(shù)忍常隨著溫度的增加而增加，取決于原水的水質(zhì)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)出。主體水反應(yīng)系數(shù)忍可通過(guò)靜置水樣來(lái)測(cè)試，分析瓶中鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的量。對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，自然對(duì)數(shù)、CL-C0、/、CL-C)與時(shí)間t的曲線(xiàn)為一條直線(xiàn)，其中Cl為鹵代烷的界限濃度，G為t時(shí)刻鹵代烷的濃度，G為零時(shí)刻鹵代烷的濃度，于是&由該直線(xiàn)的坡度(斜率)來(lái)估計(jì)，相關(guān)系數(shù)為0. 999以上即可。管壁處反應(yīng)系數(shù)Λ；的確定方法如下
靠近管壁處的水質(zhì)反應(yīng)速率可認(rèn)為取決于主體水的濃度，鹵代烷管壁反應(yīng)級(jí)數(shù)/7 = 1，屬于一級(jí)飽和增長(zhǎng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，即采用以下公式 K= R/ IiA/V) Cti] = R/ [(A/V) C] 式中:Kr~管壁處反應(yīng)系數(shù)； / 一濃度反應(yīng)的瞬時(shí)速率(yg/L/d)； (A/V)——管道內(nèi)單位容積的表面積； C一鹵代烷濃度值；
管壁處反應(yīng)系數(shù)忍取決于水溫，與管齡和管材相關(guān)，由現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)多次實(shí)測(cè)得出或者由模擬人員模擬實(shí)際情況設(shè)置。對(duì)上述輸入了平均鹵代烷濃度值、鹵代烷隨時(shí)間變化模式、主體水反應(yīng)系數(shù)忍和鹵代烷管壁處反應(yīng)系數(shù)&的EPANET供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型創(chuàng)建鹵代烷生成量模型。對(duì)創(chuàng)建的鹵代烷生成量模型，選擇模擬周期，水力水質(zhì)步長(zhǎng)，輸出水質(zhì)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，在軟件內(nèi)部通過(guò)水質(zhì)計(jì)算得出管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)和管段在任何時(shí)刻的鹵代烷濃度大小，即得到模擬值。為驗(yàn)證模擬出的鹵代烷濃度是否符合實(shí)際情況，需依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則和管網(wǎng)特征在供水管網(wǎng)中選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)鹵代烷濃度，并將實(shí)測(cè)值與模擬值進(jìn)行比較，計(jì)算兩者差值(I模擬值-實(shí)測(cè)值I )，并將其與模型校核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；若差值大小超過(guò)模型的校核標(biāo)準(zhǔn)，即不滿(mǎn)足模型精度要求，此時(shí)需對(duì)模型進(jìn)行重新校核修正輸入的各參數(shù)(平均鹵代烷濃度值、鹵代烷隨時(shí)間變化模式、主體水反應(yīng)系數(shù)忍和鹵代烷管壁處反應(yīng)系數(shù)忍)，再對(duì)實(shí)測(cè)值與模擬值繼續(xù)進(jìn)行比較，直到兩者差值滿(mǎn)足模型校核標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可認(rèn)為模型已滿(mǎn)足精度要求，模型建立完畢，得出供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型。以下提供本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例連續(xù)測(cè)試一個(gè)周期內(nèi)某水源出水三鹵甲烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式，計(jì)算出的該周期內(nèi)的平均三鹵甲烷濃度值見(jiàn)下表1，繪制其隨時(shí)間變化模式曲線(xiàn)圖如圖2所示；然后將平均鹵代烷濃度值、鹵代烷隨時(shí)間變化模式輸入已建立的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中；測(cè)試并確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)主體水反應(yīng)系數(shù)忍和三鹵甲烷管壁處反應(yīng)系數(shù)&見(jiàn)表1，并輸入到供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中，創(chuàng)建鹵代烷模型。為驗(yàn)證模型，在管網(wǎng)中選取多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三鹵甲烷實(shí)測(cè)。同一節(jié)點(diǎn)三鹵甲烷實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比見(jiàn)圖3所示；任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩者差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許誤差(30 g/L)，因此利用此建模方法建立的三鹵甲烷水質(zhì)模型符合實(shí)際，能較準(zhǔn)確地反映三鹵甲烷在管網(wǎng)中濃度分布的真實(shí)情況，能夠動(dòng)態(tài)模擬管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)和管段的三鹵甲烷濃度變化情況。
表 權(quán)利要求
1. 一種供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型的建立方法，其特征是依次采用如下步驟1)在模擬軟件EPANET已建立的常規(guī)的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型下連續(xù)測(cè)試一個(gè)周期內(nèi)供水管網(wǎng)相關(guān)水源點(diǎn)出水時(shí)的鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式，計(jì)算出該周期內(nèi)的平均鹵代烷濃度值，并繪制鹵代烷濃度變化模式曲線(xiàn)圖；2)將平均鹵代烷濃度值和鹵代烷隨時(shí)間變化模式輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中，測(cè)試確定主體水反應(yīng)系數(shù)忍和管壁處反應(yīng)系數(shù)^并輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型；主體水反應(yīng)系數(shù)A= R/ (Cl-C)；管壁處反應(yīng)系數(shù)(=R/ Λ/V) Cti] = R/ [(A/V) C] ；/ 是濃度反應(yīng)的瞬時(shí)速率(μ g/L/d) 是鹵代烷的界限濃度K是鹵代烷濃度值；(A/V)是管道內(nèi)單位容積的表面積；3)創(chuàng)建鹵代烷生成量模型并可模擬計(jì)算出管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)和管段在任何時(shí)刻的鹵代烷濃度大小，即模擬值；4)在供水管網(wǎng)中選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)鹵代烷濃度，并將實(shí)測(cè)值與所述模擬值的差值與模型校核標(biāo)準(zhǔn)比較，若差值超過(guò)模型校核標(biāo)準(zhǔn)，則不滿(mǎn)足模型精度要求，重新校核修正輸入的各參數(shù)，對(duì)實(shí)測(cè)值與模擬值繼續(xù)進(jìn)行比較，直到兩者差值滿(mǎn)足模型校核標(biāo)準(zhǔn)即得出供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種供水管網(wǎng)中鹵代烷生成量預(yù)測(cè)模型的建立方法，在模擬軟件EPANET已建立的常規(guī)的供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型下連續(xù)測(cè)試一個(gè)周期內(nèi)供水管網(wǎng)相關(guān)水源點(diǎn)出水時(shí)的鹵代烷隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化模式，計(jì)算出平均鹵代烷濃度值；將平均鹵代烷濃度值和鹵代烷隨時(shí)間變化模式輸入供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力模型中，測(cè)試確定主體水反應(yīng)系數(shù)和管壁處反應(yīng)系數(shù)并輸入模型；創(chuàng)建鹵代烷生成量模型并模擬計(jì)算出管網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)和管段在任何時(shí)刻的鹵代烷濃度大小，在供水管網(wǎng)中選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)鹵代烷濃度，并將實(shí)測(cè)值與模擬值的差值與模型校核標(biāo)準(zhǔn)比較；能精確監(jiān)測(cè)實(shí)際管網(wǎng)中的任一節(jié)點(diǎn)、任一管段、任一時(shí)刻的鹵代烷含量及整個(gè)管網(wǎng)鹵代烷的分布狀態(tài)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102201023SQ201110120198
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者周韌, 張鳳娥, 張敏, 陳春芳 申請(qǐng)人:常州大學(xué)