一種供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立方法
2023-05-28 18:48:21 1
專利名稱：一種供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立方法
技術領域：
本發明涉及市政工程領域中的供水管網，具體涉及對供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立。
背景技術：
水經氯消毒進入供水管網後，與水中有機前驅物質發生反應生成消毒副產物三滷甲烷，三滷甲烷(THM)是飲用水中含量最大的消毒副產物，具有致癌、致畸作用，會引起肝、 腎等器官的病變。對三滷甲烷建立生成模型，可以方便地對供水管網中的三滷甲烷含量進行預測。哈爾濱商業大學學報，2008，M(6)，《給水管網中三滷甲烷數學模型》一文.由趙志領、趙洪賓、高金良等介紹了三滷甲烷生成的數學模型，其建立步驟是首先確定了三滷甲烷是在主體水以及管壁生長環的共同作用下生成的，然後進行實驗得出主體水中三滷甲烷生成的計算公式描述為..TTHM內.I[Cl]2-21. 42/677 +ΓΓΜ,+temp0·62+23. 64，在管壁處生長環作用下三滷甲烷生成的計算公式描述為/77 = [Cl] L入Δ Vf)，將主體水與生長環作用下的三滷甲烷生成模型結合，將其數學模型用於某市供水管網，得到其三滷甲烷形成模型為= ΤΤΗΜ,+ΤΤΗΜ^. \[C1]2~21. M[C1] +TTHM0+temp°-62+2 ,. {L^LM V)b)；最後通過在該市管網中實測，確定模型參數，得到三滷甲烷模型為
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、僅給出了計算公式，並沒有通過實際管網驗證模型是否滿足精度要求；
2、給出的計算公式僅能單獨計算某個節點或某單個管段的三滷甲烷含量，卻無法即時監測和動態模擬整個管網任一節點、任一管段的三滷甲烷含量變化及分布情況；
3、雖然確定了三滷甲烷的生成從主體水和管壁兩個方面因素來考慮，但實際應用價值小，對於不同的管網數學模型都要重新設置，需要測量的參數多難度大。目前，模擬軟體EPANET應用於實際管網的模型有水力模型、餘氯衰減和節點水齡模型，但尚未涉及到三滷甲烷模型。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的缺陷，提供一種供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立方法，以模擬軟體EPANET為平臺，在供水管網動態水力模型的基礎上建立滷代烷生成量的模型，動態模擬管網中任一節點、任一管段、任一時刻的滷代烷含量及整個管網滷代烷的分布狀態，並可將其應用到實際管網中。本發明採用的技術方案是依次採用如下步驟1)在模擬軟體EPANET已建立的常規的供水管網動態水力模型下連續測試一個周期內供水管網相關水源點出水時的滷代烷隨時間動態變化模式，計算出該周期內的平均滷代烷濃度值，並繪製滷代烷濃度變化模式曲線圖；2)將平均滷代烷濃度值和滷代烷隨時間變化模式輸入供水管網動態水力模型中，測試確定主體水反應係數忍和管壁處反應係數^並輸入供水管網動態水力模型；主體水反應係數A= R/ (Cl-C)；管壁處反應係數(=R/ IiA/V) Cti] = R/ [(A/V) C] ；/ 是濃度反應的瞬時速率(μ g/L/d) 是滷代烷的界限濃度K是平均滷代烷濃度值；(A/V)是管道內單位容積的表面積；3)創建滷代烷生成量模型並模擬計算出管網中任一節點和管段在任何時刻的滷代烷濃度大小，即模擬值；4)在供水管網中選取監測點實測滷代烷濃度，並將實測值與所述模擬值的差值與模型校核標準比較，若差值超過模型校核標準，則不滿足模型精度要求，重新校核修正輸入的各參數，對實測值與模擬值繼續進行比較，直到兩者差值滿足模型校核標準即得出供水管網中滷代烷生成量預測模型。本發明採用上述技術方案後的有益效果是
1、採用模擬軟體EPANET建立滷代烷生成量模型，該模型實際應用價值高，應用更加廣泛。2、主體水處和管壁處兩個區域滷代烷的生成屬於一級飽和增長動力學模型，能夠動態模擬預測供水管網中任一節點、任一管段、任一時刻的滷代烷濃度變化分布情況，從而可精確監測實際管網中的任一節點、任一管段、任一時刻的滷代烷含量及整個管網滷代烷的分布狀態，覆蓋範圍更廣，更全面。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明；
圖1是本發明的流程圖2-5是本發明一個實施例圖。
具體實施例方式本發明利用模擬軟體EPANET為平臺建立常規的供水管網動態水力模型，動態模擬供水管網任一時刻的水壓、流量、流速、流向等基礎數據；實測供水管網相關水源點出水滷代烷隨時間動態變化模式；確定滷代烷生成模型動力學參數，即主體水反應係數&和管壁處反應係數^ ；動態模擬出各節點和各管段的滷代烷濃度；通過監測點的實測值修正模型精度，得出滿足精度要求的滷代烷生成量預測模型。具體步驟如下
參見圖1，首先，在模擬軟體EPANET已建立的常規的供水管網動態水力模型下，連續測試一個周期內供水管網相關水源點出水時的滷代烷隨時間動態變化模式；計算出該周期內的平均滷代烷濃度值，並繪製其隨時間變化模式曲線圖；然後將平均滷代烷濃度值、滷代烷隨時間變化模式輸入供水管網動態水力模型中；測試並確定動力學參數主體水反應係數忍和滷代烷管壁處反應係數&並輸入供水管網動態水力模型。主體水反應係數忍的確定方法如下
通過管道中主體水和管壁處兩個區域反應跟蹤滷代烷的增長，在主體水處，自由氯與水中天然有機物反應；在管壁處，氯與附著在管壁上的藻類等其它前驅物質發生反應，存在管壁生長環作用。模擬軟體EPANET具有模擬/7級反應動力學的主體水反應功能，其中，反應的瞬時速率依賴於濃度，同時也考慮到滷代烷極端增長中存在著極限濃度反應，滷代烷屬於一級飽和增長反應動力學模型，即 Kb= Rl [{CL-C) C 『1)] = Rl (CrC)式中&一主體水反應係數，忍> 0 ； / 一濃度反應的瞬時速率(yg/L/d)； C一滷代烷濃度值； /7—反應級數,/7 = 1 ；
Gp—滷代烷的界限濃度，Cl > 0，是指滷代烷相對於某種水體在主體水反應生成的一個趨於穩定的濃度值。主體水反應係數忍常隨著溫度的增加而增加，取決於原水的水質，由實驗測出。主體水反應係數忍可通過靜置水樣來測試，分析瓶中滷代烷隨時間動態變化的量。對於一級反應，自然對數、CL-C0、/、CL-C)與時間t的曲線為一條直線，其中Cl為滷代烷的界限濃度，G為t時刻滷代烷的濃度，G為零時刻滷代烷的濃度，於是&由該直線的坡度(斜率)來估計，相關係數為0. 999以上即可。管壁處反應係數Λ；的確定方法如下
靠近管壁處的水質反應速率可認為取決於主體水的濃度，滷代烷管壁反應級數/7 = 1，屬於一級飽和增長反應動力學模型，即採用以下公式 K= R/ IiA/V) Cti] = R/ [(A/V) C] 式中:Kr~管壁處反應係數； / 一濃度反應的瞬時速率(yg/L/d)； (A/V)——管道內單位容積的表面積； C一滷代烷濃度值；
管壁處反應係數忍取決於水溫，與管齡和管材相關，由現場連續多次實測得出或者由模擬人員模擬實際情況設置。對上述輸入了平均滷代烷濃度值、滷代烷隨時間變化模式、主體水反應係數忍和滷代烷管壁處反應係數&的EPANET供水管網動態水力模型創建滷代烷生成量模型。對創建的滷代烷生成量模型，選擇模擬周期，水力水質步長，輸出水質數據的時間間隔，在軟體內部通過水質計算得出管網中任一節點和管段在任何時刻的滷代烷濃度大小，即得到模擬值。為驗證模擬出的滷代烷濃度是否符合實際情況，需依據水質監測點布置原則和管網特徵在供水管網中選取監測點實測滷代烷濃度，並將實測值與模擬值進行比較，計算兩者差值(I模擬值-實測值I )，並將其與模型校核標準進行比較；若差值大小超過模型的校核標準，即不滿足模型精度要求，此時需對模型進行重新校核修正輸入的各參數(平均滷代烷濃度值、滷代烷隨時間變化模式、主體水反應係數忍和滷代烷管壁處反應係數忍)，再對實測值與模擬值繼續進行比較，直到兩者差值滿足模型校核標準，此時可認為模型已滿足精度要求，模型建立完畢，得出供水管網中滷代烷生成量預測模型。以下提供本發明的一個實施例。
實施例連續測試一個周期內某水源出水三滷甲烷隨時間動態變化模式，計算出的該周期內的平均三滷甲烷濃度值見下表1，繪製其隨時間變化模式曲線圖如圖2所示；然後將平均滷代烷濃度值、滷代烷隨時間變化模式輸入已建立的供水管網動態水力模型中；測試並確定動力學參數主體水反應係數忍和三滷甲烷管壁處反應係數&見表1，並輸入到供水管網動態水力模型中，創建滷代烷模型。為驗證模型，在管網中選取多個監測點進行三滷甲烷實測。同一節點三滷甲烷實測值與模擬值對比見圖3所示；任一監測點兩者差值遠遠小於允許誤差(30 g/L)，因此利用此建模方法建立的三滷甲烷水質模型符合實際，能較準確地反映三滷甲烷在管網中濃度分布的真實情況，能夠動態模擬管網中任一節點和管段的三滷甲烷濃度變化情況。
表 權利要求
1. 一種供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立方法，其特徵是依次採用如下步驟1)在模擬軟體EPANET已建立的常規的供水管網動態水力模型下連續測試一個周期內供水管網相關水源點出水時的滷代烷隨時間動態變化模式，計算出該周期內的平均滷代烷濃度值，並繪製滷代烷濃度變化模式曲線圖；2)將平均滷代烷濃度值和滷代烷隨時間變化模式輸入供水管網動態水力模型中，測試確定主體水反應係數忍和管壁處反應係數^並輸入供水管網動態水力模型；主體水反應係數A= R/ (Cl-C)；管壁處反應係數(=R/ Λ/V) Cti] = R/ [(A/V) C] ；/ 是濃度反應的瞬時速率(μ g/L/d) 是滷代烷的界限濃度K是滷代烷濃度值；(A/V)是管道內單位容積的表面積；3)創建滷代烷生成量模型並可模擬計算出管網中任一節點和管段在任何時刻的滷代烷濃度大小，即模擬值；4)在供水管網中選取監測點實測滷代烷濃度，並將實測值與所述模擬值的差值與模型校核標準比較，若差值超過模型校核標準，則不滿足模型精度要求，重新校核修正輸入的各參數，對實測值與模擬值繼續進行比較，直到兩者差值滿足模型校核標準即得出供水管網中滷代烷生成量預測模型。
全文摘要
本發明公開一種供水管網中滷代烷生成量預測模型的建立方法，在模擬軟體EPANET已建立的常規的供水管網動態水力模型下連續測試一個周期內供水管網相關水源點出水時的滷代烷隨時間動態變化模式，計算出平均滷代烷濃度值；將平均滷代烷濃度值和滷代烷隨時間變化模式輸入供水管網動態水力模型中，測試確定主體水反應係數和管壁處反應係數並輸入模型；創建滷代烷生成量模型並模擬計算出管網中任一節點和管段在任何時刻的滷代烷濃度大小，在供水管網中選取監測點實測滷代烷濃度，並將實測值與模擬值的差值與模型校核標準比較；能精確監測實際管網中的任一節點、任一管段、任一時刻的滷代烷含量及整個管網滷代烷的分布狀態。
文檔編號G06F17/50GK102201023SQ201110120198
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者周韌, 張鳳娥, 張敏, 陳春芳 申請人:常州大學