管网在线-人工监测系统余氯预测Logistic回归模型

根据国内管网水质监测现状,对南方某城市供水管网多项水质指标进行检测,选择余氯为预测指标,以在线监测水质指标为影响变量,建立在线-人工监测系统的Logistic回归模型,对管网末梢余氯达标与否进行概率预测.经实例验证,预测结果达到了较高的准确度,可通过少量在线监测点预测并了解整个管网水质状况.     

基于多因子融合的水质异常检测算法

为了及时有效地发现偶发或蓄意的水质异常,保障饮用水供水安全,在总结现有异常检测算法的基础上,提出基于自回归（AR）模型和模糊C-均值聚类（FCM）的多因子融合水质异常检测算法.通过AR模型实现水质背景信号的高精度跟踪,采用FCM算法融合多种水质指标的AR预测残差,与设定阈值作比较并判断异常.实验结果表明,与单因子算法、直接融合水质指标监测值的算法、利用多维欧氏距离融合AR预测残差的算法相比,提出的多因子融合水质异常检测算法具有更高的异常检出率和较低的误报率.     

监测信息深度挖掘的供水管网污染源定位

为实现供水管网污染源及时准确地定位,针对配备在线水质监测设备的供水管网系统,提出一种充分挖掘水质传感器时序信息的贝叶斯方法,用于节点需水量随机波动条件下供水管网污染源定位。该方法采用蒙特卡洛模拟生成随机污染事件,构建各节点污染事件的观测信息概率分布,利用贝叶斯推断,根据传感器报警次序及时间观测信息,实时更新各候选污染节点的后验概率,并根据排序确定可疑污染源位置,同时对比不同传感器信息挖掘程度对定位结果的影响。结果表明,所提出的方法能在水质传感器报警信息累积时不断更新可疑候选节点的污染源后验概率,使候选节点个数降低,污染概率信息熵降低,能有效地识别出污染节点所在区域,且传感器信息挖掘程度越深,污染事件定位的准确率也越高。引入传感器首次报警时间作为辅助信息可以减少候选污染节点个数,降低候选节点污染源概率分布的不确定性,提高定位的准确性。     

管网多参数智能监测系统的设计

本文以研究水质、水压、水流量集中采集的管网多参数智能数据采集设备为重点,建立水质、水压、水流量数据集成采集的接口标准,解决目前管网数据分开采集监测现状,同时研究多参数智能监测系统与供水管网系统平台的数据交换接口技术,实现平台之间数据共享,对于保障城市供水安全具有现实意义.     

供水管网中余氯浓度模拟计算及工程应用

供水管网中的余氯浓度指示供水管网水质安全状况,手动或者在线仪表检测余氯浓度,都不能全面地动态地反应整个管网余氯的变化规律.在供水管网数字化水力模型基础上,运用拉格朗日动态水质算法对中国南方某市管网余氯量进行了仿真计算,并采用分布式并行遗传算法对水质模型参数进行了校核,最后模拟的结果和现场实测结果非常吻合.这表明,经过校核的水质模型具有一定的工程应用价值.     

水质分区在供水系统水质管理中的应用

由于用户用水量及管道基础数据不完善,供水管网水力模拟在实际供水系统中的应用受到了限制.供水系统水质分区充分利用水厂、管网中水质测点的监测数据,先筛选出适合聚类分析的水质指标,再利用聚类分析的方法确定各水厂的供水范围,进而根据多年的水质资料确定各水厂供水区域交汇的漂移带及区域末梢监测点.各区域末梢监测点的水质资料通过SCADA系统传至调度中心,为供水企业全面掌握供水系统的水质状态、确定合理的水质、水量调度方案提供了可靠的依据,便于从水质安全的角度实现供水系统宏观调控,指导各水厂科学、合理运行.该方法水质资料可获得性强、对用户用水量及管网基础资料的依赖性弱、方法科学合理,适用范围广,可操作性强,便于推广应用.     

基于SCADA系统OPC通信的供水管网实时模拟

建立基于SCADA系统OPC通信的城市供水管网实时模拟系统,结合管网实时运行信息与管网数字化分析系统,实现供水管网实时动态模拟分析;利用数据采集与监控（SCADA）软件对OPC的支持,实时获得供水管网运行信息,以供水管网数字化分析系统为基础,通过实时监测流量和压力数据驱动模型,对供水管网运行工况进行实时仿真模拟;实现了...     

独立计量分区截断管水质时空变化规律

为探究城市供水管网独立计量分区（DMA）建设过程中形成的分区截断管道和滞流区对供水管网水质的潜在影响,以管龄为9 a的实际供水管道为研究对象,设计并搭建试验平台,研究DMA分区截断管道内管网水关键水质理化指标、生物指标的时空变化规律. 研究结果表明：随着截断管深度的增加,管壁生物膜和管垢脱落速度加快,水质恶化速率加快;铁释放、浊度和活菌浓度在不同管深处随时间的变化情况不同,12 h后,水质恶化速率明显加快;各水质指标恶化的相关性分析显示,截断管越深,水质受到主干管的扰动越少,各指标相关性水平越高.     

突发性污染情况下给水管网传感器优化选址

为解决给水管网中的水质传感器位置优化布置问题,以污染发生至传感器首次监测到超过临界污染物质量浓度的期望监测时间最短为目标,提出监测突发性或者蓄意污染的管网传感器优化选址模型.以Anytown管网为例,利用EPANET软件模拟扩展周期非稳态水力水质条件下节点污染物质量浓度变化,通过编制程序与EPANET交互得到传感器监测时间,在此基础上设计求解该优化模型的混合粒子群算法.提出的优化模型及求解方法对保护管网安全、降低用户饮用被污染水的风险具有一定意义.     

面向大规模供水管网的水质监测点布局优化

在供水管网的重要位置布设一定数量的水质监测点,对管网水质进行实时监测,是保障水质安全的有效途径。现有水质监测点布局优化方法的研究大多针对小规模管网,在复杂的大规模管网中迭代求解效率和解集质量低,难以实际应用。为此,针对大规模供水管网节点数量众多且邻近节点相似程度较高等特点,以最小化监测时间和最大化污染事件覆盖比例为目标,建立水质监测点布局优化求解框架。该框架使用基于复杂网络重要性指标和耦合水力特征综合评价的节点筛选模型,对大规模管网中的重要节点进行污染事件模拟,并基于节点空间相似性改进遗传算法的演化策略,提升解集质量。针对实际大规模管网的模拟实验表明,此方法能解决供水管网规模较大时迭代效率和解集质量低的问题,获得有效的水质监测点布局。     

GO法定量分析矿井防尘供水管网系统可靠性

矿井防尘供水管网负责向井下各工作地点输送生产和防尘用水,是保障煤矿生产安全运行的重要环节。以双鸭山某矿防尘系统为例,采用GO法对矿井防尘供水管网的可靠性进行分析。根据防尘系统结构图和GO法工作原理建立相应的GO图,利用概率公式算法对防尘供水管网系统进行定量计算,获得系统的状态概率,确定系统的可靠程度。     

给水管网污染源定位模拟及影响因素分析

为了在供水管网突发污染发生时快速准确定位污染源,以小规模开环式供水管网模拟系统为实验平台,采用多点投加高浓度次氯酸钠溶液模拟污染物扩散的方法进行实验研究与理论分析.在实验中监测多组管网平台监测点污染物浓度时变数据,在保证可靠性、准确性的基础上将监测数据作为反追踪模拟信息源.通过改进的基于拉格朗日算法的“模拟-优化反追踪数学模型”定位污染源,分析管网拓扑结构、优化时段和水力工况等因素对模型精度和效率的影响.研究表明,在模型影响因素合理表达的条件下,模拟结果准确率达93.3%.     

基于改进GRU的城市供水管网流量预测研究

城市供水管网随着城市规模的扩大和人口的增加等因素的变化而越来越复杂,供水管网的流量预测在管网的优化调度工作中发挥了有效作用。本文通过分析某城市供水管网系统的多个监测节点的流量数据,以类似局部加权线性回归的方法优化GRU算法,构建了基于多监测节点的流量预测模型,提高了模型的泛化能力。利用该市供水管网监测平台采集的监测节点流量数据进行验证,实验的结果表明,基于改进的GRU流量预测模型有着较好的预测精度。     

四川省河流水质指标时序特性分析

为了全面掌握四川省主要河流12个典型监测站点的各水质指标值在水中的持续情况,了解水质指标的时序特性,对各水质指标进行污染特性分析和时序趋势性分析,并首次采用流量历时曲线模型的研究方法,对各个典型监测站点的水质指标进行季度历时曲线分析.通过对四川省主要河流各个典型站点水质指标特性分析,可以看出:水质特性分析综合反映了各个典型监测站点的水质情况,其中水质历时曲线模型能较好地、直观地反映河流中污染物持续历时状况.     

改进的多传感器多目标量测数据关联算法

提出融合多传感器测量对目标位置进行估计的广义概率数据关联(MSPE-GPDA)算法. 首先对所有可能的多元量测组合进行预关联检验,通过检验的有效多元量测组合所对应的目标位置进行最优估计;根据广义概率数据关联算法计算通过预关联检验的各有效量测组合与目标航迹间的关联概率,并用来计算目标的更新状态. 与顺序处理的多传感器广义概率数据关联算法和利用多传感器量测进行目标位置估计的联合概率数据关联算法相比,MSPE-GPDA算法集中了最优估计和有效信息复用两方面的优点. 理论分析与仿真实验结果均验证了所提算法的有效性.     

典型管网试验系统的随机负载仿真

为了检验某类型船舶集中供水管网系统设计的合理性和验证数字仿真结果的准确性,设计了一套典型管网试验系统. 典型管网试验系统以某型船舶集中供水系统的典型供水单元为蓝本,采用了差压式减压阀来模拟实际管网的纯水头差,采用节流阀来调节流动阻力损失,从而达到权衡考虑试验经济性与试验结果有效性的目标. 设计了一套可编程控制器（PLC）控制系统,用于调节各支管的阻力特性与负载流量,检测与记录管网上各重要部位的压力与流量. 通过PLC编程,利用线性同余发生器产生的随机数,实现管网对负载的随机控制,并对随机负载下的每层支管的压力与流量进行统计分析. 试验结果表明,在随机负载的作用下各层支管末端的流量都充足,末端出现供水不足的估计概率很低,从而验证某类型船舶集中供水管网系统设计是合理的,在设计中进行的数字仿真结果是比较准确的.     

特征水质指标空间修正插值法预测混合供水带

针对多水源供水地区不同水厂之间存在混合供水带,水力水质条件不稳定,易出现铁释放超标、余氯偏低等水质问题,采用特征水质指标空间修正插值法预测该水质风险区域。特征水质指标是指不同水厂出厂水差异较大,且在管网中按一定规律分布、具有明显识别特征的水质指标,根据其空间分布情况可以判断各水厂单独及混合供水区域。考虑到管网分布与地理空间差异,在插值前引入修正系数对特征指标进行修正。以双水厂供水的H市为例预测混合供水带,结果表明:H市一般特征指标电导率和敏感特征指标总铁质量浓度的空间修正插值结果基本一致,且与水力模型模拟结果基本吻合;在所预测的混合供水带内设置在线监测点,观测到流速、流向的频繁改变,符合混合供水带水力特征,说明预测结果正确,方法可行。     

东北小区管网水生物稳定性及影响因素

为研究常规水质指标和生物稳定性的相关性,以我国东北某城市某小区供水管网为对象研究生物稳定性.采用生物可降解溶解性有机碳(BDOC)作为指标评价管网水的生物稳定性,并对管网中影响BDOC的因素进行统计分析.结果表明,管网水中BDOC变化范围为0.11～0.40 mg/L,属于生物稳定的饮用水,从管网入口到管网末梢,沿程各点BDOC变化不大;常规水质指标中,浑浊度和BDOC是正相关,而pH和BDOC是负相关.控制管网水中细菌的再生长,不能单单控制生物稳定性指标,应该把BDOC的控制与余氯的控制和浑浊度的控制结合起来进行.     

图论法研究多水源管网供水分区

目的为了从整体上把握供水管网各水源供水区域的范围,对多水源管网进行供水分区,使得各水源的供水区域可视化.方法从供水管网是一种图的观点出发,基于管网水力计算的平差结果,根据图论原理,生成供水管网流向图的邻接矩阵;在邻接矩阵的基础上搜索水源点的供水情况,形成判断出水源的供水分界点矩阵,进而确定了各水源的供水区域;利用Visual Basic和MapInfo联合编程技术将该方法进行程序编制.结果通过调用复杂多水源管网进行算例分析,实现了多水源管网供水分区的可视化显示.可以从管网总体上获得各个供水区域的范围、大小和分区的具体位置.结论对运行管理人员进行管网水量调配和设计人员进行管网改造具有指导作用.有效解决了多水源管网供水分区的问题,而且该方法具有算法简单可靠、程序编制简单、适用范围广、集成化程度高等特点.     

POD Analysis and Low-Dimensional Model Based on POD-Galerkin for Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection

北方生活小区供水管网生物稳定性和影响因素研究

张新瑜,付 英

（济南大学 土木建筑学院,济南 250022）

创新点说明：

1）采用可生物降解溶解性有机碳（BDOC）评价管网水生物稳定性,方法快捷,避免细菌内源代谢的问题,测定准确性高;

2）确定了主要的常规水质指标和BDOC之间的相关关系;

3）提出了控制管网水质生物稳定性的措施。

研究目的：

为了评价北方生活小区管网水质生物稳定性;研究常规水质指标和生物稳定性的关系;确定管网水质生物稳定性的主要影响因素;最终提出管网水质生物稳定性的控制措施。

研究方法：

1）实验室供水管段的静态实验

选择与供水管网中使用相同材质的管段,进行实验,测定常规水质指标和BDOC,采用主成分分析,确定对BDOC影响较大的水质指标;

2）小区供水管网检测试验

通过对小区供水管网的现场实勘,根据检测点设置的原则,合理设置检测点,采样测试分析。

结果：

1）小区供水管网入口处,余氯浓度较高,对细菌的限制作用较大,BDOC浓度较高,随着管线延伸,余氯浓度逐渐降低,细菌活动增强,消耗管网水中的BDOC,BDOC浓度逐渐降低;

2）细菌的活动导致管网水浊度的升高,管网水力条件的改变,冲刷管壁也会增加管网水浊度;

3）所研究的生活小区管网水的pH是逐渐降低的,这是铁细菌和硫酸盐还原菌共同作用的结果。

结论：

1）所研究的生活小区管网水夏季和冬季的BDOC分别是1.39 和2.17 mg/L,管网水属于生物略不稳定水;

2）夏季管网水中的BDOC和余氯浓度沿着管网是逐渐降低的,而冬季BDOC的浓度是先降低,然后上升。管网水中BDOC的变化是余氯和细菌共同作用的结果;

3）BDOC和浊度有很强的相关性,水中的悬浮颗粒和管道腐蚀物都会增加管网水浊度;

4）水务部门定期维护供水管网,在建造新的管网时,采用非金属管材,可以降低管网水的浊度,提高管网水质。

关键词：可生物降解溶解性有机碳;供水管网;生物稳定性;水质;微生物可利用磷