基于GIS的管网末梢水质模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GIS的管网末梢水质模拟方法，根据小区管网末梢节点与管段之间的流入流出关系，并结合有容节点和无容节点的特点，分别建立了有容节点和无容节点的余氯衰减模型，将已知的数据代入此模型，即可得到有容节点和无容节点的余氯浓度，进而获知水质状况。由于余氯衰减模型加入了对水质产生影响的各种参数，因而形成了算法科学、仿真度较高的水质评价方法，可快捷、全面地了解供水管网末梢的余氯衰减等变化情况，较准确、客观地对管网末梢水质做出科学评价。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于GIS的管网末梢水质模拟方法，根据小区管网末梢节点与管段之间的流入流出关系，并结合有容节点和无容节点的特点，分别建立了有容节点和无容节点的余氯衰减模型，将已知的数据代入此模型，即可得到有容节点和无容节点的余氯浓度，进而获知水质状况。由于余氯衰减模型加入了对水质产生影响的各种参数，因而形成了算法科学、仿真度较高的水质评价方法，可快捷、全面地了解供水管网末梢的余氯衰减等变化情况，较准确、客观地对管网末梢水质做出科学评价。【专利说明】基于GIS的管网末梢水质模拟方法
本专利技术设及城市供水
，具体设及一种基于GIS的管网末梢水质模拟方法。
技术介绍
达标水体从水厂到用户的输送过程中，由于水质自身在管网的变化和外部的二次 污染等因素的影响，将最终导致供水水质不同程度的下降。据调查，中国管网水质合格率较 出厂水下降0.88个百分点，其中浊度平均比出厂水高0.3NTU，细菌总数增加4倍左右.合格 率约为97%，而大肠杆菌更只有90%左右的合格率。人们日益认识到饮用水安全输配对水 质保障的重要性，可W说，水质保障技术的重屯、已逐渐由水厂向管网转移。 给水管网系统的水质分析基本上包括两种方式，一种是直接的在给水管网中抽样 测试，另一种是利用计算机数学模型来进行水质模拟。直接在给水管网中抽样测试通常是 根据管网系统的具体应用和有关水质标准和规定，选择某些水质参数进行检验。运种方式 主要是为了管网水质监测的目的，具有广泛的应用领域。尽管它有不可替代的作用，但运种 方式仍然具有价格高，在实际管网监测过程中易受到实际工程条件限制的缺点。由于城市 给水管网具有面积大、分支多、铺设年代不一致、管材特性不同等特点，难W仅靠人工监测 方式对整个管网各管段水质产生实时、全面地了解。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于GIS的管网末梢水质模拟 方法，W便准确、客观地对管网末梢水质做出科学评价。 为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是： 根据流入节点的水量是否在该节点逗留，将管网末梢的节点分为有容节点和无容 节点； 对于有容节点，按照下式模拟余氯的浓度 [000引 式中，S表示有容节点； Vs表示t时刻有容节点S的实际胆水容积；[OOW Cs表示t时亥贿容节点S内余氯的浓胺 Qi、U分别表示管段i的流量和长度，管段i为流向有容节点S的管段； Ci|x=L康示t时刻管段i的x = Li处的余氯浓度，x = 0处为管段i的水流起点； Qj表示管段j的流量，管段j为从有容节点S流出后流入的管段；[001引Is、Os分另懐示流入、流出有容节点S的管段集合； r表示余氯的反应变化函数； 对于无容节点，采用下式模拟余氯的浓度：[001 引 c为无容节点的余氯浓度，t为主水源到无容节点所用的时间，k为余氯衰减系数， η为管段水力半径，kb为水体衰减系数，kf是传质系数，kw是管壁衰减系数。 本专利技术根据小区管网末梢节点与管段之间的流入流出关系，并结合有容节点和无 容节点的特点，分别建立了有容节点和无容节点的余氯衰减模型，将已知的数据代入此模 型，即可得到有容节点和无容节点的余氯浓度，进而获知水质状况。由于余氯衰减模型加入 了对水质产生影响的各种参数，因而形成了算法科学、仿真度较高的水质评价方法，可快 捷、全面地了解供水管网末梢的余氯衰减等变化情况，较准确、客观地对管网末梢水质做出 科学评价。【附图说明】图1为水龄计算流程示意图； 图2为实验小区的GIS图； 图3为实验区A、B、C、D四个供水区分布示意图； 图4为实验区二次供水用户终端节点选取示意图； 图5为某节点连续48小时内的水龄模拟值变化情况； 图6为某节点连续48小时内模拟值的余氯变化情况； 图7为管网末梢点GA周期水龄变化情况； 图8为管网末梢点GA流量的变化情况； 图9为管网末梢点GA余氯实测值和模拟值的变化情况； 图10为不同监测点在各时间点上的水龄变化情况； 图11为不同监测点在各时间点上的余氯变化情况。【具体实施方式】 本项专利技术的侧重点在于结合GIS技术对二次供水配水系统中水力、水质变化的相 关指标进行动态模拟。根据监测点的有效数据，推测出管网中其它各处的水质状况，进而对 整个给水管网系统的水质状况进行有针对性的评估，提高管网末梢水质管理的水平，提高 城市供水的安全性、可靠性和经济性。 管网水质数学模型已经逐渐被认同作为预测给水管网系统中水质随空间和时间 的变化而变化的有效工具。给水管网系统水质模型可分为二个主要类型，一是关注影响管 网水质的化学、物理特性的变化和转换过程，一是关注管网系统中微生物的控制。利用计算 机数学模型来进行水质模拟能够较精确获得管网末梢的水质变化情况。 根据质量守恒和反应动力学理论，在一定的反应速率条件下，溶解性物质在管道 内的浓度变化是一个一维迁移反应方程。在管段相交汇处或有管网系统W外的水流注入的 节点处，认为流体是瞬时完全混合的。根据流入节点的水量是否在该节点逗留，将管网中的 节点分为有容节点(水流流入运类节点后要存胆一段时间再流出）和无容节点(流入该节点 的水立刻流出）。对于有容节点，如水塔、水池等，需考虑节点容水量中溶解性物质的反应变 化，假设在管网的调节构筑物中流体是完全混合的，余氯衰减变化采用W下模型计算： 式中，S表示有容节点； Vs表示t时刻有容节点S的实际胆水容积；[003引 Cs表示t时刻有容节点S内余氯的浓度； 化、Li分别表示管段i的流量和长度，管段i为流向有容节点S的管段； Ci|x=L康示t时刻管段i的x = レ处的余氯浓度，x = 0处为管段i的水流起点； Qj表示管段j的流量，管段j为从有容节点S流出后流入的管段； ls、0s分别表示流入、流出有容节点S的管段集合； r表示余氯的反应变化函数； 对于无容节点，节点的水流来自不同的水源，且进入该节点的流量也各不相同，余 氯衰减随时间变化情况一般按余氯衰减一阶反应模型进行计算。 C为水体中余氯浓度(mg/L)，t主水源到某点(节点）的所用时间（秒）；k为反应速率 常数，也称总衰减系数，rh为管段水力半径(m);模型中把氯的衰减反应处理为一级反应，认 为氯在管网中的衰减可分为水体消耗化b水体衰减系数，单位为mirTi)和管壁消耗化f是传 质系数，单位为m/min;kw是管壁衰减系数，单位为m/min)两个组成部分。余氯衰减常数，因 管道材料、口径不同而异，k的范围介于10-3和10-5间，对于特定的供水管网系统，k值应通过 水质检测数据校正。 余氯是一种水质基本指标，水龄不属于水质指标，但却是影响水质指标的重要因 素。W上是余氯衰减模型，下面介绍水龄计算模型。 在供水管网中，节点的水龄等于流向该节点的所有水流水龄W流量为权的加权平 均值，而流向该节点任一管段的末端（即流入该节点的那一端)水龄即等于其始端水龄与水 流流经该管段所用的时间之和，故建立模型： MT---水源节点（定压节点)集合； Μ---非水源节点(变压节点)集合 Sj---与节点j相邻的流向节点j的所有节点集合(即使得qu〉〇的所有节点i) t i，t j--节点i、j的水龄(单位:s) i---与节点j相邻的节点[005引qij---节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GIS的管网末梢水质检测方法，其特征在于，包括步骤：根据流入节点的水量是否在该节点逗留，将管网末梢的节点分为有容节点和无容节点；对于有容节点，按照下式模拟余氯的浓度∂(VsCs)∂t=Σi∈IsQiCi/x=Li-Σj∈OsQjCs+r(Cs)]]>式中，s表示有容节点；Vs表示t时刻有容节点s的实际贮水容积；Cs表示t时刻有容节点s内余氯的浓度；Qi、Li分别表示管段i的流量和长度，管段i为流向有容节点s的管段；Ci|x＝Li表示t时刻管段i的x＝Li处的余氯浓度，x＝0处为管段i的水流起点；Qj表示管段j的流量，管段j为从有容节点s流出后流入的管段；Is、Os分别表示流入、流出有容节点s的管段集合；r表示余氯的反应变化函数；对于无容节点，采用下式模拟余氯的浓度：dcdt=-kck=kb+kfkwrh(kf+kw)]]>c为无容节点的余氯浓度，t为主水源到无容节点所用的时间，k为余氯衰减系数，rh为管段水力半径，kb为水体衰减系数，kf是传质系数，kw是管壁衰减系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨骥，李勇，张南峰，
申请(专利权)人：广州地理研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44