供水管网水质监测点优化选址研究

1、    供水管网水质监测点优化选址研究    程小溪摘 要：在我国水污染问题日益明显、饮用水的安全隐患增多、突发性水污染事件发生频繁的形势下，我国的饮用水出现了不同程度的水质变化，而这一问题已经成为了制约我国经济发展以及社会安定的重要因素，所以重视饮用水监测具有重要的现实意义，在此过程中，在供水管网设置水质监测点是对饮用水进行监测的有效手段，而水质监测点地址的选取是一个需要解决的主要问题。关键词：供水管网；水质监测；监测点；优化选址引言城市饮用水的安全问题一直是社会各界广泛关注的重点.出厂水在通过复杂的管网系统输送到用户的过程中，由于内部或者外部的污染因

2、素，水质有可能发生恶化，在管网中设置监测点而监控整个管网的水质状况是保证供水安全的一种有效方法，目前，水质监测点的选取一般为：消火栓、蓄水池、加压站、商业建筑、公共建筑、民用建筑等，其中商业建筑和民用建筑取样频率最高，主要考虑到其取样的方便性，如何合理地选择水质监测点仍然是有待进一步研究的课题。1 供水管网水质监测点优化选址的意义对供水管网水质进行有效的监测能够保障饮用水水质的安全。在供水管网中，部分点处的供水压力降低只会降低对少数用户的供水速度，而供水管网中的水质一旦出现自身恶化或者是由于质恶化等原因引起的突发性水质污染将会在很大程度上威胁公众饮水安全以及身体健康。事实上，在供水管网中设置尽

3、可能多的监测器来对水质进行检测则能够最大化地确保公众饮水安全和身体健康，但是这种做法由于水质监测系统投资费用过大而导致了在经济层面不可行。同时假设供水管网中的水质不会发生变化，在水源处安置检测器就可以解决水质监测问题。当前供水管网水质监测点的选址大多是依靠经验来进行，并没有达到理论高度。2 供水管网水质监测点优化选址方法2.1常规供水管网水质监测点优化选址常规水质监测点优化选址是为了满足正常监控条件下供水管网中水质状态，由于正常情况下供水管网中的水质是渐变的，所以常规水检测点优化选址的主要目的在于找到能够对供水管网水质做出最大限度反应的节点来设置监测点。leebh等人在管网稳态流理论的基础上提

4、出了覆盖水量法，这种方法首先假设距离水源距离越远并且经过时间越长，供水管网中的水质指标就会越低。换而言之，如果供水管网中的某一节点水质较好，那么该节点上游的水质也不会有问题，即这一节点的水质可以指明节点上游的水质。在此假设下通过对水力进行分析来得到不同节点的路径，然后根据得到的路径获得由元素w（i.j）构成的矩阵。（w（i.j）指的是由上游的节点j流向下游的节点i的水量与所有流向i的总水量的比例），最后以一定的标准为依据将矩阵转换为整数规划的问题，从而确定能够最大化获得水质信息的节点并在节点设置监测点。这种方法适用于供水管网水质自然渐变情况下的检测点设置，对于外界因素导致的突发性水质实践中并不

5、适用。kumar等人在对lee的方法作出继承的基础建立了矩阵w并运用贪婪启发式算法对矩阵w进行了重新的排列，从而是矩阵w在使用上更加方便。alzahrani等在对lee的方法作出继承的基础上建立了矩阵w并通过遗传算法的运用来计算出监测点优化后的选址布置。这种覆盖水量法不仅不适用于非常规的供水管网水质监测点优化选址，同时从工程学角度看，这种方法也存在几个明显的缺陷。第一，这种方法对供水管网中水力停留时间以及水质空间分布欠缺考虑；第二，事实上，由于供水管网中存在扩散效应，所以节点下游的水质也会对节点上游的水质造成影响，但是在覆盖水量法中只对节点上游水质对节点上游水质的影响作出了考虑而忽略了节点下水

6、质对节点上游水质的影响；第三，在对多个工况环境中的监测点优化选址进行求解时，覆盖水量的时间分布特征会对节点具有的代表性造成影响，而这种方法并没有对这种影响作出考虑。针对这些问题harmantt在目标函数内将供水管网中水力停留时间因素添加减去，从而让具有较长存在时间的节点也有了成为水质监测点的可能。woo等人通过权重计算法的运用对目标函数进行了进一步的修改，其中水质越差的节点权重越高，所以存在时间越久的节点就越有可能成为监测点。2.2非常规水质监测点优化选址覆盖水量法可以说是常规供水管网水质监测点优化选址工作中最为基础且十分重要的理论之一，但是这种方法只能够适用于正常情况下的水质监控点选取，而不

7、能在突发性水污染事件中发挥出明显作用。随着突发性水污染事件的增多，人们对产生突发性水污染事件的可能性以及应对突发性水污染事件的措施十分关注，所以提高监测点选址对突发性水污染事件的针对性成为了国内外中国学者研究的重点和热点课题。kessler等人提出了一种能够运用于非常规污染事件水质监测点选址的方法，其中提出了监测域、覆盖域、监测重复度三个定义。这种方法需要对一个服务水平进行预选设定并建立管网模型，通过对水利模拟软件的利用来模拟污染物的入侵并以模拟结果为依据构建有向图，对两个节点之间的最短路径做出计算并对各个节点在通过污染物使整个供水管网所提供的水量受到污染。假设污染物从节点i被注入，当污染物在通过节点j的时候供水管网已经提供的水量少于q，则可以认为在节点j设置检测点可以有效检测到节点i发生的污染事件。这种方法可以获得最佳的监测点地址组合，并使水质监测系统能够发现尽可能多的水质污染事件。在地址的进一步优化中，如果两个组合可以检测到一样多的水质污染事件，则需要选择具有较高检测重复度的组合以确保水质监测的可靠性。结束语综上所述，人們对供水水质的安全性问题越来越关注。为了在管网水质发生问题时做出及时处理，应对管网水质进行有效地监测。其中一项重要的任务就是如何在适当的位置布置水质监测点，使之能够最大程度地反映整个管网的水质状况。参考文献1 王皓玮，