供水管网数字水质调控

数字水质是以计算机技术、现代实验室检测技术和大规模信息查询和存储技术为基础，以宽带网络为纽带，综合运用先进的在线监测系统、地理信息系统、水质模型和自动化控制等技术，对城市供水水质从源头到龙头的全过程进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务。

管网水质数字化调控是将数字化信息技术和最新的管网水质监测技术相结合，利用管网GIS和SCADA集成技术，建立实时在线的管网水质监测系统，与城市水质监测站的实验室仪器检测结果实现联网，并综合相关水质管理历史数据库系统，结合供水热线或客服中心汇总的用户所反映水质问题的主要特征和分布区域的水质数据，得出可以真实反映管网水质变化规律的数字水质模型，并按照水质标准和水质安全的要求由计算机自动生成评估标准，形成动态的数字化评估体系，根据管网水质的工艺特性和消毒方式形成相关的工艺和技术调控方案。通过信息化系统控制分布在管网各处的水质工艺调控设施，对水质进行有效的调控或监测调控，以确保管网水质的安全。

水质模型是描述水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学和生态学等方面的变化、内在规律和相互关系的计算机模型。水质模型可按其空间维数、时间相关性、数学方程的特征以及所描述的对象、现象进行分类和命名。从空间维数上可分为零维、一维、二维和三维模型；从是否含有时间变量可分为动态和稳态模型；从模型的数学特征可分为随机性、确定性模型和线性、非线性模型等。其目的主要是为了描述不同水质指标在水中的运动和迁移转化规律，用于实现水质模拟和评价，进行水质预报和预测等。给水管网水质模拟以水力模型为基础，模拟水质在管网水的迁移、扩散过程中的变化规律。

目前国外对于水质建模已有一定研究，比较有代表性的有美国EPANET软件、海思德软件以及Wallingford软件。其中美国EPANET软件为开源软件（可以免费使用），主要面向科研领域管网的水力水质建模。其他软件为商业软件，均可在实际工程中应用，但在针对具体城市应用时，仍需要做具体参数测试校核工作。

对于水质模拟计算算法的研究，国内外很多学者提出各种计算方法。由于在不同的时段，节点的用水量及阀门、泵的开关调度是变化的，供水管网的水力状态一般采用动态模拟计算，因此要求根据动态水力工况进行动态的水质模拟，所以现在普遍采用了动态的水质模拟计算方法。其中对于动态水质模拟计算比较认可的是EPANET采用的拉格朗日时间驱动的动态计算方法。

由于管网水质模型选取的参数存在一定的误差，需要通过在线监测数据进行管网水质模型自动校核，使水质模型在一定精度范围内与实际生产系统吻合。国外主要采用了将管网中的管道按照属性进行分组，然后采取优化算法进行校核的方法，国内尚未系统开展这方面的研究。

在获得输配管网在线动态评估的基础上，根据管网水质变化的规律和工艺特性、消毒方式等形成相关的工艺和技术调控方案。选择输配管网中的重要节点（如二次加压泵站的水库、二次供水水箱或水池等）作为补充消毒的控制点，通过信息化系统控制分布在管网各处的水质工艺调控设施，对水质进行有效的调控或监测调控，以确保管网水质的安全。