基于实时的管网水质生物安全评价技术

余氯、浊度等在线监测数据通过编写程序，从动态数据库中提取相关数据，在线生成水质等值线图，在线水质指标浓度的空间分布一目了然，非常直观，并且是实时变化的，也可以进行历史数据查询和分析。

人工采样数据也可建立相应的数据库，采用插值方法进行等值线绘制，作图并叠加至市区管网示意图，对照输配管网排布情况分析输配管网水中消毒剂衰减的空间和时间变化规律。插值方法为Kriging插值，Exponential Model，参数如下：Number of points，5；Max distance，null（auto）；Output cell size，0.91。最后使用Spatial Analysis中Surface analysis。

地理信息系统（geographic information system，GIS）是对地理空间信息进行描述、采集、处理、储存、管理、分析和应用的一门新兴学科。空间分析是地理信息系统的核心功能，也是它与其他计算机系统的根本区别。空间分析主要将统计分析的定量手段用于分析点、线、面的空间分布模式，并逐步发展出各种能够考虑空间信息的关联性问题的模型。比如本研究中采用的Kriging方法，来源于20世纪60年代Matheron提出的“地统计学”，就是一种用变异函数评价和估计自然现象的理论与方法。

ArcGIS是美国环境系统研究所（Environmental Systems Research Institute，ESRI）为GIS应用设计的一套专业软件。它是世界上应用最广泛的GIS软件之一，其突出特征即是强大的空间分析能力。ArcGIS 9.X版本推出了一种全新的空间分析方式，能帮助用户完成高级的空间分析，如选址适宜性分析和合并数据集等，并可进行对包括空间数据库要素类在内的数据格式处理。图3-1即为应用其中的表面分析和等值线绘制方法来绘制余氯在线监测数据的等水质线图。

上海市区供水输配管网中2008年度及2009年度各月余氯平均值空间分布情况如图3-1所示。参考图例，市区管网中消毒剂分布平均值并不均匀，部分区域余氯含量远小于1mg/L，需要通过二次补氯来增加消毒剂残留不足的区域。而另有区域余氯含量极大，甚至达到或超过1.8mg/L。由于消毒剂的含量过高可能会导致水中卤乙酸等消毒副产物含量的增加，这也是对人体健康的一种潜在威胁，因此，这些区域适当地降低消毒剂含量也应当列入二次加氯优化措施的考虑之中。

如图3-1所示，NS供水区域内消毒剂含量较高的区域主要有4块：从CQ水厂至天钥桥汞站的CQ水厂邻近区域；NS水厂至复兴汞站、紫华汞站范围的NS水厂邻近区域；仙霞汞站和中山西汞站附近区域；宜山汞站附近区域。其中，前两区域范围较广，管网内余氯含量极高，大多超过1.6mg/L，在地理位置上又处繁华地区，尤其NS水厂邻近区域，是覆盖上海市黄浦区的人口密集地区，管网水中消毒剂的高残留量会导致异味和口感变差等感官问题，易引发居民投诉。而随着输送距离的增加，消毒剂的衰减又很快体现，离该区域不远就出现了余氯残量不足1mg/L的生物安全性危险区域。可见，一味提高出厂加氯，在上述两

2008年1月

2008年3月

2008年5月

2008年7月

2008年2月

2008年4月

2008年6月

图3-1　供水区域2008年和2009年各月余氯分布情况（参见彩图附图1）

2008年8月区域维持如此高的余氯量，也不一定能有效增加整个管网的消毒剂残留水平。

另一方面，NS供水区域内消毒剂含量较低的区域主要有以下5块：静安区、普陀区大部分区域；徐汇区中山西路番禺路附近区域；淮海西路宛平路交界位置邻近区域；长宁区闵行区部分交界位置，淞虹路与延安西路交界点邻近区域；闵行区古美路莘平路交界位置附近区域。其中前三个区域亦位处繁华地段，且包含有胶州泵站、吴中泵站和衡山泵站三处泵站，但在这些泵站没有进行补氯，导致区域内余氯残留较低，造成微生物生长或再生的有利环境。

从彩图附图1看出，春冬两季，特别是冬季，管网水中消毒剂残留量较为平均，而夏秋两季消毒剂残留量在不同区域差异很大。春季管网中消毒剂残留量范围为0.58～1.90mg/L，冬季为0.72～1.95mg/L，夏季为0.31～2.11mg/L，而秋季则为0.30～2.13mg/L。

春冬季节由于水温较低，一方面消毒剂自身衰减较慢，另一方面水体与管壁微生物的含量也较低，它们与消毒剂发生反应而导致消毒剂消耗较少，两者综合效果使得管网中消毒剂衰减较慢，从而可以保证离水厂及补加氯处较远的采样点都维持一定浓度的消毒剂水平，浓度分布较为均匀。但是市南公司市区供水管网中冬季消毒剂残量普遍较高（＞1.3mg/L），在冬季向水体中消毒剂的投加量有进一步下调的余地。

夏秋季由于高温季节水体微生物含量及活性较高，水厂在处理时需要依靠2mg/L以上的高消毒剂投加量来杀灭和抑制水中微生物的生长繁殖，消毒剂在高温下本身衰减又比较快，这就使得余氯浓度在各处分布极不均匀，需要通过二次加氯来优化各处余氯量。

由于城市供水管道敷设在地下，同时供水管网的用水点众多，不可能对全部的用水点进行水质监测，因此目前管网水质的监测存在点多面散、管材复杂、缺乏连续监测数据、主干网和管网末梢分布不均的不足。而管网水质的监测往往是以实验室的常规检测为依据，检测周期较长，因而对管网水质监测往往具有间歇性、被动性和延迟性，因此对于供水管网的水质监测系统有待完善和提高，通过常规实验室检测和在线检测的有机结合，可实现数字化管网水质监测系统。