一种基于节点水龄的多水源管网水质评价方法

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及多水源供水管网水质评价方法，尤其涉及一种基于节点水龄的对多水源供水系统不同水压调节方案对应水质情况比较评价的方法。背景技术：2.城乡一体化建设过程中，独立供水模式向多水源供水模式的转变是城市基础建设发展的一个重要趋势。相较独立供水管网，多水源供水系统存在管线长、水源多、运行情况更为复杂等特点，最大的不同在于多水源供水管网系统中必定存在一个或多个多方来水的供水混合区域。3.利用epanet软件内置功能，能够对供水管网模型进行溯源与水龄分析，管网中混合区域以及管网末梢位置均相对远离水源，存在水龄过长、余氯偏低的问题。对于用水龄来表征供水管网中的水质方法，存在选择节点水龄绝对值和节点水龄相对于节点流量的加权平均值作为指标来评价管网中水质状况，也存在不同分区方法情况下采用综合水龄指数进行多目标优化调度。考虑多水源管网的特殊供水分布分区情况，以及城市供水管网建模对不同用水节点与管段的重视程度，提出合适的水质评价方法也有助于进行水力调度，改善多水源管网的综合水质。技术实现要素：4.本发明的目的在于评价多水源供水管网混合区域变化下管网综合水质情况，提供了一种基于节点水龄的多水源管网水质评价方法，能够帮助水务工作人员更有效地调控多个水厂出厂压力，调整多水源管网中的混合区域地理位置，从而改善多水源供水管网的综合水质。5.为实现上述发明目的，本发明提供一种基于节点水龄的多水源管网水质评价方法，包括以下步骤：6.(1)对给定管网进行水源节点溯源分析，得到各用水节点用水量来自不同水源的水量占比数据，筛选出水量非零数据；7.(2)根据筛选出的水量占比非零数据确定各水源的供水范围，划分各水源单一供水区与多水源混合供水区域范围；8.(3)对给定管网执行水龄模拟分析，得到全部用水节点的节点水龄值，并分区域计算获得流量加权平均水龄；9.(4)根据分区确定各区域用水节点个数与管网整体用水节点个数，得出节点数量权重值，并结合流量加权平均水龄得到管网区域综合加权水龄；10.(5)采用不同压差重复进行以上步骤，分析混合供水区域内流量加权平均水龄，并绘制不同方案管网区域综合水龄图表，评价整体管网水质。11.上述步骤中，该方法对供水管网在不同水源总水头组合方案的控制下进行溯源分析与水龄模拟分析，划分供水区域，通过计算各供水区域的水量加权水龄与节点数量权重值，获得区域综合加权水龄，然后评价供水管网综合水质，该方法最终以区域综合加权水龄数值评判最优综合水质的水源总水头组合方案。12.步骤(1)中，包括以下步骤：13.1.1)将给定管网模型导入epanet软件中，并设定各水源节点总水头值；14.1.2)设置水质模拟的类型为溯源分析，并设置水质模拟总时长t小时；15.1.3)将各水源节点依次设置为追踪的目标节点，获取各用水节点在t时刻的水量占比数据；16.1.4)将数据中用水量为“0”的用水节点进行筛除，保留水量非零数据。17.步骤(1)中设置的水质模拟总时长t小时对于不同复杂程度的供水管网取值不同，取值应使模拟结果能够呈现稳定周期性变化，一般不小于设定的时间序列总时长。t的取值可以以24h为步长，大于等于168h(7d)。18.步骤(2)中，根据实际情况设定水量占比阈值为w％，若用水节点水量占比高于w％，则归为对应水源节点的供水区域范围，否则归于多水源混合供水区域。19.步骤(3)中，保持步骤(1)中给定管网模型以及参数不变，改变水质模拟的类型为水龄分析，并设置水质模拟总时长t小时，获取各用水节点在t时刻的节点水龄。20.步骤(3)中，对给定管网执行水龄模拟分析，利用epanet软件进行水龄模拟得到的初始数据为节点水龄，节点水龄ti的公式为：[0021][0022]式中：为水从水源输送到节点i所流经的第n条供水路径的水量；为水从水源沿第n条供水路径输送到节点i的时间；ui为水流向节点i的所有水源供水路径的集合。[0023]步骤(3)中，利用所述步骤(2)中区域划分与对应范围内节点水龄，计算不同区域内水量加权水龄tm，其公式为：[0024][0025]式中：qi为第m区域内用水节点i的水量；ti为第m区域内各用水节点的节点水龄。[0026]步骤(4)中，确定各区域用水节点个数与管网整体用水节点个数，节点数量权重值ηm的公式为：[0027][0028]式中：nm为第m区域内用水节点数量；n为管网全部区域的总用水节点数。[0029]步骤(4)中，区域综合加权水龄评价(tz)的公式为：[0030]tz＝∑ηmtm[0031]步骤(5)中，采用不同水源总水头值组合方案重复进行以上所述步骤，获取不同方案情况下管网各区域内流量加权平均水龄tm与区域综合水龄tz。tz越小，说明多水源管网整体水质越好，其中不同方案比选首要以混合供水区tm最小，次要以区域综合水龄tz最小的对应方案为最优，达到混合供水区水质保障的同时整体管网水质不发生劣化。[0032]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0033]本发明考虑到建模时对于不同用水节点重视程度以及城市不同区域饮用水用户的分布疏密。本发明提出一种基于节点水龄的多水源管网水质评价方法，通过不同区域内流量加权平均水龄与节点数量权重，以区混合供水区域流量加权平均水龄及综合加权水龄为目标，得到最佳水压调节方案。[0034]本发明方法对不同工况分别进行多水源供水管网进行溯源分析，划分单一及多水源混合供水范围，然后计算对应工况下综合加权水龄值，最终进行不同工况效果比较，能够给水务工作人员调控水压可能引起的区域水龄变化提供参考评价依据，从而保障混合供水范围饮用水安全。附图说明[0035]图1为本发明的方法流程图；[0036]图2为实施例中管网的示意图；[0037]图3为不同水源总水头组合方案的区域综合加权水龄直方图；[0038]图4为最佳不同水压差方案的供水分区示意图。具体实施方式[0039]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；[0040]下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明。[0041]如图1所示，本发明的一种基于节点水龄的多水源管网水质评价方法，包括以下步骤：[0042](1)对给定管网进行水源节点溯源分析，得到各用水节点用水量来自不同水源的水量占比数据，筛选出水量非零数据；[0043](2)根据筛选出的水量占比非零数据确定各水源的供水范围，划分各水源单一供水区与多水源混合供水区域范围；[0044](3)对给定管网执行水龄模拟分析，得到全部用水节点的节点水龄值，并分区域计算获得流量加权平均水龄；[0045](4)根据分区确定各区域用水节点个数与管网整体用水节点个数，得出节点数量权重值，并结合流量加权平均水龄得到管网区域综合加权水龄；[0046](5)采用不同压差重复进行以上步骤，分析混合供水区域内流量加权平均水龄，并绘制不同方案管网区域综合水龄图表，评价整体管网水质。[0047]所述步骤(1)中，包括以下步骤：[0048]1)将给定管网模型导入epanet软件中，并设定各水源节点总水头值；[0049]2)设置水质模拟的类型为溯源分析，并设置水质模拟总时长t小时；[0050]3)将各水源节点依次设置为追踪的目标节点，获取各用水节点在t时刻的水量占比数据。[0051]4)将数据中用水量为“0”的用水节点进行筛除，保留水量非零数据。[0052]步骤(1)中设置的水质模拟总时长t小时对于不同复杂程度的供水管网取值不同，取值应使模拟结果能够呈现稳定周期性变化，一般不小于设定的时间序列总时长。t的取值可以以24h为步长，大于等于168h(7d)。[0053]步骤(2)中，根据实际情况设定水量占比阈值为w％，若用水节点水量占比高于w％，则归为对应水源节点的供水区域范围，否则归于多水源混合供水区域。[0054]步骤(3)中，保持步骤(1)中给定管网模型以及参数不变，改变水质模拟的类型为水龄分析，并设置水质模拟总时长t小时，获取各用水节点在t时刻的节点水龄。[0055]步骤(3)中，对给定管网执行水龄模拟分析，利用epanet软件进行水龄模拟得到的初始数据为节点水龄，节点水龄ti的公式为：[0056][0057]式中：为水从水源输送到节点i所流经的第n条供水路径的水量；为水从水源沿第n条供水路径输送到节点i的时间；ui为水流向节点i的所有水源供水路径的集合。[0058]步骤(3)中，利用步骤(2)中区域划分与对应范围内节点水龄，计算不同区域内水量加权水龄tm，其公式为：[0059][0060]式中：qi为第m区域内用水节点i的水量；ti为第m区域内各用水节点的节点水龄。[0061]步骤(4)中，确定各区域用水节点个数与管网整体用水节点个数，节点数量权重值ηm的公式为：[0062][0063]式中：nm为第m区域内用水节点数量；n为管网全部区域的总用水节点数。[0064]步骤(4)中，区域综合加权水龄评价(tz)的公式为：[0065]tz＝∑ηmtm[0066]步骤(5)中，采用不同水源总水头值组合方案重复进行以上权利要求2～7所述步骤，获取不同方案情况下管网各区域内流量加权平均水龄tm与区域综合水龄tz。tz越小，说明多水源管网整体水质越好，其中不同方案比选首要以混合供水区tm最小，次要以区域综合水龄tz最小的对应方案为最优，达到混合供水区水质保障的同时整体管网水质不发生劣化。[0067]如图2所示，以湖州市供水管网为例说明本发明的具体实施效果。该管网模型共有15891个用水节点，16579条管段，2个水源。分析该管网在不同压差方案下的综合水质情况包括以下步骤：[0068]第一步：首先，将管网模型导入epanet软件中，设定编号r-1的水源节点的总水头值为33，编号r-3的水源节点总水头值为37。其次，设置水质模拟总时长为168小时，水力步长为1h，水质模拟步长为15min。然后，设置水质模拟类型为溯源分析(trace)，并将编号为r-3的水源节点设置为追踪的目标节点，得到168小时时刻水质模拟稳定时，管网中各个用水节点的用水量中源自水源节点r-3的百分比；再次将编号为r-1的水源节点设置为追中的目标节点，同样得到168小时时刻管网中各个用水节点的用水量中源自水源节点r-1的百分比。最后，得到水源总水头组合为33-37，即压差为4的方案下管网在168小时时刻的各用水节点的水量占比数据。因为该模型较为简单，可以只对其中一个水源节点进行溯源分析即可得到全管网用水节点的水量占比数据。拟定用水量≥0.005lps的用水节点为有效节点，最终筛选得到有效用水节点15535个。[0069]第二步：首先，将供水范围分区的阈值设定为80％，人为地规定当节点有不小于80％的用水量来自某一水源时，则认为该节点属于这个水源的单一供水区域；其次，将不属于某一水源单一供水区域的用水节点归拢为供水混合区。至此，该管网分为3个区域，为水源节点r-1的单一供水区，水源节点r-3的单一供水区及供水混合区，依次称为“第1区”、“第2区”及“第3区”。[0070]第三步：确定“第1区”、“第2区”及“第3区”范围内用水节点个数n1,n2,n3与管网整体用水节点个数n，得出节点数量权重值η1,η2,η3，再根据第三步所得水量加权水龄t1，t2，t3得到区域综合加权水龄tz；[0071]第四步：将水质模拟类型改为水龄分析(age)，水质模拟总时长为168小时，对供水管网进行水质分析，得到168小时时刻的各用水节点水龄ti。然后，根据第二步中的3个区域划分用水节点水龄数据，对“第1区”、“第2区”及“第3区”范围内用水节点计算水量加权水龄t1，t2，t3。[0072]第五步：采用不同总水头差组合方案重复第一步至第四步，本实例中一共为5组压差组合方案，水源节点r-1与r-3的总水头值组合方案以及相应节点数量权重值ηm与流量加权平均水龄tm计算结果如表1所示。绘制不同方案区域综合加权水龄图如图3所示。根据t1结果分析，初步确定δh＝2方案较好，t1＝29.54h；该方案对应的区域综合水龄为12.23h，最终确定最优方案下δh＝2。[0073]表1不同方案管网各区域水龄评价结果[0074]









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