监测信息深度挖掘的供水管网污染源定位

为实现供水管网污染源及时准确地定位,针对配备在线水质监测设备的供水管网系统,提出一种充分挖掘水质传感器时序信息的贝叶斯方法,用于节点需水量随机波动条件下供水管网污染源定位。该方法采用蒙特卡洛模拟生成随机污染事件,构建各节点污染事件的观测信息概率分布,利用贝叶斯推断,根据传感器报警次序及时间观测信息,实时更新各候选污染节点的后验概率,并根据排序确定可疑污染源位置,同时对比不同传感器信息挖掘程度对定位结果的影响。结果表明,所提出的方法能在水质传感器报警信息累积时不断更新可疑候选节点的污染源后验概率,使候选节点个数降低,污染概率信息熵降低,能有效地识别出污染节点所在区域,且传感器信息挖掘程度越深,污染事件定位的准确率也越高。引入传感器首次报警时间作为辅助信息可以减少候选污染节点个数,降低候选节点污染源概率分布的不确定性,提高定位的准确性。

城镇排水管网GIS数据校核技术与软件开发

地理信息系统(GIS)是“智慧水务”建设中常见数据库,由于数据库建立、维护等过程的失误,实际的排水管网GIS存在各类异常,这影响了排水管网运行分析、模拟、管理决策的准确性与有效性,故有必要研究排水管网GIS校核技术,以保证GIS数据质量。研究提出了构造拓扑信息算法,总结了拓扑、文本属性、数值属性等常见异常形式,并在此基础上针对各类数据提出通用校核方法,开发了集成排水管网GIS拓扑与属性校核技术以及可输出校核结果报告的软件平台,并将其用于校核Z市污水管网GIS。结果表明,该市排水管网GIS存在24 336条异常记录,经过校核67%以上的异常得到改善,表明这些校核技术可有效地检测与修复各类GIS异常。

基于ArcGIS从AutoCAD获取供水管网模型高程的研究

现有地形图的高程点通常因为缺乏高程属性而难以直接应用在供水系统信息化建设中。采用VBA语言进行编码,对高程标注进行匹配并提取DWG格式地图中的高程属性。利用GIS技术建立格网数字高程模拟(digital elevation model,DEM),基于DEM完成给水管网模型节点高程的提取,为供水管网水力动态模拟提供必备条件。

深井供水管网中沙水水质数学模型的建立及应用

针对深井井群复合供水中直供井出水含沙量较高对水质造成突发性污染的问题,以泥沙的运动学理论为基础,建立了泥沙在管网水输送中的沙水水质数学模型。利用EPANET-MSX模块编码对模型进行求解,动态地模拟出泥沙在管网中的运动状况,并求出了出沙对水质的影响范围、持续污染时间以及具体用户的出沙量和出沙持续时间,为水质突发性污染的应急决策提供了科学依据。

海绵城市低影响开发设施多目标优化设计

低影响开发技术设计中,为了能够有效地降低经济成本并使得低影响开发技术的效果最大化,以低影响开发方案的总费用作为经济性判断的目标函数,以年径流总量控制率作为控制目标函数,以低影响开发雨水设施的面积作为约束条件,建立低影响开发设计的多目标优化数学模型,并采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该多目标数学模型进行求解分析.最后以一个实际区域的低影响开发项目作为案例加以分析,得出总费用和年径流总量控制率的帕累托最优曲线,可为设计决策者提供多套不同的优化方案.不同低影响开发技术的组合方案,更加科学,使决策更加清晰合理.

基于综合水龄指数评价的供水管网优化调度

研究了通过计算节点平均水龄分析该地区供水管网的水质状况的方法,在此基础上,提出供水管网综合水龄指数评价指标,并基于该指数构建管网水力优化调度模型,采用遗传算法实现优化问题的求解,并以江苏某镇城乡统筹供水管网为实例进行了应用.结果表明,水力优化调度能够改善管网的综合水龄情况,尤其是对于流量较大的节点有明显的效果,但是对于管网末端水量相对较小节点,则需要结合水力调度以及管段冲洗等方式来改善管网水龄情况.

城市雨水管理模型关键问题探讨(一)——汇流模型

城市雨水管理模型(SWMM)目前在我国应用越来越广泛,但对于该模型中的计算理论并未见系统的研究及分析。系统介绍该模型中汇流模型的计算方法,讨论了主要参数的取值,提出了相关的建议。针对其汇流方法本身的缺陷,提出了结合等流时线法的改进方法,通过实例分析,对于面积大于2hm^2的区域改进方法的结果更为合理,建议模型中汇水区域面积取2hm^2为宜。该研究成果对于模型的合理应用具有一定的借鉴意义,对海绵城市设计规划中的模型模拟具有积极的理论价值与工程应用价值。

城市雨水管理模型中关键问题探讨(二)——下渗模型

城市雨水管理模型目前在我国应用越来越广泛,但对于该模型中的计算理论并未见系统的研究及分析。系统介绍该模型中下渗模型的计算方法,讨论了主要参数的取值,提出了相关的建议。针对SWMM模型中Horton方法计算过程存在的错误,提出了改进方法,通过分析Horton方法中各个参数取值影响,提出了建议取值的范围。

城市雨水管理模型中关键问题探讨(三)——低影响开发模拟

低影响开发(LID)模块是海绵城市建设过程中重要的工程措施之一。城市雨水管理模型(SWMM)中提供了多种LID模块的模拟方法,同时也是其他商业软件LID模拟的主要方法。系统介绍模型中LID模块类型及各个参数的意义,重点分析了各个模块的模拟计算原理及计算方法,提出了各个参数的建议值。

泵与泵站课程教学改革实践与思考

根据卓越工程师教育培养计划下对给排水科学与工程专业人才培养的需要,针对目前泵与泵站课程教学改革过程中存在的问题,提出了课程的建设与改革的措施与方法,并在教学实践中应用,为进一步深化该课程改革进行了多方面的探索和尝试,以提高该课程的教学效果,探索培养卓越工程技术人才的新模式。

基于SCADA压力监测的爆管定位分析

爆管是目前给水管网经常发生的一种危害事故,然而由于管道深埋地下,爆管发生后短时间内难以被发现。本文通过SCADA监测系统收集压力值,对比爆管前后两个时刻的压力值变化,做出压力差。利用Surfer绘制爆管压降等值线图,分析考虑各个监测点的压力变化模式。最后通过压降中心来定位爆管点。

重庆小城镇居民用水状况研究

对重庆小城镇(市)———永川、黔江居民生活用水状况调查研究表明:2004年两座城市居民实际人均用水量与居民的家庭收入具有一定的相关性,但总体而言仍低于现行规范值。居民对现有的自来水水质满意程度不一,26.21%的居民对现在的自来水水质非常不满意或不满意,74.6%的居民都希望供水的卫生状况得到改善,27.27%的居民希望有直饮水供应,并且被调查的居民中已有56.68%的家庭将桶装水作为饮用水。85%以上的家庭愿意为自来水质改善和污水处理支付费用。

大口径输水管水力计算问题

采用CFD软件FLUENT对输水管道进行三维数值模拟,将其结果和EPANET采用海曾-威廉公式或达西-韦伯公式计算结果进行比较,提出大口径输水管道使用EPANET进行水力计算时一些值得注意的地方。各管径范围内,管壁粗糙度小的时候采用达西公式的安全性较高,并且建议根据柯尔勃洛克-怀特公式确定沿程阻力系数λ,但是管壁粗糙度大的时候达西公式的安全性不高。大管径管道在一定粗糙度范围内,海曾-威廉公式选定恰当的海曾-威廉系数Cw时计算结果能够保证安全性,并且建议根据流速修正该系数。

基于检查井液位监测的雨污混接诊断方法

为了提高雨污混接诊断效率,推进诊断工作进程,提出了基于检查井液位的雨水管网运行状态区域诊断的方法,通过与海曾-威廉公式和普雷斯曼狭缝假设分别耦合建立适用于不同管道条件和水力状态的单井模型和双井模型.最后,将该方法应用于实际工程案例中,运用单井法对研究区域建立计算模型,确定了该研究区域旱季日均混接总量和混接源.

城市排水管网GIS数据异常的检测与修复

数据是城市排水管网地理信息系统(GIS)的核心和基础。只有保证高质量的数据,才能使GIS系统真正发挥在排水管网信息化管理、建模分析等方面的作用。文章按照“拓扑检测-文本属性项归类-管径检测-高程检测”的处理步骤提出了排水管网数据异常检测与修复的方法,并将方法应用到ZH市的排水管网GIS数据中,结果表明该方法能有效识别拓扑、文本属性、管径和高程数据的异常,并为部分异常数据提供合理的修正参考值。

特征水质指标空间修正插值法预测混合供水带

针对多水源供水地区不同水厂之间存在混合供水带,水力水质条件不稳定,易出现铁释放超标、余氯偏低等水质问题,采用特征水质指标空间修正插值法预测该水质风险区域。特征水质指标是指不同水厂出厂水差异较大,且在管网中按一定规律分布、具有明显识别特征的水质指标,根据其空间分布情况可以判断各水厂单独及混合供水区域。考虑到管网分布与地理空间差异,在插值前引入修正系数对特征指标进行修正。以双水厂供水的H市为例预测混合供水带,结果表明:H市一般特征指标电导率和敏感特征指标总铁质量浓度的空间修正插值结果基本一致,且与水力模型模拟结果基本吻合;在所预测的混合供水带内设置在线监测点,观测到流速、流向的频繁改变,符合混合供水带水力特征,说明预测结果正确,方法可行。

供水管网水力计算引擎EPANET 3特性及应用

为了支持供水管网研究以及修正水力计算引擎EPANET 2的部分问题,美国供水系统分析委员会于2016年9月发布全新的EPANET 3水力计算引擎,支持更广泛的水力模型并提供更稳定的计算内核。基于EPANET 3源代码的分析,阐述了新引擎对压力驱动模型(PDM)与漏损模拟模型(LSM)的实现,以及对延时模拟(EPS)振荡、流量过小求解失败等异常的修正。此外介绍了引入EPANET 3新特性进行水力分析的方法,并分别使用新引擎对官方算例和实际管网进行压力驱动模拟,结果表明EPANET 3的压力驱动模型求解准确,计算稳定高效,可应用于科学研究与工程设计。

降雨雨型和强度对SWMM模型参数局部灵敏度的影响分析

运用修正的Morris筛选法对暴雨雨洪管理模型中水文水动力模块部分参数进行局部灵敏度分析,并研究降雨雨型和降雨强度对参数灵敏度的影响。研究结果表明,汇水单元不透水面积百分率(pct-imperv)对总径流量和峰值流量的灵敏度最高;对于总径流量,单峰降雨条件下的汇水单元面积(area)的灵敏度明显高于多峰条件下的灵敏度值;雨型相同时,增加降雨强度,下垫面参数的灵敏度增加。

多水厂供水管网的供水分界带水质改善研究

多水厂供水管网存在供水分界带,小幅度调节水压差能使分界带波动。探究改变供水分界带区域地理位置,改善供水分界带水龄并保障整体管网水质安全,针对存在供水分界带的供水管网,对改善分界带水龄不同方案结果的比较,提出一种考虑用水节点分布与用水量的区域综合水龄评价方法。以H市供水管网为例,研究发现,根据评价方法,5种压差方案中,压差为2 mH_(2)O的方案,其分界带内与整体管网的相应水龄计算值均相对较小,说明该方案下水质相对最好。结果表明,控制不同水厂出厂压差,推移城市管网中的供水分界带,会使局部和整体水质区域性发生变化。确定压差方案时,区域综合水龄评价方法适用性好,能够对不同水质改善方案进行评估和比较择优。

基于BP神经网络与用户投诉信息的供水管网污染源定位

在供水管网缺乏水质在线监测设备的城市,用户投诉信息可作为供水管网污染源定位的重要依据。研究利用BP神经网络模式识别原理,提出一种基于用户投诉的污染源定位方法。该方法通过水力水质延时模拟确定每个候选污染源对应的管网污染物扩散模式,然后考虑投诉的滞后性,在污染物到达时间的基础上附加随机滞后时间构造投诉样本。对于复杂环状供水管网,通过4个模拟污染事件表明,BP神经网络对水源污染和非水源污染均具有良好的污染源识别能力,它可利用实时用户投诉信息缩小污染源候选范围,提高城市对管网污染的应急响应能力。