基于水力模型的供水管网水质监测预警系统的研究

摘要

供配水管网是城市供水系统的重要组成部分，但随着经济的快速发展和城市边界的不断扩张，供水管网逐渐发展成一个线路繁多、拓扑结构复杂的时变系统，而管网水质污染问题已经成为困扰城市管理者的重要隐患。因此，管网水质监测点优化布置和污染源反向追踪模型成为了一个十分热门的研究方向。
　　本文首先对供水管网水力模型、水质模型和污染源反向追踪模型的研究现状进行了探讨。其次探讨了如何在管网中有效布置水质监测点，保证水质安全。基于节点水龄法计算原理，加入多因子参数，实现了常规水质监测点的优化布置，并建立了基于多因子优化法的数学模型和计算程序，并将该程序应用于J市供水管网水力模型当中。结果表明，计算出的最优监测点与实际管网水质监测点位置相同的点占比为43.75％，而通过随机污染事故模拟得出基于多因子算法计算出的监测点预警时间比实际管网水质监测点早的占据了83.3%。
　　然后根据模糊聚类的相关理论，基于FCM算法建立了以供水管网水力模型信息为基础的约束目标优化选址模型，并应用于M市供水管网水力模型当中，得到突发水质监测点的最优位置。结果表明，通过随机污染事故模拟，基于FCM算法计算出的监测点预警时间最早的占据了70%。管网中的突发水质监测点位置基本覆盖了所有管网节点，一旦管网发生突发性水质污染事故，监测系统就可以及时地上传相关信息，获得了较好的突发水质监测点布置模型。
　　最后，本文利用EPANET水质计算模块，通过FCM方法对管网进行“虚拟分区”，结合MATLAB软件BP神经网络模块，获得了较好的供水管网污染源反向追踪模型。并通过不同规模和类型的实际供水管网水力水质模型，分别研究了监测点数量、样本大小和分区范围三者与供水管网水质污染定位准确率之间的关系。研究结果表明，监测点数量、样本大小与污染源定位准确率成正比关系，而分区数量则与污染源定位准确率成反比关系。

目录

第一章 绪论

1.1研究目的

1.2供水管网水质预警研究现状

1.3课题来源

1.4研究内容

第二章 多因子常规供水管网水质监测点布置方法的研究

2.1研究目的

2.2计算原理

2.3程序实现

2.4应用案例

2.5本章小结

第三章 基于FCM算法的突发水质监测点优化布置方法研究

3.1研究目的

3.2 FCM算法基本原理

3.3程序实现

3.4应用案例

3.5本章小结

第四章 供水管网水质预警系统的研究

4.1研究目的

4.2供水管网水质预警系统的设计

4.3供水管网水质预警系统的建立

4.4本章小结

第五章 供水管网水质预警系统应用实例分析

5.1应用实例概况

5.2定位准确率受影响因素分析

5.3小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢