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供水管网空间分布广,影响范围大,极易受到不法分子的袭击,而一旦发生此类恶性投污事件,将对人民的身体健康造成极大的伤害,因此很有必要在供水管网建立一套预警监测系统,以便尽快地监测到水质状况的异常并向用户发出报警信号,以保障人民群众的用水安全。
水质监测点作为供水管网早期预警监测系统的一部分,其位置和数量直接影响水质预警体系的效率和投资。如何根据不同的管网特性,确定监测点数量与监测效率之间的关系,以及如何在监测点数量确定的情况下,确定监测点在管网中的位置以达到最大的监测效率,具有很高的研究价值。
国内外诸多学者对其进行了广泛而深入的研究,提出了线性规划、整数规划、混合整数规划等优化模型,但在实际应用中均有其局限性。
本文利用电脑模拟恶性投污事件或者管网内部水质突然恶化时对整个供水管网系统所造成的影响。通过模拟出的所有管网节点的水质变化情况,便可得知每一节点(若在该节点上安置水质监测点)能监测到该投污事件的时刻以及此时整个管网系统所遭受的危害(此时被污染的节点数、被污染的管段长度、用户所使用的被污染水的体积、处于污染水危害之下的人口数)。通过考察危害程度便可得出每一节点做为水质监测点的有效性。在监测点数量确定的情况下,本文根据每一节点做为水质监测点的有效性,再利用优化算法来优选管网中的节点,组成早期预警水质监测系统,以期发生恶性投污事件时,尽快监测到该事件的发生并尽快发出报警信号,或者在发生恶性投污事件时,将其对人民群众的危害降至最小。
本文模拟的是供水管网的动态的水力水质状况,而非静态状况,更加贴合于管网的实际运行情况;同时本文考察了监测设备延迟、监测设备入口浓度等等因素对优选水质监测点的影响。
遗传算法是近几年迅速发展起来的一项优化技术,它是模拟生物学中的自然遗传变异机制而提出的随机优化算法,它是进化算法的一个重要分支,通过编码、选择、杂交和变异等遗传操作,最终求得最优解,不仅适用于纯数学的优化问题,而且也适用于一般的工程设计和优化问题。因此本文使用软件EPANET模拟管网的动态水力水质情况后,再用遗传算法优选水质监测点,这一过程均在Delplli中实现。本文基于山东某市的供水现状,以及供水系统的相关运行数据,建立了该市供水系统管网模型,对模拟程序进行测试。结果表明,在投资一定的情况下,使用本文提出的方法可以建立最高效的管网水质预警监测系统;同时,减少监测设备的延迟时间可以提高水质预警系统的效率,降低人民群众所面临的风险。本文的理论和研究成果,可以为供水行业提供水质管理的辅助决策方案。