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基于水质安全的城市输配水系统二次加氯优化与分析

作　者: 李莉
导　师: 张燕
学　校: 浙江大学
专　业: 土木工程
关键词: 二次加氯余氯理想浓度反应影响系数用水量权重可靠度
分类号: TU991.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 153次
引　用: 3次
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内容摘要

二次加氯是在管网中选择一系列特定的位置作为“二次加氯点”,对饮用水再次消毒,以满足用水节点水质安全所需的最低余氯水平的加氯方式。在总结国内外研究经验的基础上,本文给出了基于水质安全的二次加氯二级动态优化模型。第一级为加氯点选址优化,以满足管网余氯覆盖条件下加氯点数最少(即加氯点建设投资最少)为优化目标,用贪婪算法求解。第二级为加氯量优化,在一级优化选址结果的基础上建立基于“余氯理想浓度”的加氯量优化模型,使管网中的余氯分布在满足浓度要求的前提下尽可能均匀,加氯量尽可能少。针对管网不同的规模和用水量差异水平,第二级优化提出了“普通加氯量优化模型”和“用水量权重优化模型”,用Lingo8.0建模求解。本文将该模型运用于水质计算通用算例SCCRWA管网和我国南方某县的实际管网,对二次加氯条件下管网水质情况和模型主要参数进行了分析。结果表明,与常规加氯相比,二次加氯条件下管网余氯的时空分布更均匀、余氯水平更低,加氯量显著下降,从而一定程度上抑制了消毒副产物的产生,既改善了水质又降低了加氯运行成本。此外,供水管网可靠度评价能够为管网设备安装、升级和维护提供科学依据,针对目前国内外对二次加氯水质可靠度方面的研究几乎处于空白的现状,本文在前人研究的基础上提出了二次加氯条件下考虑用水量权重的水质可靠度评价方法,并在线性叠加理论适用的范围内进行了公式推导和简化,运用该方法对本文所用管网算例和实例进行了水质可靠度评价。评价结果表明,二次加氯能在显著改善管网水质和大幅降低加氯量的前提下维持较高的可靠度水平,对加氯量的利用效率远高于常规加氯,而最优的二次加氯方案也具有二次加氯条件下最高的可靠度。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目次  7-10
1 绪论  10-23
  1.1 管网水质现状  10-11
  1.2 常见消毒方法  11-14
    1.2.1 氯消毒及其特点  11-12
    1.2.2 氯胺消毒及其特点  12
    1.2.3 二氧化氯消毒及其特点  12-13
    1.2.4 其他消毒方法  13-14
  1.3 二次加氯的提出和重要性  14-17
    1.3.1 消毒副产物概况  14-16
    1.3.2 常规加氯方法的不足  16
    1.3.3 二次加氯的重要性  16-17
  1.4 二次加氯的研究现状  17-19
    1.4.1 国外研究现状  17-19
    1.4.2 国内研究现状  19
  1.5 本文主要内容及创新点  19-23
    1.5.1 本文主要内容  20-21
    1.5.2 本文创新点  21-23
2 氯反应动力学与余氯动态计算方法  23-37
  2.1 氯消毒原理  23
  2.2 影响氯衰减的因素  23-28
    2.2.1 水体衰减影响因素  24-26
    2.2.2 管壁衰减影响因素  26-28
  2.3 余氯衰减模型  28-33
    2.3.1 余氯衰减模型概述  28-31
    2.3.2 余氯衰减模型的选择  31-33
  2.4 管网节点余氯计算模型  33-36
    2.4.1 管网水力模型  33-34
    2.4.2 节点余氯浓度计算假设  34
    2.4.3 节点余氯浓度计算方法  34-36
  2.5 本章小结  36-37
3 二次加氯优化算法  37-76
  3.1 二次加氯模型概述  37
  3.2 一级优化——最大集覆盖模型  37-45
    3.2.1 模型基本形式  37-38
    3.2.2 模型应用于二次加氯问题的改进  38-39
    3.2.3 模型算法设计  39-42
    3.2.4 模型算法实现  42-45
  3.3 二级优化——加氯量优化模型  45-57
    3.3.1 模型基本形式  45-46
    3.3.2 本文二次加氯优化的模型改进  46-50
    3.3.3 模型假设分析与论证  50-56
    3.3.4 算法实现  56-57
  3.4 算例应用  57-74
    3.4.1 算例来源  57-58
    3.4.2 算例基本数据  58-62
    3.4.3 一级优化——加氯点选址  62-65
    3.4.4 二级优化——确定加氯运行方案  65-68
    3.4.5 SCCRWA管网二次加氯方案分析  68-72
    3.4.6 二次加氯模型参数影响分析  72-74
  3.5 本章小结  74-76
4 二次加氯模型实例分析  76-92
  4.1 实例来源及基本数据  76-78
    4.1.1 实例来源  76
    4.1.2 实例空间数据  76-77
    4.1.3 实例水力数据  77
    4.1.4 实例水质数据  77-78
  4.2 一级优化——加氯点选址  78-82
    4.2.1 确定管网整体稳定时间  78-79
    4.2.2 获取反应影响系数矩阵  79
    4.2.3 加氯点选址计算  79-82
  4.3 二级优化——确定加氯运行方案  82-87
    4.3.1 选取适当的计算模型  82
    4.3.2 工况划分  82-83
    4.3.3 加氯量优化计算  83-87
  4.4 二次加氯方案比选  87-88
  4.5 二次加氯优化结果分析  88-90
  4.6 本章小结  90-92
5 二次加氯可靠度分析与评价  92-104
  5.1 二次加氯可靠度研究概况  92-93
  5.2 二次加氯点的运行可靠度  93
  5.3 二次加氯条件下的水质可靠度  93-97
    5.3.1 水质可靠度基本形式  94-95
    5.3.2 基于线性叠加的扩展形式  95-96
    5.3.3 管网系统水质可靠度  96-97
  5.4 SCCRWA管网算例应用  97-99
    5.4.1 SCCRWA管网可靠度计算  97-98
    5.4.2 SCCRWA管网可靠度分析与评价  98-99
  5.5 南方某县管网实例分析  99-103
    5.5.1 南方某县管网可靠度计算  99-102
    5.5.2 南方某县管网可靠度分析与评价  102-103
  5.6 本章小结  103-104
6 结论与展望  104-106
  6.1 结论  104-105
  6.2 展望  105-106
参考文献  106-112
作者简历  112

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