地表水廠原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用.pdf

1、911事件后，供水系統(tǒng)的安全預(yù)警成為西方發(fā)達(dá)國家供水領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究方向。隨著地表水廠原水水質(zhì)污染惡化事件的不斷發(fā)生，原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)作為有效地保障供水安全的措施和系統(tǒng)，已受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注。目前雖對(duì)原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)有一定的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用，但仍局限于建立在水質(zhì)在線監(jiān)測基礎(chǔ)上的高投入和理想化的原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)上，同時(shí)鑒于理論的不足和與水廠實(shí)際結(jié)臺(tái)不密切等缺點(diǎn)，在我國經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的特定國情下，它在地表水廠推廣應(yīng)用還存在諸多障礙。

2、>　　 本文通過分析原水污染及水質(zhì)惡化事件的特點(diǎn)，提出了按照原水水質(zhì)惡化事件類別通過不同方式進(jìn)行水質(zhì)預(yù)警的理論框架。針對(duì)研究案例——天津芥園水廠的原水藻類高發(fā)特點(diǎn)，創(chuàng)造性地將聚類分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)結(jié)合，建立了預(yù)測原水中葉綠素的優(yōu)化ANN模型：在建立了原水水質(zhì)在線監(jiān)鍘系統(tǒng)基礎(chǔ)上，運(yùn)用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)與水廠調(diào)度之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，開發(fā)了遠(yuǎn)程原水水質(zhì)監(jiān)測軟件，并首次采用決策樹技術(shù)建立了基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的水質(zhì)預(yù)測模型：結(jié)合中試

3、試驗(yàn)，提出了針對(duì)藻類高發(fā)的芥園水廠凈水預(yù)案及預(yù)警決策框圖，為芥園及相似水J運(yùn)行提供指導(dǎo)和建議。論文的主要成果和創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾方面；
　　 (1) 完善了原水水質(zhì)預(yù)警理論框架地表水源污染可分為持續(xù)性污染、周期性污染和偶發(fā)性污染三大類，分別導(dǎo)致持續(xù)趨勢性、周期間斷性、偶發(fā)瞬時(shí)性水質(zhì)變化，前兩類可在水質(zhì)預(yù)測和水質(zhì)監(jiān)測基礎(chǔ)上進(jìn)行原水水質(zhì)預(yù)警，而后者只能在原水水質(zhì)連續(xù)在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上，進(jìn)行預(yù)警；在目前我國持續(xù)性污染和周期性污染引起

4、的原水水質(zhì)惡化沒有得到很好解決之前，沒有足夠資金支持情況下，可充分利用多年的原水水質(zhì)監(jiān)測資料，針對(duì)持續(xù)趨勢性水質(zhì)惡化和周期間斷性水質(zhì)惡化，建立基于傳統(tǒng)監(jiān)測的水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)；在有資金來源或偶發(fā)性污染風(fēng)險(xiǎn)較大時(shí)，可在建立原水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)。
　　 (2) 建立了基于水廠傳統(tǒng)原水監(jiān)測數(shù)據(jù)的藻類高發(fā)預(yù)測模型在收集天津芥園水廠的日常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)分析及箱形圖分析，研究了指標(biāo)之間的表針關(guān)系及各

5、月的水質(zhì)指標(biāo)異常線；通過對(duì)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的逐月頻率分析，研究了藻類逐月變化規(guī)律及警戒藻類高發(fā)時(shí)間：通過對(duì)原水葉綠素變化曲線的小波分析，研究了藻類變化的年變化規(guī)律及其主要的影響因素；通過ROC曲線分析，研究了常規(guī)指標(biāo)與滯后數(shù)日原水中葉綠素的關(guān)系：建立了預(yù)測第3日原水中葉綠素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模型輸入變量為當(dāng)前水質(zhì)指標(biāo)：葉綠素、濁度、氨氮、水溫、pH值、總堿度，通過仿真驗(yàn)證，得到葉綠素的預(yù)測值與實(shí)測值間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.88；預(yù)測的平均準(zhǔn)確率達(dá)到

6、85％以上。
　　 (3) 建立了基于在線監(jiān)測的藻類高發(fā)預(yù)測模型在芥園水廠的西河預(yù)沉池進(jìn)口處建立原水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測指標(biāo)有：濁度、pH、溶解氧、水溫、氧化還原電位、電導(dǎo)率、氨氮、正磷、大地照度，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)遠(yuǎn)程原水水質(zhì)監(jiān)測軟件實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的在線采集以及在線監(jiān)測系統(tǒng)與水廠調(diào)度中心之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行，建立了基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)測原水中次日葉綠素的決策樹模型，經(jīng)仿真驗(yàn)證，模型的平均預(yù)測準(zhǔn)確率可