（市政工程专业论文）给水管网水质模拟与安全分析方法和应用研究.pdf

摘要 摘要 联合国确定2 0 0 5 年一2 0 1 5 年为生命之水国际行动1 0 年，主题是“生命之 水 ；2 0 0 5 年“中国水周”活动的宣传主题是“保障饮水安全，维护生命健 康”。生活饮用水水质不仅关系到广大人民的身体健康，还直接影响着城市居 住环境和投资环境甚至对外开放政策的顺利实施，因此各国都把提高供水水质， 保障供水安全作为供水服务的首要内容。 输配水管网系统是供水系统中的重要组成部分，其功能就是向用户输送满 足水量、水质和水压需求的水。然而，合格的出厂水经过复杂的城市输配水管 网系统后，水质常常发生变化。实践证明，水在管网反应器内发生着复杂的物 理、化学和生物的反应从而使管网结构完整性被破坏，导致水质恶化。 本文主要研究自来水在管网中的变化规律，分析管网水质恶化的原因，并 提出相应的预防解决措施。同时运用信息化手段进行管网水质的数学模拟，对 其主要影响参数余氯浓度及节点水龄进行模拟及预测，根据模拟及预测的结果 提出相应的水质调度措施( 管网中途加氯) ，建立管网水质预警预报系统，构建 安全保障体系框架，从而为水司安全供水提供有力的科学决策依据及技术支持。 论文以市北管网及一小型管网为例说明了管网余氯模拟、水龄计算、优化中途 加氯、管网水质安全保障技术实施的具体过程。 论文主要分为三部分：管网水质二次污染研究( 第二章) ；管网水质的数学 模拟及安全保障技术研究( 第三章第五章) ；管网水质模拟软件研制( 第六章) 。 本论文的研究成果主要包括以下几个方面： ( 1 ) 对于管网水质二次污染的防治，首先要加强净水处理工艺，确保出厂水水质 具有生物及化学稳定性。其次是加快城市供水管网的改造步伐，推广应用新 型管材及加内防腐材料。第三是强调管网冲洗技术，并逐步使之规范化、制 度化；第四，优化贮水构筑物的设计方法，加强监督和管理，并从技术及经 济上对全面实行一次供水的供水方式进行研究。 ( 2 ) 目前，国内外主要采用一级反应模型和二级反应模型来描述余氯在输配水管 网中的衰减过程。研究表明它们都有各自的局限性，反映不了余氯在管网中 的整个衰减过程。在总结文献的基础上，本文提出新的余氯衰减模型一综 摘要 合衰减模型。算例显示了综合模型具有较好的适应性、灵活性及实用性。 ( 3 ) 对衰减系数的确定，采用反算思路，即根据管网实测数掘，利用遗传算法， 按方差最小原理编制程序，进行计算机动念求解。与传统的人工实验测定衰 减系数法相比，计算机动态获取法不仅简单、方便而且准确性高、灵活性强。 ( 4 ) 对改善管网水质，提高水质安全性的技术措施一一管网中途加氯技术作了较 为深入的研究：以最大覆盖水量原则，用o l 整数规划对管网二次加氯点位 置及投加量进行优化设计及求解。算例表明，管网中途加氯措施相对于传统 投氯方式，水质安全性大大提高：在保证最小浓度的前提下，各节点余氯浓 度减少，在不同时空下波动减小，均匀性提高，产生的消毒副产物浓度更小， 水质致突变性减弱。同时，还节约投氯量，获得可观的经济效益。 ( 5 ) 把统计学中的随机分层抽样技术成功地引入到管网水质安全分析中。文中以 管材、管径、离出厂水距离为空f a 分层变量，以高峰用水和非高峰用水为时 间分层变量，对管网水质进行时空分析。如评估管网低水质区域时，得出以 离出厂水距离为空间分层变量且按比例分配的样本设计方法最有效的结论。 ( 6 ) 在水质模型的基础上，建立水质预警预报系统。包括四大块予系统：水质信 息采集系统，数据传输及处理系统；水质模拟系统：管理决策调度系统。对 预警预报的软硬件组成，水质控制参数及各子系统功能等作了较为详细的分 析说明i 最后，在水质预警预报系统的基础上，构建管网水质安全保障体系 框架。 ( 7 ) 通过对市北管网2 0 0 2 年的部分水质参数( 余氯、浑浊度、色度、铁、锰) 的时空变化规律分析，得出如下结论：与出厂水相比，管网水的浑浊度、色 度、铁、锰浓度都有所上升，余氯浓度则有所下降；在全年中管网水的浑浊 度、色度、铁、锰浓度在不同时空中波动不大，基本保持在某个稳定值附近； 管网中余氯浓度的时空变化性较强，温度升高则余氯衰减速度加快；相对于 以黄浦江为原水的管网水，以长江水为原水的管网水浑浊度更低，余氯衰减 速度更缓慢；在一定区域内，余氯浓度高有浑浊度低的趋势，但整个管网范 围内这个相关性并不明显。 ( 8 ) 用欧拉法编制水质模拟程序，研制出的宏扬水质软件成功的模拟了市北大型 管网的各节点余氯浓度及节点水龄，绘制出等水质区域，水质模拟结果可用 图表形象的显示出来。根据模拟结果，清晰的反映出管网余氯低浓度区域以 及水龄较大的区域，从而为水司调整运行方案，提高供水安全性提供了有力 摘要 的科学决策依据。 关键词：输配水管网，水质安全，二次污染，水质数学模拟，余氯衰减模型， 随机分层抽样，优化加氯 a b s t r a c t a b s t r a c t u n i t e dn a t i o n sp r o c l a i m st h ep e r i o df r o m2 0 0 5t o2 015a st h ei n t e r n a t i o n a l d e c a d ef o ra c t i o n ，a n dt h et h e m ei sw a t e rf o rl i f e t h et h e m ef o r t h e2 0 0 5c h i n e s e w a t e rw e e ki sd e f i n e da ss a f e g u a r d i n gd r i n k i n gw a t e rs a f e t ya n d e n s u r i n ga h e a l t h yl i f eo f h u r n a na n dn a t u r e t h ed r i n k i n gw a t e rq u a l i t yn o to n l yc o n c e r n st h e h e a l t ho fp e o p l e ，b u ta l s od i r e c t l yi n f l u e n c e st h eu r b a nl i v i n ga n di n v e s t m e n t e n v i r o n m e n t ，e v e ns u c c e s s f u li m p l e m e n t a t i o no fo p e np o l i c y s oi m p r o v i n gw a t e r q u a l i t ya n ds a f e g u a r d i n gd r i n k i n gw a t e rs a f e t yi sr e g a r d e da st h ep r i m a r yc o n t e n to f w a t e rs e r v i n gb ya l ln a t i o n s t h ew a t e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ( w d n ) i st h em a i nc o m p o n e n to ft h ew a t e r s u p p l ys y s t e m ，w h i c hd i s t r i b u t e st h ew a t e rw i t hg o o dq u a l i t y , e n o u g hd e m a n da n d p r e s s u r et o t h ec o n s u m e r s h o w e v e lt h ew a t e rq u a l i t yo f t e n c h a n g e si nt h e c o m p l i c a t e dw d n p r a c t i c eh a sp r o v e dt h a ts o m ec o m p l i c a t e dp h y s i c a l ，c h e m i c a la n d b i o l o g i c a lr e a c t i o n st a k ep l a c ei nt h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mr e a c t o r , w h i c hd a m a g e st h e p i p e l i n es t r u c t u r ei n t e g r a l i t ya n dc a u s e sw a t e rq u a l i t yd e t e r i o r a t i o n w a t e rq u a l i t yv a r i a t i o nr e g u l a t i o n ，w a t e rq u a l i t yd e t e r i o r a t i o ni nw d na n d c o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n s a r ed i s c u s s e di n t h i s p a p e r t h ec h l o r i n er e s i d u a l c o n c e n t r a t i o na n dt h ew a t e ra g e ，w h i c ha r et h ek e yp a r a m e t e r so fw a t e rq u a l i t yi n w d na r es i m u l a t e db yi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nr e s u l t s ， s o m es o l u t i o n sa l es u g g e s t e ds u c ha sb o o s t e rc h l o r i n a t i o n ，a d j u s t i n gt h ef l o wo fw a t e r p l a n t s t h ee a r l yw a r n i n gd e t e c t i o na n dp r e d i c t i o ns y s t e mi ss e tu pb yw a t e rq u a l i t y s o f t w a r ea n dt h ew a t e rq u a l i t ys e c u r i t ys y s t e mf r a m eo ft h ew d ni sb u i l t ，w h i c h p r o v i d et h ed e c i s i o n m a k i n ga n dt e c h n i c a ls u p p o r tf o rw a t e ru t i l i t i e st oi m p r o v et h e w a t e rq u a l i t ys e c u r i t y t h em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d et h ef o l l o w i n g a s p e c t s ( 1 ) s o m es u g g e s t i o n st oa v o i dw a t e rq u a l i t yd e t e r i o r a t i o ni nw d na r ep r o p o s e d f i r s t l y , t h ef i n i s h e dw a t e rq u a l i t ys h o u l dm e e tt h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sa n d h a v et h eb i o l o g ya n dc h e m i s t r ys t a b i l i t y s e c o n d l y ，t h eo l dc i t yn e t w o r k ss h o u l d ab s t r a c t b er e c o n s t r u c t e dq u i c k l y ，n e wt y p eo fp i p e l i n em a t e r i a la n di n n e ra n t i e r o d e m a t e r i a ls h o u l db ep u ti n t op r a c t i c e t h i r d l y ，w a t e ru t i l i t i e ss h o u l di m p l e m e n t f l u s h i n gp r o g r a mt e r m l ya n dm a k ei ts t a n d a r d i z a t i o n f o u r t h l y , s t r e n g t h e nt h e m a n a g e m e n to ft h e w a t e rd i s t r i b u t i o na n dt h es e c o n d l yw a t e rs u p p l ys y s t e m s t e c h n i c a la n de c o n o m i c a la n a l y s i si su s e dt os t u d yh o wt or e d u c et h es e c o n d l y w a t e rs u p p l ym o d e ( 2 ) t h ef i r s t o r d e ra n ds e c o n d - o r d e rr e a c t i o nm o d e l sa r et h ec o n v e n t i o n a lt w om o d e l s ， w h i c hd e s c r i b et h ec h l o r i n er e s i d u a ld e c a yi nw d n h o w e v e r ，b o t ho ft h e mh a v e l i m i t a t i o nt h a tc a l ln o td e s c r i b et h ew h o l ec h l o r i n er e s i d u a ld e c a yp r o c e s s s o ， b a s e do nr e s e a r c ha b r o a da n dh o m e ，an e wd e c a ym o d e l 一- i n t e g r a t e dd e c a y m o d e li sd e v e l o p e d ，w h i c hi sp r o v e dt ob em o r ep r e c i s e ，f l e x i b l ea n da d a p t i v e t h a nt h ec o n v e n t i o n a lm o d e l si na ne x a m p l en e t w o r k ( 3 ) t h ed e c a yc o e f f i c i e n ti sd y n a m i c a l l yc a l c u l a t e db yp r o g r a mb a s e do nm e a s u r e d d a t a ，g e n e t i ca l g o r i t h m sw i t ht h em i n i m u mv a r i a n c ep r i n c i p l e t h i sm e t h o di s p r o v e dt ob ea l le a s y , e c o n o m ic a l ，p r e c i s ea n df l e x i b l ew a yc o m p a r i n gw i t ht h e c o n v e n t i o n f lm a n u a le x p e r i m e n tm e t h o d ( 4 ) b o o s t e rc h l o r i n a t i o nw h i c hi so n eo ft h em e a s u r e st oi m p r o v ew a t e rq u a l i t yi n w d ni sd i s c u s s e di nd e t a i l t h el o c a t i o na n dc h l o r i n ed o s a g ea r eo p t i m i z e db y p r o g r a mw i t hm a x i m u m s e tc o v e r i n gf l o wm o d e la n d0 - 1i n t e g e rp r o g r a m t h e s t u d yc a s es h o w st h a tt h eb o o s t e rd i s i n f e c t i o nh a sm o r ea d v a n t a g et h a n t h e c o n v e n t i o n a lm e t h o d ，w h i c ha p p l i e sd i s i n f e c t a n to n l ya tw a t e rp l a n t s t h ef o r m e r o n ee a r lb r i n gb o t l lw a t e rq u a l i t ys a f e t ya n ds o c i a lb e n e f i t s f u r t h e r m o r e ，b o o s t e r d i s i n f e c t i o nm a yo b t a i nm o r ee v e nd i s i n f e c t a n tc o n c e n t r a t i o n st h r o u g h o u tt h e n e t w o r k ，a n dh a st h ep o t e n t i a lt or e d u c ea g g r e g a t ee x p o s u r eo ft h ep o p u l a t i o nt o c h l o r i n ea n di t sb y - p r o d u c t sw h il es i m u l t a n e o u s l yi m p r o v i n gr e s i d u a lc o v e r a g ei n t h ep e r i p h e r yo ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e m a l s oi tc a ns o l v et a s t ea n do d o r si s s u e s ( 5 ) w a t e ru t i l i t i e sr e l yo ns a m p l e sc o l l e c t e df r o mt h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mt oa s s u r et h e d r i n k i n gw a t e rq u a l i t y h o w e v e r , f e wu t i l i t i e se m p l o yaf o r m a l s t a t i s t i c a l s a m p l i n gp r o t o c o l t oc o l l e c tt h e s es a m p l e s t h i sp a p e rp r e s e n t san e w m e t h o d o l o g yt h a ti n v o l v e sr a n d o ms e l e c t i o no fs a m p l el o c a t i o n sa n dt i m eo f s a m p l ec o l l e c t i o nt om i n i m i z eb i a sa n dv a r i a n c ei nr e s u l t sw h i l ep r o v i d i n gal e v e l v a b s t r a c t o fc o n f i d e n c ei ns a m p l ed a t a as t r a t i f i c a t i o ns c h e m ei sc h o s e nf o rb o t ht h es p a t i a l a n dt e m p o r a ld i m e n s i o n so ft h es a m p l i n gd e s i g n t h r e ed i f f e r e n t s p a t i a l s t r a t i f i c a t i o nv a r i a b l e sa r es e l e c t e df o re v a l u a t i o n ：p i p em a t e r i a l ，p i p ed i a m e t e r , a n dd i s t a n c ef r o mt h et r e a t m e n tp l a n t t w os t r a t i f i c a t i o n sa r ed e f i n e df o rt h e t e m p o r a ld i m e n s i o no ft h ea n a l y s i s ，p e a ka n dn o n p e a kt i m e s d e p e n d i n go nt h e g o a l so ft h es a m p l i n gs t u d y , ad i f f e r e n tp r o b a b i l i t ys a m p l i n gm e t h o ds u c ha s b a l a n c e da l l o c a t i o n ，p r o p o r t i o n a t ea l l o c a t i o nc a l lb eu s e di ne a c hs t r a t u m f o r e x a m p l e ，i ft h eg o a lo ft h es a m p l i n ge x e r c i s e i st oe s t i m a t et h eo v e r a l lw a t e r q u a l i t yw i t ht h eg r e a t e s ts t a t i s t i c a lp r e c i s i o n ，t h e nt h ed e s i g nw i t hd i s t a n c ef r o m t h et r e a t m e n tp l a n ta sas p a t i a ls t r a t i f i c a t i o nv a r i a b l ei sm o s te f f i c i e n t ( 6 ) t h ee a r l yw a r n i n gd e t e c t i o na n dp r e d i c t i o ns y s t e mw h i c hi n c l u d e sw a t e rq u a l i t y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t at r a n s m i s s i o na n dp r o c e s ss y s t e m ，w a t e rq u a l i t y m a t h e m a t i c ss i m u l a t i o ns y s t e m ，m a n a g e m e n ta n dd e c i s i o n m a k i n gs y s t e mi ss e t u pb a s e do nt h ew a t e rq u a l i t ym o d e l a l s o ，t h es y s t e m ss o f t w a r ea n dh a r d w a r e ， w a t e rq u a l i t yc o n t r o lp a r a m e t e r sa n de v e r ys u b s y s t e mf u n c t i o na r ed e s c r i b e di n d e t a i l ( 7 ) t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h es p a t i o t e m p o r a lv a r i a t i o nr e g u l a t i o n so fs o m ew a t e r q u a l i t yp a r a m e t e r si ns h i b e in e t w o r ki n2 0 0 2 ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sc a l lb e o b t a i n e d t h et u r b i d i t y , c o l o u r , f ea n dm nc o n c e n t r a t i o ni nd i s t r i b u t i o ns y s t e m s w a t e ra r eh i g h e rt h a nt h a to ff i n i s h e dw a t e r , a n dt h ec h l o r i n er e s i d u a l c o n c e n t r a t i o ni sl o w e r i nt h ew h o l ey e a r , t h et u r b i d i t y , c o l o u r , f ea n dm n c o n c e n t r a t i o ni nw d na r eb a s i c a l l ym a i n t a i n e da ts t a b l ev a l u e t h ec h l o r i n e r e s i d u a lc o n c e n t r a t i o nh a ss t r o n g e rs p a t i o t e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i ca n dd e c a y sf a s t a th i g ht e m p e r a t u r e t h ew a t e rq u a l i t yw h i c ht a k i n gt h ey a n g z ir i v e ra st h er a w w a t e ri sb e r e rt h a nt h a to ft h eh u a n g p ur i v e r i nac e r t a i nr e g i o n ，c h l o r i n e r e s i d u a lc o n c e n t r a t i o ni sc o r r e l a t e dw i t ht u r b i d i t y , b u tt h er e l e v a n c ei sn o t c e r t a i n l yo b v i o u si nt h ee n t i r ep i p en e t w o r k ( 8 ) w a t e rq u a l i t yp r o g r a mc o d ei sd e v e l o p e dt os o l v et h em o d e lw i t he u l e r i a nm e t h o d t h i sp r o g r a mh a st h ef u n c t i o no fs i m u l a t i n gt h ec h l o r i n er e s i d u a ld e c a yp r o c e s s ， c a l c u l a t i n gt h ew a t e ra g e s ，t h ed e c a yc o n s t a n ta n do p t i m i z i n gb o o s t e rc h l o r i n e l o c a t i o na n dd o s a g e w i t ht h eh o n g y a n gw a t e rq u a l i t ys o f t w a r e ，t h ec h l o r i n e v i a b s t r a c ! r e s i d u a lc o n c e n t r a t i o na n dw a t e ra g eo ft h es h i b e iw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e ma r e s i m u l a t e d t h er e s u l tc a nb es h o w nw i t ht h ec u r v ea n dt h et a b l e t h er e s e a r c h a c h i e v e m e n t sc a l lb ea p p l i e df o rw a t e ru t i l i t i e st oa d j u s to p e r a t i o ns c h e m e ，w h i c h w i l li m p r o v ew a t e rq u a l i t ya n ds a f e g u a r dw a t e rs u p p l ys a f e t y k e yw o r d s ：w a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，w a t e rq u a l i t ys a f e t y ，w a t e r q u a l i t y d e t e r i o r a t i o n ，w a t e rq u a l i t ym a t h e m a t i cs i m u l a t i o n ，c h l o r i n er e s i d u a ld e c a ym o d e l ， r a n d o m i z es t r a t i f i e ds a m p l i n gm e t h o d o l o g y , o p t i m a lb o o s t e rc h l o r i n a t i o n v i l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：拙 瑚年1 2 月1 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：制热 签名：1 暾瓠 四年l 2 月 第1 章绪论 1 1 概述 1 1 1 论文研究背景 第1 章绪论 城市供水系统是保障人民正常生活不可缺少的物质基础，是城市经济发展 的重要基础设施，也是各级政府重点扶植和优先发展的先行产业。而作为供水 系统重要组成部分的输配水管网系统，则是城市的命脉及生命线。 据世界卫生组织( w h o ) 统计报道，全球8 0 的疾病以及l 3 以上的死 亡直接来源于不清洁的饮用水。因为水污染，全世界每年有5 0 0 0 万儿童死亡， 3 5 0 0 力人患心血管病，3 0 0 0 万人死于肝癌、胃癌，9 0 0 0 力人患肝炎，7 0 0 0 万 人患胆结石、肾结石。因此，水质决定着人的体质。 供水水质不仅关系到广大人民的身体健康，还直接影响着城市居住环境和 投资环境甚至对外开放政策的顺利实施，因此各国都把提高供水水质作为供水 服务的首要内容。国际水协提出的口号是供应净洁的水；瑞士提出分分秒秒供 应净洁的水；日本提出以低廉的价格持续供应净洁的水【2 】；我国政府也非常重视 水质问题，胡锦涛总书记指出“饮用水安全问题关系到广大人民群众的健康， 必须高度重视，要通过科学认证，研究采取治理污染源、改进自来水净化处理 等措施，从根本上解决问题，把以人为本真正落实到实处”。温家宝总理在十届 全国人大三次会议上指出“让群众喝上干净的水”。建设部正在组织编写的城 市供水行业2 0 1 0 年规划也提出：今后十年主攻是水质；关键是保证供水；核 心则是提高水质，保证供水的前提下，以相对较少的投资和相对低的成本完成 这些任务【3 1 0 饮用水水质的优劣反映了一个城市的现代化进程和卫生水平。由于传统制 水工艺不能有效去除有机污染，上海市供水水质有时不能满足卫生部2 0 0 1 年6 月颁布的生活饮用水水质卫生规范及建设部2 0 0 5 年颁白的城市供水水质 标准的要求，有部分指标超标”j 。饮用水水质低劣问题，会影响上海市国际化 大都市的形象，阻碍上海市的可持续发展。鉴于上海市的重要地位及其水源污 第1 章绪论 染在太湖流域具有普遍的代表性，以上海市城市供水系统为对象研究安全饮用 水保障技术，将对解决太湖流域乃至整个南方地区饮用水安全问题，具有积极 的推动作用。为此，上海市自来水市北有限公司及同济大学等高校联合申请了 国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 项目( 项目编号2 0 0 2 a a 6 0 11 3 0 ) 一“太 湖流域安全饮用水保障技术”。本论文研究的内容就是围绕其中的一子课题“管 网二次污染控制和安全输配水技术研究”而进行的。 目的，净水厂处理过的出厂水都能达到卫生部或建设部颁布的水质标准 要求。但出厂水需要通过复杂庞大的管网系统爿能输送到用户，水厂至用户途 经的管线长度可达数十上百公里，水在管网中的滞留时间可达数日，庞大的地 下管网就如同一个大型的“反应器”。实践证明，水在这样的反应器内发生着复 杂的物理、化学、生物的变化使管网结构完整性被破坏，从而导致水质发生变 化，造成管网污染。表1 1 是1 9 9 6 年全国部分大中城市水质调查统计情况1 5 j ， 从表中可知，合格的出厂水通过输配水管网，贮水设施再到用户水龙头，由于 各种原因引起的二次污染，使水质发生了明显的下降。四项常规指标合格率都 有不同程度的下降，水龙头处余氯浓度的全年综合平均值只有0 0 1m g l ，反映 水中有机污染情况的高锰酸钾指数也明显增大。 表1 11 9 9 6 年全国部分人中城市水质调查 赢广墼芝 出厂水管网水贮水池水龙头 常规4 项指标全合格率( )9 8 7 39 5 6 88 3 8 l8 0 9 4 年综合平均较出厂下降( )3 0 51 4 9 21 7 7 9 平均值( 度)1 3 01 9 02 4 62 9 6 浑浊度 合格率( ) 9 8 9 09 7 2 09 6 0 09 0 4 0 平均值( 个l ) 5 3 l2 7 9 46 9 7 08 4 5 2 细菌总数 合格率( )9 9 2 09 9 1 09 5 6 09 3 2 4 平均值( 个l ) 2 6 82 9 63 2 64 15 总人肠菌群数 合格率( ) 9 7 0 09 0 2 09 2 4 09 0 4 0 高锰酸钾指数平均值( m g l ) 2 2 33 4 64 8 75 4 2 注：高锰酸钾指标为重点城市测值 水质在输送过程中的二次污染是个不容忽视的问题。同本主要城市在上世 纪7 0 年代初已基本解决供求矛盾并供应较好的出厂水，但为改善管网中出现的 “赤水”，整个8 0 年代都在继续进行管网改造【6 1 。 改善管网水质首先要研究自来水在管网中的变化规律，分析管网水质恶化 2 第1 章绪论 的原因，从而提出相应的预防解决措施。同时运用信息化手段及计算机技术进 行管网水质的数学模拟，模拟及预测部分物质的运动，混合及衰减情况，设计 解决对策，建立管网水质预警预报系统，构建水质安全保障体系，从而为水司 安全供水提供有力的科学决策依据及安全保障技术支持。 1 1 2 国内外研究现状 水质问题一直是供水企业关注的问题，早在上世纪七八十年代，国外学者 就开始对输配水管网水质变化规律进行了研究。目前国内外对管网水质研究主 要涉及的问题是：管网水的水质稳定性，管材对水质的影响，有关消毒剂和消 毒副产物的研究，管网水质数学模型及仿真系统的研究以及管网优化加氯的研 究。 1 1 2 1 管网水质二次污染研究现状 出厂水生物稳定性 上世纪九十年代初，国外学者就认识到引起给水管网中细菌重新生长和繁 殖( r e g r o w t h 或a f l e r g r o w t h ) 的主要诱因是出厂水中残存的异养细菌生长所需 有机营养基质，即可生物降解有机物。随后，国内外学者对生物稳定性问题展 开了大量的研究。所谓生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细 菌生长的潜力，即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时，其支持细菌生长 的最大可能性。a o c ( a s s i m i l a b l eo r g a n i cc a r b o n ) 是指有机物中最易被细菌吸收直 接同化成细菌体的部分，是单细菌合成代谢对有机物的消耗，是b d o c 的一 部分( 约3 0 4 0 ) 。b d o c c o i o d e g r a d a b l ed i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ) 是水中有机物 能被异养菌无机化的部分。b d o c 含量表示可以被异养微生物利用的d o c 的浓 度，是水中细菌和其它微生物新陈代谢的物质和能量的来源，包括其同化作用 和异化作用的消耗，因此b d o c 是细菌合成代谢和分解代谢对有机物消耗的总 和。 对于生物稳定性的评价指标，目前比较流行的主要有a o c 和b d o c 两种。 a o c 和b d o c 含量越低，细菌就越不易生长繁殖。目前美国等地应用a o c 指 标比较多，而法国等地应用b d o c 指标比较多。荷兰学者k o o i j 通过对2 0 个不 同工艺的净水厂调查得出a o c 与异养菌( h e t e r o t r o p h i cp l a t ec o u n t ，h p c ) 之间的 大体关系：当a o c 1 0p l ，h p c 的几何平均值一直在1 0 0c f u m l 以下；而 3 第1 奄绪沦 b d o c 和异氧菌数之间没有明显的相关性，b d o c 不能用来评价微生物的再生 长潜能【7 】。目前尚未有明确的试验数据汪明这两个指标哪个更适合于代表管网水 中异养菌的二次生长情况。s a b e l 等峭j 认为应该把a o c 和b d o c 相结合来判断 水的生物稳定性。如果重点研究生物的再生长，那么就采用a o c 指标；但是如 果重点研究生物过程中需氯量和消毒副产物的形成潜能，那么就应该使用b d o c 指标。j c j o r e t 等人1 9 j 认为b d o c 值代表了饮用水中1 0 3 0 的总d o c 含量： e s e r v a i s 及j c j o r e t 等人在研究中均证实了b d o c 与管网中细菌生长量有较好 的相关性。b i o s 等l lo 】研究了位于法国n a n c y 的两个管网中细菌、b d o c 和氯等 因素的相互影响后也认为b d o c 与细菌生长密切相关。m a r k 研究指出i 1 ：给水 管网中出厂水为贫营养环境，其中生长的细菌大多数是以有机物为营养基质的 异养菌，因此有机物是管网中细菌数增长的主要原因。 生物不稳定将导致微生物的生长繁殖，造成管网中的生物性污染。当前， 国际上一般认为：当不加氯时，a o c 浓度为1 0 - - 2 0 “l ；当加氯时a o c 浓度为 5 0 1 0 0 “l 时被认为是生物稳定水。v o l k 等人提出i l2 j ：2 0 时b d o c 值为 0 15 m g l ，1 5 时为0 3 0 m g l 时可以保证生物稳定性。当b d o c 值大于 o 1 0 o 1 5 m g l 时有大肠杆菌出现。s e r v a