题名水源水质变化条件下铸铁类供水管网铁释放动态模拟
作者牛铁柱
学位类别硕士
答辩日期2015-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师陈求稳
关键词供水管网,遗传编程,铁释放速率模型,多组分动态水质模型, Water supply network, Genetic Programming, Iron release rate model, Multi-species dynamic water quality model.
其他题名Dynamic Simulation of Iron Release for Cast Iron Water Supply Network Under the Situation of Source Water Quality Changes
学位专业环境工程
中文摘要    自来水在供水管网的输送过程中可能会发生水质恶化,造成自来水的二次污染,其水质是否达标是大家普遍关注的问题。铸铁管网是我国供水管网的重要组成部分,管网腐蚀及铁释放会引起饮用水中铁含量升高,影响饮用水的感官效果,严重情况下会给居民生活带来不便。
    水源水质变化是影响铁释放的重要因素。为了预防和减轻铸铁管网铁释放可能带来的危害,本研究选取北方某市灰口铸铁管段,通过铁释放静态实验,探索不同水质条件(Larson指数、余氯和溶解氧浓度)对铁释放的影响,并得到相应水质条件下的铁释放速率;通过统计回归和数据挖掘(遗传编程和进化多项式回归)方法建立铁释放速率对关键水质参数的响应模型,并对最优模型的参数进行了敏感性分析;将铁释放速率模型与管网多组分动态水质模型结合,模拟管网系统中铁含量的时空分布及水源水质变化对铁释放的影响,同时提出相应的水质控制方案来减缓铁释放。
论文主要得到以下结论:
1.管段铁释放速率与   Larson指数呈显著正相关关系,且不同管垢特征的管段对  Larson指数的变化敏感性存在差异;管段铁释放速率与余氯和溶解氧浓度均呈负相关关系。
2.通过遗传编程建立拟合度较好的铁释放速率模型,模型揭示出的铁释放速率与 Larson、余氯和溶解氧浓度的关系与铁释放机理相符合。
3.通过对模型参数敏感性分析发现,在大多数情况下,Larson指数、余氯和溶解氧对铁释放速率影响的敏感性大小顺序大致为 Larson指数>溶解氧>余氯,表明调控 Larson指数可以有效地控制管网的铁释放。
4.将铁释放速率模型与多组分动态水质模型结合能够精确模拟铁含量在管网中的时空分布特征,预测水源水质变化对铁含量分布的影响,为减缓管网铁释放的水质调控方案提供科学依据。
英文摘要    The  quality  of  tap  water  may  deteriorate  during  the  transportation  in  water supply network,  which may  cause secondary  pollution of water.  Water quality  is an issue of common concern.  Cast iron pipes take a  large proportion in the water  supply networks in  China.  Pipe corrosion  and iron  release can  cause  iron concentration  in water to  exceed the  national  standard, which  will affect  color and  odor of  drinking water and bring inconvenience to residents in severe cases.
    Switch of  different water sources  is a major cause  to accelerate iron  release. To prevent and  mitigate the  harm of  iron release,  efforts were  made in this  study from three aspects.  First, iron release  static experiments were  conducted for four  cast iron pipe segments  selected  from a  northern  city to  get  the influence  of different  water conditions (Larson ratio, chlorine and dissolved oxygen concentration) on  iron release and   corresponding  iron   release   rate.  Secondly,   iron   release  rate   models   were developed using statistical methods and data mining techniques (genetic programming and  evolutionary  polynomial   regression),  and  sensitivity  analysis  of   the  optimal model  parameters  were  carried  out   additionally.  Finally,  iron  release  model  was integrated   with   multi-species   dynamic    water   quality   model   to   simulate    the
spatio-temporal patterns  of iron  concentrations  in a  pipe network  and the  effects of water  sources  changes  on  iron  release, based  on  which  appropriate  water  quality mediation strategy was proposed to reduce iron release.
This thesis obtained several main conclusions as follows.
1. The iron  release rate had a  significant positive relationship  with Larson ratio,and there was  discrepancy among the pipes  with different characteristics on  effect of changing Larson ratio. Iron  release rate was negatively correlated to  chlorine residual and dissolved oxygen concentrations.
2. Accurate iron  release rate model could  be obtained by Genetic  Programming.The relationship revealed by the model accorded to the mechanism of iron release.
3. Sensitivity  analysis   showed  that,   in  most  cases,   the  order  of   degree  of influences  on  iron  release  rate  of  each  model  parameter  is:  Larson  Ratio>  DO> Chlorine Residual, meaning that  regulation of Larson ratio can effectively  control the release of iron in pipe network.
4. Iron release model  combined with multi-species dynamic water quality  model could simulate  the spatio-temporal  patterns of iron  concentrations in  a pipe network and  predict the  effects  of  water sources  changes  on  iron release,  which  supported water quality control plan makings to mitigate the release of iron.
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34360]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
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GB/T 7714
牛铁柱. 水源水质变化条件下铸铁类供水管网铁释放动态模拟[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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