一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及供水管网水质预测，特别是一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着社会经济的迅速发展与人民生活水平的日益提高，水资源已逐渐成为城市进步与发展的限制性因素，而作为城市重要基础设施的供水管网，其安全可靠地运行是人民正常生产生活的最重要保障。

2、供水管网(如管段、部件)的使用寿命以及城镇安全相关的诸多用水设施的性能，不仅受到水力条件的影响，也与供水管网的供水水质息息相关。在供水管网性能评价的研究中，学者们大多着眼于供水管网的水力安全性能，常常忽视了供水管网的水质可靠度问题，当供水管网发生爆管、漏损等水力事故时，影响范围仅局限于事故管段及周边管段。当供水管网某处水质出现异常时，其下游供水管网所有用户都将受到影响。可见，供水管网水质问题与水力相比，影响范围更大，且发生事故后更难处理。

3、由于水在供水管网中的滞留时间越长，水体与管壁微生物等发生物理、化学及生物反应的机会更多，管件及部件的腐蚀风险也随之增大，从而增加了爆管漏损的风险。水龄为水在管网中的滞留时间，是对水质条件变化反映的重要指标。

4、现有供水管网可靠性的分析方法主要可以分为解析法、模拟法、代理指标法3大类。解析法主要包括故障分析法、层次分析法和拓扑可靠性分析法等，通常先利用枚举法选择状态，再通过数学推导的方式计算可靠性；模拟法以蒙特卡罗法、拟蒙特卡罗法为代表，利用静态或者动态水力模拟方法模拟管网系统不同工况条件，分析管网在指定时间内以一定服务水压供给用户所需水量的概率，并按照事先对可靠性的定义计算出供水管网的可靠度；代理指标法是采用简化的数学模型替代复杂的仿真或解析模型，求解出与原仿真分析模型相近的结果，从而减少计算量和计算时间，大幅提高评价分析的效率，该方法主要包括能量熵、流量熵和可恢复力指标法等。

5、上述可靠性分析方法多用于研究有压多环市政供水管网，且以水力可靠性研究为主，并且在对供水管网的研究上常使用解析法和模拟法，而代理指标法鲜有报道。此外，现有文献中有关供水管网的水力可靠性研究多围绕静态水力工况，而较少研究动态水力工况和水质条件，现有供水管网可靠性分析方法难以对供水管网的水质进行有效预测。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法、系统及存储介质，以解决现有供水管网可靠性分析方法难以对供水管网的水质进行有效预测的技术问题。

2、本发明的一个方面在于提供一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法，所述方法包括如下方法步骤：

3、s1、基于实际供水管网建立供水管网模型，其中，所述供水管网模型至少包括，对应实际供水管网的拓扑结构、管道长度，以及管道节点；

4、s2、利用所述供水管网模型模拟实际供水管网的供水，并按照一定的采样时间间隔统计每个管道的流量、每个管道节点的水龄；

5、s3、根据所述供水管网模型统计的每个管道的流量、每个管道节点的水龄，计算不同采样点每个管道节点的水龄熵；

6、s4、按照一定的采样时间间隔检测实际供水管网的每个管道节点水质影响因素，获取不同采样点每个管道节点的水质影响因素；

7、s5、利用步骤s3得到的不同采样点每个管道节点的水龄熵和步骤s4得到的不同采样点每个管道节点的水质影响因素，计算不同采样点每个管道节点的水龄熵-水质影响因素的相关性系数；

8、s6、利用步骤s3得到的不同采样点每个管道节点的水龄熵和步骤s4得到的不同采样点每个管道节点的水质影响因素，拟合每个管道节点的水龄熵-水质影响因素关系曲线；

9、s7、利用所述供水管网模型模拟实际供水管网的供水，并统计某一时间每个管道的流量、每个管道节点的水龄，计算某一时间每个管道节点的水龄熵；

10、利用拟合的每个管道节点的水龄熵-水质影响因素关系曲线和计算得到的某一时间每个管道节点的水龄熵，预测某一时间每个管道节点水质影响因素。

11、在一个优选的实施例中，在步骤s3中，通过如下方法计算不同采样点每个管道节点的水龄熵：

12、

13、其中，si表示一个采样点管道节点i的水龄熵；di表示管道节点i的上游相邻管道节点集合；qxi表示一个采样点管道节点i的上游管道节点x输送到管道节点i的流量，m3/h；txi表示一个采样点管道节点i和管道节点x之间的管道xi的水龄；qi表示一个采样点汇入管道节点i的总流量，m3/h；ti表示一个采样点管道节点i的水龄；sx表示一个采样点管道节点x的水龄熵。

14、在一个优选的实施例中，在步骤s3中，所述方法还包括，引入最大水龄熵指标对计算的不同采样点每个管道节点的水龄熵进行可靠性评价。

15、在一个优选的实施例中，每个管道节点的水龄熵通过如下方法进行可靠性评价：

16、

17、其中，dei表示管道节点i的水龄熵的可靠度；si表示计算的一个采样点管道节点i的水龄熵；si，max表示管道节点i的最大水龄熵指标。

18、在一个优选的实施例中，在步骤s3中，所述方法还包括，利用每个管道节点水龄熵的可靠度，对建立的供水管网模型进行可靠性评价。

19、在一个优选的实施例中，建立的供水管网模型通过如下方法进行可靠性评价：

20、

21、其中，表示建立的供水管网模型的可靠度；i表示建立的供水管网模型中管道节点的数量；dei表示管道节点i的水龄熵的可靠度；wi表示管道节点i的权重系数。

22、在一个优选的实施例中，在步骤s5中，通过如下方法计算不同采样点每个管道节点的水龄熵-水质影响因素的相关性系数：

23、

24、其中，correl(si，yi)表示一个采样点管道节点i的水龄熵-水质影响因素的相关性系数；si表示一个采样点管道节点i的水龄熵；yi表示一个采样点管道节点i的水质影响因素；表示所有采样点管道节点i的水龄熵均值；表示所有采样点管道节点i的水质影响因素均值。

25、在一个优选的实施例中，在步骤s7中，建立风险预警模型，将拟合的每个管道节点的水龄熵-水质影响因素关系曲线嵌入到建立的风险预警模型，并且在所述风险预警模型中设置风险预警值；

26、当预测某一时间某个管道节点水质影响因素超出风险预警值，风险预警模型发出水质风险预警。

27、本发明的另一个方面在于提供一种基于水龄熵预测供水管网水质的系统，所述系统用于执行本发明提供的一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法。

28、本发明的又一个方面在于提供一种计算存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机执行指令，所述计算机执行指令用于执行本发明提供的一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、本发明提出的一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法、系统及存储介质，针对供水管网用水动态变化的特点，将模拟法与代理指标法相结合，基于信息熵的基本思想和水力水质动态模拟方法，在路径流量的基础上引入水龄熵评价指标，并在供水管网检测每个管道节点的水质影响因素(余氯值)，拟合管道节点的水龄熵-水质影响因素关系曲线，从而通过拟合的管道节点的水龄熵-水质影响因素关系曲线预测管道节点水质影响因素，对管网水质风险提供预警，降低水质投诉的发生，保障供水水质安全。

31、本发明提出的一种基于水龄熵预测供水管网水质的方法、系统及存储介质，将水龄熵概念引入到管网水质评价中，以水龄熵预测管网余氯值，对管网水质管理及安全保障具有指导意义，对管网水质风险提供预警，降低水质投诉的发生，保障供水水质安全。