CN110010209A - 一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，包括：步骤一，统计分析得到二次供水储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律；步骤二，计算某一时刻进入二次供水储水设备的自来水在其中的停留时间；步骤三，计算某一时刻进入二次供水储水设备的自来水相应的出口余氯浓度。本发明解决了根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应出口余氯浓度的难题，主要用于指导二次供水储水设备水质安全管理。

Description

一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法

技术领域

本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，具体涉及一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法。

背景技术

目前我国城市生活饮用水(俗称自来水)的消毒绝大多数都是采用氯消毒法。氯消毒法的突出优点是余氯具有持续的消毒作用，余氯系指用氯消毒时，加氯接触一定时间后，水中所剩余的氯量。在自来水管网系统中保持足够的余氯浓度就能保证自来水中的微生物被控制在合格范围内，因此余氯是生活饮用水水质的关键性指标之一，在国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中明确规定在管网末梢水中余氯浓度必须大于等于0.05mg/L。

余氯浓度随时间的推移会逐步衰减，其在供水管网系统中的衰减规律得到了较为深入的研究，目前最常用的供水管网系统余氯浓度衰减模型是一级反应模型，其具体公式是：C_t＝C₀·e^-k·t，式中C₀为供水管网系统中自来水期初的余氯浓度，t为自来水在供水管网系统中的停留时间，C_t为自来水在经过停留时间t衰减后的余氯浓度，e为自然常数，k为衰减系数，对于同一段供水管网系统k为常数，可以通过在给定条件下检测得到的有关数据计算得到。现有余氯浓度衰减模型总结出了在供水管网系统中余氯浓度随时间而衰减的规律，但没有给出自来水在供水管网系统中停留时间的计算方法，通常都是采取给定停留时间来计算余氯浓度的衰减。

二次供水是指当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式。二次供水储水设备(以下简称储水设备)作为供水管网系统的一部分，位于供水管网系统的末端，是保障生活饮用水余氯浓度符合安全标准的最后一道关口，根据储水设备进口余氯浓度准确计算其出口余氯浓度对于指导储水设备水质安全管理有着重要的意义，但是由于不同时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间是不断变化且变化显著的，因此在停留时间不确定的情况下不能根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应的出口余氯浓度。若仍使用上述给定停留时间的方法来计算余氯浓度的衰减，则计算结果误差极大，不能准确判断储水设备提供给用户的自来水是否合格。

发明内容

本发明的目的是：通过提出一种自来水在储水设备中停留时间的计算方法，从而解决根据储水设备进口余氯浓度准确计算其相应出口余氯浓度的难题，进而能够在计算结果显示储水设备出口余氯浓度低于安全标准时，提前对进入储水设备的自来水采取必要且精准的措施，以保证给用户提供合格的自来水。

本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法的技术方案包括以下步骤：

步骤一：统计分析储水设备出口流量的历史数据，得到储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律；

步骤二：根据步骤一得到的储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律，结合实时检测得到的储水设备存留水量，计算出在某一时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间；

步骤三：根据步骤二计算出的在某一时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间，结合实时检测得到的储水设备进口余氯浓度，使用供水管网系统余氯浓度衰减模型，计算出在某一时刻进入储水设备的自来水相应的出口余氯浓度。

本发明的工作原理在于，尽管不同时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间是不断变化的，但是这个变化却是有一定规律的，与储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律密切相关。通过对储水设备出口流量历史数据的统计分析得到储水设备出口流量的变化规律，然后利用数学公式计算出不同时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间，从而解决根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应出口余氯浓度的难题。

本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法的有益效果：由于解决了根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应出口余氯浓度的难题，从而能够在自来水刚进入储水设备时就准确计算出其相应的出口余氯浓度，进而能够在计算结果显示储水设备出口余氯浓度低于安全标准时，提前对进入储水设备的自来水采取必要且精准的措施，以保证给用户提供合格的自来水。

附图说明

图1为本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法的工作流程图；

图2为本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法统计分析得到的储水设备出口流量在一天不同时间段的变化图；

图3为本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法在D₀那天检测得到的不同时刻储水设备存留水量的变化图；

图4为本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法在D₀那天不同时刻进入储水设备的自来水在其中停留时间的变化图；

图5为本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法在D₀那天检测得到的不同时刻储水设备进口余氯浓度的变化图和计算得到的相应出口余氯浓度的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，包括如下步骤：

步骤一：统计分析储水设备出口流量的历史数据，得到储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律；

步骤二：根据步骤一得到的储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律，结合实时检测得到的储水设备存留水量，计算出在某一时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间；

步骤三：根据步骤二计算出的在某一时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间，结合实时检测得到的储水设备进口余氯浓度，使用供水管网系统余氯浓度衰减模型计算出在某一时刻进入储水设备的自来水相应的出口余氯浓度。

本发明的工作原理在于，尽管不同时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间是不断变化的，但是这个变化却是有一定规律的，与储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律密切相关。通过对储水设备出口流量历史数据的统计分析得到储水设备出口流量的变化规律，然后利用数学公式计算出不同时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间，从而解决根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应出口余氯浓度的难题。

本发明一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法的有益效果：由于解决了根据储水设备进口余氯浓度准确计算相应出口余氯浓度的难题，从而能够在自来水刚进入储水设备时就准确计算出其相应的出口余氯浓度，进而能够在计算结果显示储水设备出口余氯浓度低于安全标准时，提前对进入储水设备的自来水采取必要且精准的措施，以保证给用户提供合格的自来水。

其中步骤一具体的实施方式如下：

其中T与i的关系为：

式中表示所有在i时间段检测得到的储水设备出口流量的算数平均值，单位为L/min，i表示一天内的各个时间段；表示检测得到的储水设备出口流量，通过安装在储水设备出口处的流量计检测得到，每分钟采集一个数据，单位为L/min，其中DT表示日期为D那天的T时刻，简称DT时刻，T从一天的零时开始计算直到一天的最后一刻，单位为min，a表示在某一时间段检测得到的储水设备出口流量的顺序数；1440表示一天的总时长，单位为min，24表示将一天平均分为24个时间段，60表示时间段的时长，单位为min；本实施例取用过去连续30天的检测数据进行计算，由于每个时间段每天采集60个检测数据，则每个时间段30天测得的储水设备出口流量总个数为1800个；“[]”为高斯函数，又称取整函数；计算出的体现了储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律，结果如图2所示。

其中步骤二具体的实施方式如下：

设则：

1)当时：

2)当且时：

3)当且时：

其中r的计算方法如下：

A.从j＝1开始依次增加1计算W_j和W_(j+1)：

B.将W_j和W_(j+1)与比较：

当且时，计算下一组并比较；

直到当且时，r＝j

其中K的计算方法如下：

以上公式中i、[]的含义同前；1440表示一天的总时长，单位为min，24表示将一天平均分为24个时间段，60表示时间段的时长，单位为min；mod是求余运算符，例如A mod B表示A除以B的余数；表示在D₀T₀时刻进入储水设备的自来水在其中的停留时间，单位为min，其中D₀T₀表示日期为D₀那天的T₀时刻，简称D₀T₀时刻，T₀的定义同前述T的定义，单位为min；表示在D₀T₀时刻的储水设备存留水量，储水设备存留水量指储水设备某一时刻存留自来水的总体积，通过安装在储水设备内的水量检测设备检测得到，每分钟采集一个数据，单位为L，如图3为D₀那天检测得到的不同时刻储水设备存留水量的变化图；b表示计算W_j时j的顺序数；H、r、K、W_j、W_(j+1)是计算过程中为了方便描述而设定的代数式，其定义就是等号后的计算式；W_r表示r＝j时的W_j值；的计算结果按四舍五入取整。如图4是通过以上公式计算得到的在D₀那天不同时刻进入储水设备的自来水在其中停留时间的变化图。

其中步骤三具体的实施方式如下：

其中：

以上公式中mod、[]的含义同前；1440为一天的总时长，单位为min；0.000538为衰减系数，通过在给定条件下测得的储水设备有关数据计算得到；e为自然常数；表示在D₀T₀时刻进入储水设备自来水的进口余氯浓度，通过安装在储水设备进口处的余氯分析仪检测得到，每分钟采集一个数据，单位为mg/L；表示在D₀T₀时刻进入储水设备自来水流动到出口时的出口余氯浓度，单位为mg/L，D_xT_y表示在D₀T₀时刻进入储水设备的自来水流动到出口时的确切时刻；如图5是在D₀那天检测得到的不同时刻储水设备进口余氯浓度的变化图和计算得到的相应的出口余氯浓度的变化图。公式(10)、(11)、(12)是为了将自来水流到储水设备出口时的时刻转换为本发明统一的日期时刻表示格式，以方便确定其确切时刻；比如，在D₀当天1140min时刻进入储水设备的自来水，根据步骤一和步骤二计算得到其在储水设备中的停留时间为670min，根据公式(11)和公式(12)得到：D_x＝D₀+1，T_y＝370。这表示在D₀T₀时刻进入储水设备的自来水流动到储水设备出口时的确切时刻为D₀后一天的370min时刻。

本实施方案储水设备中的自来水按照进入储水设备时间的先后顺序流出储水设备出口。以确保自来水在储水设备中的停留时间便于计算。

Claims (5)

1.一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，其特征在于，该计算方法具体包括以下步骤：

步骤一：统计分析得到二次供水储水设备出口流量在一天内各个时间段的变化规律；

步骤二：计算某一时刻进入二次供水储水设备的自来水在其中的停留时间；

步骤三：计算某一时刻进入二次供水储水设备的自来水相应的出口余氯浓度。

2.如权利要求1所述的一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，其特征在于，步骤一包括：二次供水储水设备出口流量在一天内各个时间段变化规律的计算公式如下：

其中T与i的关系为：

以上公式中表示所有在i时间段检测得到的二次供水储水设备出口流量的算数平均值，i表示一天内的各个时间段；表示检测得到的二次供水储水设备出口流量，其中DT表示日期为D那天的T时刻，简称DT时刻，T从一天的零时开始计算直到一天的最后一刻，a表示在某一时间段检测得到的二次供水储水设备出口流量的顺序数；A_i表示在过去若干天内i时间段测得的二次供水储水设备出口流量的总个数；M表示一天的总时长，n表示将一天平均分成n个时间段，M/n表示时间段的时长；“[]”为高斯函数。

3.如权利要求2所述的一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，其特征在于，步骤二包括：在某一时刻进入二次供水储水设备的自来水在其中停留时间的计算公式如下：

设则：

1)当时：

2)当且时：

3)当且时：

公式中r的计算方法如下：

A.从j＝1开始依次增加1计算W_j和W_(j+1)：

将W_j和W_(j+1)与比较：

当且时，计算下一组并比较；

直到当且时，r＝j

公式中K的计算方法如下：

以上公式中i、M、n、M/n、[]的含义与权利要求2的注释相同；mod是求余运算符；表示在D₀T₀时刻进入二次供水储水设备的自来水在其中的停留时间，其中D₀T₀表示日期为D₀那天的T₀时刻，简称D₀T₀时刻，T₀的定义同前述T的定义；表示在D₀T₀时刻的二次供水储水设备存留水量；b表示计算W_j时j的顺序数；H、r、K、W_j、W_(j+1)是计算过程中为了方便描述而设定的代数式，其定义就是等号后的计算式；W_r表示r＝j时的W_j值。

4.如权利要求3所述的一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，其特征在于，步骤三包括：在某一时刻进入储水设备的自来水相应出口余氯浓度的计算公式如下：

其中：

以上公式中D₀T₀、M、[]、mod的含义与权利要求2或3的注释相同；k为衰减系数，通过在给定条件下检测得到的有关数据计算得到；e为自然常数；表示在D₀T₀时刻进入二次供水储水设备自来水的进口余氯浓度；表示在D₀T₀时刻进入二次供水储水设备的自来水流动到出口时的出口余氯浓度；公式(10)、(11)、(12)是为了将自来水流到储水设备出口时的时刻转换为本发明统一的日期时刻表示格式，以方便确定其确切时刻。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种二次供水储水设备出口余氯浓度的计算方法，其特征在于，二次供水储水设备中的自来水按照进入二次供水储水设备时间的先后顺序流出二次供水储水设备出口。