陳超

摘 要：本文介紹了基于水質(zhì)安全的二次加氯二級動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型。第一級為加氯點(diǎn)選址優(yōu)化，以滿足管網(wǎng)余氯覆蓋條件下加氯點(diǎn)數(shù)最少。第二級為加氯量優(yōu)化，在一級優(yōu)化選址結(jié)果的基礎(chǔ)上建立基于“余氯理想濃度”的加氯量優(yōu)化模型，使管網(wǎng)中的余氯分布在滿足濃度要求的前提下盡可能均勻，加氯量盡可能少。

關(guān)鍵詞：二次加氯 整數(shù)規(guī)劃 二級優(yōu)化模型

1 城市輸配水管網(wǎng)水質(zhì)現(xiàn)狀

城市給水管網(wǎng)水質(zhì)二次污染的來源主要為兩個(gè)方面：管材與內(nèi)表面特征（如防腐處理等）、水本身的不穩(wěn)定性（如有機(jī)物含量與類型等）。目前常用的控制管網(wǎng)內(nèi)細(xì)菌繁殖的方法是保持管網(wǎng)內(nèi)具有一定的消毒劑余量，使消毒劑在管網(wǎng)中持續(xù)殺菌。以氯消毒為例，氯具有很強(qiáng)的殺滅細(xì)菌的作用，有實(shí)驗(yàn)表明，水中的余氯濃度與細(xì)菌總數(shù)呈負(fù)相關(guān)。因此，保持一定濃度的消毒劑余量能有效控制管網(wǎng)水質(zhì)。此外，減少水在管網(wǎng)中的停留時(shí)間也能緩解水質(zhì)的二次污染。

2 二級優(yōu)化-加氯量優(yōu)化模型

2.1.1模型基本形式

模型的主要思想來源于Bocceli等人在1998年提出的“二次加氯設(shè)計(jì)算法”。模型基本形式如下：

2.1.2 二次加氯優(yōu)化的模型改進(jìn)

2.1.2.1對模型基本形式的改進(jìn)

（1）以加氯濃度表示加氯速率：即將取為濃度常數(shù)，單位為mg/L。相應(yīng)地，反應(yīng)影響系數(shù)代表的也是加氯點(diǎn)加氯濃度對監(jiān)測點(diǎn)余氯濃度的影響程度。這里假設(shè)加氯操作是連續(xù)的，具體的加氯量只與流出加氯點(diǎn)的水量有關(guān)。

（2）從保障水質(zhì)安全的角度出發(fā)，引入管網(wǎng)“理想濃度”參數(shù)c*：以管網(wǎng)水質(zhì)穩(wěn)定后的余氯濃度趨向于理想濃度c*為優(yōu)化目標(biāo)，用最小二乘法計(jì)算管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)余氯濃度對理想濃度c*的接近程度，改進(jìn)后的目標(biāo)函數(shù)為：

將上式代替上面的目標(biāo)函數(shù)，即得到初步改進(jìn)后的二次加氯優(yōu)化模型，稱為“普通加氯量優(yōu)化模型”。

（3）引入管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)權(quán)重因子：根據(jù)Propato等人在2004年提出的“用水節(jié)點(diǎn)權(quán)重賦值”思想，加氯量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)式（3.18）還可進(jìn)一步寫成如下形式：

反映各節(jié)點(diǎn)在各時(shí)段不同的重要性，將上式聯(lián)合改進(jìn)的目標(biāo)函數(shù)公式，則得到進(jìn)一步改進(jìn)后的二次加氯優(yōu)化模型，稱為“用水量權(quán)重加氯量優(yōu)化模型”，式中各項(xiàng)意義同上：

3 結(jié)論

本文對城市輸配水管網(wǎng)的二次加氯優(yōu)化模型進(jìn)行了研究。在保證水質(zhì)安全的基礎(chǔ)上使加氯成本盡可能小也是二次加氯的間接目標(biāo)。提出的二次加氯優(yōu)化采用二級優(yōu)化模型。第一級為加氯點(diǎn)的優(yōu)化選址，采用了最大集覆蓋模型，用最少的加氯點(diǎn)覆蓋盡可能多的管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，引入了余氯覆蓋集、反應(yīng)影響系數(shù)等概念，用貪婪算法結(jié)合編程求解。第二級優(yōu)化在第一級選址優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行加氯量的優(yōu)化，引入了理想余氯濃度、用水量權(quán)重因子等概念，針對不同規(guī)模和特征的管網(wǎng)提出了“普通加氯量優(yōu)化模型”和“用水量權(quán)重加氯量優(yōu)化模型”。

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