一种灾后饮用水水质评估治理优化方法及系统与流程

本发明涉及水质评估治理优化，尤其涉及一种灾后饮用水水质评估治理优化方法及系统。

背景技术：

1、灾后饮用水供给涉及水源水质评估、应急处理和水源优化配置三个环节。水质评估环节对多个临时取水点或受损水源进行采样检测，获取各类污染物浓度数据；应急处理环节通过电解絮凝、膜过滤等工艺将超标原水净化为达标水；水源配置环节将多个水源按比例混合后统一供应，确保混合后的综合水质符合国家饮用水卫生标准。

2、在现有相关技术中，水质评估环节采用机器学习算法输出水质类别标签和浓度等级；处理设备按额定参数运行；配置环节通过迭代算法将不达标水源与达标水源按比例混合，使混合后各组分达到标准限值。

3、然而，上述方案中评估输出的离散语义标签无法驱动处理设备的连续物理参数设定，反渗透膜等设备运行中因污染物截留导致产水通量逐渐衰减而配置环节将其供给量视为固定上限，各类重金属负荷计算容易失真，各水源单独检测达标但混合后可能发生沉淀反应导致实际水质恶化，且系统缺乏管网水力约束与异常容错机制。

4、综上所述，目前现有技术存在评估、处理、配置三个环节之间的数据无法贯通，导致输出治理方案无法可靠运转。针对上述问题，本发明提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种灾后饮用水水质评估治理优化方法及系统，解决了现有技术中评估、处理、配置三个环节之间的数据无法贯通，重金属与沉淀风险缺乏量化评估，导致输出治理方案无法可靠运转的问题。实现了水质评估结果向运行控制参数的直接转换，处理设备的产水能力随累积截留负荷动态调整，水源混合方案在生成阶段已将离子沉淀风险与管网水力约束纳入统一量纲的规划求解中，提高了供水系统在全链路运行中的可靠性与鲁棒性。

2、本技术实施例提供了一种灾后饮用水水质评估治理优化方法，该方法应用于一种灾后饮用水水质评估治理优化系统中，包括：

3、获取多个饮用水源的水质检测数据，执行数据异常容错清洗后，通过重金属毒性修正的化学需氧量当量规则，将水质检测数据转换为目标污染物的当量负荷序列；

4、获取水处理设备的运行工况数据，根据当量负荷序列和运行工况数据计算区分可逆与不可逆污染的膜过膜阻力，进一步计算水处理设备的动态处理通量折减系数，并在动态处理通量折减系数达到预设反洗阈值时联动执行反洗程序；

5、根据当量负荷序列和动态处理通量折减系数，执行多维状态向量融合，提取水处理设备的运行控制参数，将运行控制参数发送至水处理设备，并根据混合比例反向修正药剂投加频率；

6、从水质检测数据中提取交互敏感离子浓度数据，结合不同沉淀物的危害等级权重，根据交互敏感离子浓度数据构建多水源混合反应干扰矩阵；

7、根据动态处理通量折减系数、多水源混合反应干扰矩阵、管网流量压力约束以及目标用水需求量，执行量纲统一的水资源配置优化求解，生成包含各饮用水源混合比例的数据管理调度指令，并在应急工况下触发应急兜底策略。

8、进一步的，在获取多个饮用水源的水质检测数据，将水质检测数据转换为目标污染物的当量负荷序列中：

9、解析水质检测数据，分离出独立污染物的浓度数值序列；

10、调取预设的污染物当量换算与毒性修正规则表，根据规则分配每个独立污染物的化学需氧量当量系数以及重金属毒性修正系数；

11、根据浓度数值序列、化学需氧量当量系数与重金属毒性修正系数，生成综合当量负荷序列。

12、进一步的，在生成当量负荷序列中：

13、对水质检测数据执行三倍标准差滤波以剔除传感器异常值，若存在缺失值则采用滑动中位数进行填充；

14、根据水质检测数据的采样时间戳，将独立污染物的浓度数值序列进行时序对齐；

15、根据水质波动剧烈程度自适应调整滑动窗口步长；

16、按照时间滑动窗口聚合对齐后的浓度数值序列与对应污染物的化学需氧量当量系数及重金属毒性修正系数的乘积总和，输出时间滑动窗口内的当量负荷序列。

17、进一步的，在获取水处理设备的运行工况数据，根据当量负荷序列和运行工况数据计算水处理设备的动态处理通量折减系数中：

18、从运行工况数据中提取水处理设备的当前膜前压力数值和当前进水流量数值；

19、计算当量负荷序列在历史运行周期内的时间积分值，得到累积截留负荷量；

20、将当前实际过膜阻力分解为初始洁净膜阻力、可逆污染阻力与不可逆污染阻力，将当前膜前压力数值、当前进水流量数值与累积截留负荷量代入预设的膜污染衰减模型，计算得出动态处理通量折减系数；

21、当动态处理通量折减系数小于或等于预设的水力反洗阈值时，触发水力冲洗，当水力冲洗后通量未恢复至设定范围时触发化学反洗。

22、进一步的，在将当前膜前压力数值、当前进水流量数值与累积截留负荷量代入预设的膜污染衰减模型，计算得出动态处理通量折减系数中：

23、根据当前膜前压力数值和当前进水流量数值及当前水温下的流体粘度，基于达西过滤定律计算当前实际过膜阻力数值；

24、计算当前实际过膜阻力数值与初始洁净膜阻力数值的差值比例；

25、根据差值比例与累积截留负荷量的非线性拟合关系输出动态处理通量折减系数。

26、进一步的，在根据当量负荷序列和动态处理通量折减系数，提取水处理设备的运行控制参数中：

27、将当量负荷序列与动态处理通量折减系数进行多维状态向量融合，生成多维工况状态向量；

28、在预设的二维控制映射表中检索与当前多维工况状态向量欧氏距离最小的参考坐标；

29、提取参考坐标对应的设备工作电压数值和药剂投加频率数值作为运行控制参数，并在优化得到各饮用水源混合比例后，根据实际混合流量对药剂投加频率进行反向修正。

30、进一步的，在从水质检测数据中提取交互敏感离子浓度数据，根据交互敏感离子浓度数据构建多水源混合反应干扰矩阵中：

31、识别水质检测数据中的金属阳离子浓度数值和酸根阴离子浓度数值作为交互敏感离子浓度数据；

32、针对任意两个不同的饮用水源，计算其中金属阳离子与另一水源中酸根阴离子交叉组合的离子积数值；

33、从预置数据库中获取对应沉淀物的溶度积常数及沉淀物危害等级权重，比对离子积数值与溶度积常数，将比对结果映射为多水源混合反应干扰矩阵中的干预权重值：

34、当所述离子积数值大于所述溶度积常数时，将超出部分的对数值乘以所述沉淀物危害等级权重，转换为正向的干预权重值；

35、当所述离子积数值小于或者等于所述溶度积常数时，将干预权重值赋值为零；

36、将所有水源两两交叉混合的干预权重值组合为对称的多水源混合反应干扰矩阵。

37、进一步的，在根据动态处理通量折减系数、多水源混合反应干扰矩阵以及目标用水需求量，执行水资源配置优化，生成包含各饮用水源混合比例的数据管理调度指令中：

38、以最大化所有饮用水源在相对余量归一化后的水质安全裕度为目标函数；

39、将动态处理通量折减系数与各个处理设备的额定产水量的乘积作为各水源的供给量上限约束；

40、将管网最大允许流量与管网节点水力压力范围作为管网水力约束条件；

41、将多水源混合反应干扰矩阵与各饮用水源混合比例的二次型乘积乘以动态惩罚系数作为无量纲混合惩罚约束纳入目标函数进行规划求解，输出满足目标用水需求量且使得目标函数最大化的各个饮用水源混合比例；

42、在离线或故障工况下触发应急兜底策略，切断故障水源并重新分配其余水源比例。

43、进一步的，在以最大化所有饮用水源的水质安全裕度为目标函数中：

44、计算所有饮用水源按照设定的混合比例混合后的混合预期浓度数值；

45、计算国家标准限值与混合预期浓度数值的差值，并除以国家标准限值得到无量纲相对余量；

46、将所述无量纲相对余量与由世界卫生组织健康指导值倒数换算得出的各个污染物的健康危害权重数值相乘并求和，减去无量纲沉淀惩罚项，得到表征水质安全裕度的目标函数。

47、本技术实施例提供了一种灾后饮用水水质评估治理优化系统，用于实现一种灾后饮用水水质评估治理优化方法，包括：当量转化计算模块、通量折减计算模块、控制参数提取模块、干扰矩阵构建模块、水源调配优化模块；

48、其中，所述当量转化计算模块，用于获取多个饮用水源的水质检测数据，执行清洗后将水质检测数据转换为重金属毒性修正后的目标污染物的当量负荷序列；

49、所述通量折减计算模块，用于获取水处理设备的运行工况数据，根据当量负荷序列和运行工况数据计算水处理设备的动态处理通量折减系数，并联动反洗控制；

50、所述控制参数提取模块，用于根据当量负荷序列和动态处理通量折减系数，执行多维状态向量融合后提取水处理设备的运行控制参数，并实现配水反向修正；

51、所述干扰矩阵构建模块，用于从水质检测数据中提取交互敏感离子浓度数据，结合沉淀危害等级权重构建多水源混合反应干扰矩阵；

52、所述水源调配优化模块，用于根据动态处理通量折减系数、多水源混合反应干扰矩阵、管网水力约束以及目标用水需求量，执行水资源配置优化，生成包含各饮用水源混合比例的数据管理调度指令及应急兜底调度指令。

53、本技术提供的一种灾后饮用水水质评估治理优化方法及系统，通过获取多个饮用水源的水质检测数据，将水质检测数据通过化学需氧量当量系数换算为目标污染物的当量负荷序列；获取水处理设备的运行工况数据，根据当量负荷序列和运行工况数据计算水处理设备的动态处理通量折减系数；根据当量负荷序列和动态处理通量折减系数，提取水处理设备的运行控制参数，将运行控制参数发送至水处理设备；从水质检测数据中提取交互敏感离子浓度数据，根据交互敏感离子浓度数据构建多水源混合反应干扰矩阵；根据动态处理通量折减系数、多水源混合反应干扰矩阵以及目标用水需求量，执行水资源配置优化，生成包含各饮用水源混合比例的数据管理调度指令。

54、在该过程中，水质检测数据中的各类污染物浓度经化学需氧量当量系数换算后收敛为统一的连续型当量负荷序列，该序列作为中间数值变量直接参与运行控制参数的提取和通量折减系数的计算，克服了传统评估方法因输出形式与处理侧需求不匹配而无法直接驱动设备的缺陷。

55、进一步的，在计算动态处理通量折减系数时，以当量负荷序列在历史运行周期内的时间积分值表征设备累积截留负荷量，将当前膜前压力和当前进水流量代入膜污染衰减模型计算通量折减系数，能够准确反映设备当前的实际产水能力；配置优化环节将该系数与额定产水量的乘积作为各水源的供给量上限，避免了因采用恒定额定值导致配置方案超出设备实际处理能力的供水风险。

56、更进一步的，配置阶段从水质检测数据中提取金属阳离子和酸根阴离子浓度，计算任意两个水源交叉组合的离子积数值，将离子积数值与标准热力学数据库中溶度积常数比对，在离子积大于溶度积时以超出部分的对数值作为干预权重值，并将其作为惩罚项参与配置优化的目标函数计算，使优化求解器在迭代中自动规避高沉淀风险的水源组合；同步结合通量折减系数作为供给上限约束，求解输出包含各水源混合比例和设备控制参数的调度指令，实现了供水调度系统对多水源水质与处理设备的直接、安全控制。