基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法，其特征在于，包括：统计小区及居民室内配水管网的基础信息，并根据所述基础信息配置小区及居民室内配水管网的拓扑结构；所述基础信息包括居民小区入口节点的标高、压力、室内配水管网各个节点的标高、管道的管径、管长以及管道摩阻系数；基于所述小区及居民室内配水管网的拓扑结构，采用居民用户随机用水模式模拟每一户居民的用水流量变化曲线；根据所述基础信息以及所述用水流量变化曲线构建小区及室内配水管网水力模型；统计居民小区入口节点的水质信息，将所述水质信息代入至所述小区及室内配水管网水力模型，构建小区及室内配水管网水质模型；根据所述小区及室内配水管网水质模型模拟小区及室内配水管网的水质变化。2.根据权利要求1所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法，其特征在于，所述根据所述基础信息以及所述用水流量变化曲线构建小区及室内配水管网水力模型，具体包括：依据所述用水流量变化曲线，按照质量守恒定律，保持流入节点及流出节点的流量平衡，确定各个节点的流量连续性方程；结合所述基础信息，按照能量守恒原理，确定不同时间、不同管段的水头损失方程；求解所有节点的流量连续性方程以及水头损失方程，并采用梯度方法更新节点水头以及管段流量进行管网水力平差，构建小区及室内配水管网水力模型。3.根据权利要求2所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法，其特征在于，所述流量连续性方程为：其中，q
i
为与节点j相连的管段i流量，水流通过管段i流入节点j时，所述流量为正，水流通过管段i流出节点j时，所述流量为负；s
j
为与节点j相连的管段集合；q
j
为从节点j流入或流出管网的流量，流入时，所述流量为负，流出时，所述流量为正；所述水头损失方程为：其中，f
i
和为管段i的起点编号和起点节点水头；t
i
和为管段i的终点编号和终点节点水头；h
i
为管段i的水头损失；r为沿程水头损失系数；m为局部损失系数；n为流量指数。4.根据权利要求1所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法，其特征在于，所述统计居民小区入口节点的水质信息，将所述水质信息代入至所述小区及室内配水管网水力模型，构建小区及室内配水管网水质模型，具体包括：确定所述水质信息中水质组分沿着输配管道流动在节点混合的方式，并以完全混合的方式模拟水流在节点处的混合过程；所述水质信息包括水龄以及余氯，所述水龄为水在管网中的停留时间；确定所述水质组分在水相与管壁上发生化学反应的反应动力学方程；根据所述混合过程以及所述反应动力学方程，结合所述小区及室内配水管网水力模型模拟的水力信息，基于拉格朗日方法模拟水从小区入口沿着输配管道流动时水质的离散变化，构建小区及室内配水管网水质模型；所述水质的离散变化包括基本迁移、节点混合以及
在水体与管壁上发生水质反应的过程。5.根据权利要求4所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法，其特征在于，所述小区及室内配水管网水质模型为：其中，c
i
(x,t)为管段i中物质的浓度，x为距离，t为时间；u
i
为管段i中的流速；r[c
i
(x,t)]为反应物的反应速率表达式。6.一种基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟系统，其特征在于，包括：拓扑结构配置模块，用于统计小区及居民室内配水管网的基础信息，并根据所述基础信息配置小区及居民室内配水管网的拓扑结构；所述基础信息包括居民小区入口节点的标高、压力、室内配水管网各个节点的标高、管道的管径、管长以及管道摩阻系数；用水流量变化曲线模拟模块，用于基于所述小区及居民室内配水管网的拓扑结构，采用居民用户随机用水模式模拟每一户居民的用水流量变化曲线；小区及室内配水管网水力模型构建模块，用于根据所述基础信息以及所述用水流量变化曲线构建小区及室内配水管网水力模型；小区及室内配水管网水质模型构建模块，用于统计居民小区入口节点的水质信息，将所述水质信息代入至所述小区及室内配水管网水力模型，构建小区及室内配水管网水质模型；水质变化模拟模块，用于根据所述小区及室内配水管网水质模型模拟小区及室内配水管网的水质变化。7.根据权利要求6所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟系统，其特征在于，所述小区及室内配水管网水力模型构建模块，具体包括：流量连续性方程确定单元，用于依据所述用水流量变化曲线，按照质量守恒定律，保持流入节点及流出节点的流量平衡，确定各个节点的流量连续性方程；水头损失方程确定单元，用于结合所述基础信息，按照能量守恒原理，确定不同时间、不同管段的水头损失方程；小区及室内配水管网水力模型构建单元，用于求解所有节点的流量连续性方程以及水头损失方程，并采用梯度方法更新节点水头以及管段流量进行管网水力平差，构建小区及室内配水管网水力模型。8.根据权利要求7所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟系统，其特征在于，所述流量连续性方程为：其中，q
i
为与节点j相连的管段i流量，水流通过管段i流入节点j时，所述流量为正，水流通过管段i流出节点j时，所述流量为负；s
j
为与节点j相连的管段集合；q
j
为从节点j流入或流出管网的流量，流入时，所述流量为负，流出时，所述流量为正；所述水头损失方程为：其中，f
i
和为管段i的起点编号和起点节点水头；t
i
和为管段i的终点编号和终点节点水头；h
i
为管段i的水头损失；r为沿程水头损失系数；m为局部损失系数；n为流量指数。9.根据权利要求6所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟系统，其特征在
于，所述小区及室内配水管网水质模型构建模块，具体包括：混合过程确定单元，用于确定所述水质信息中水质组分沿着输配管道流动在节点混合的方式，并以完全混合的方式模拟水流在节点处的混合过程；所述水质信息包括水龄以及余氯，所述水龄为水在管网中的停留时间；反应动力学方程确定单元，用于确定所述水质组分在水相与管壁上发生化学反应的反应动力学方程；小区及室内配水管网水质模型构建单元，用于根据所述混合过程以及所述反应动力学方程，结合所述小区及室内配水管网水力模型模拟的水力信息，基于拉格朗日方法模拟水从小区入口沿着输配管道流动时水质的离散变化，构建小区及室内配水管网水质模型；所述水质的离散变化包括基本迁移、节点混合以及在水体与管壁上发生水质反应的过程。10.根据权利要求9所述的基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟系统，其特征在于，所述小区及室内配水管网水质模型为：其中，c
i
(x,t)为管段i中物质的浓度，x为距离，t为时间；u
i
为管段i中的流速；r[c
i
(x,t)]为反应物的反应速率表达式。

技术总结
本发明提供了一种基于居民随机用水模式的小区龙头水质模拟方法及系统。该方法包括：统计小区及居民室内配水管网的基础信息，并根据所述基础信息配置小区及居民室内配水管网的拓扑结构；基于所述小区及居民室内配水管网的拓扑结构，采用居民用户随机用水模式模拟每一户居民的用水流量变化曲线；根据所述基础信息以及所述用水流量变化曲线构建小区及室内配水管网水力模型；统计居民小区入口节点的水质信息，将所述水质信息代入至所述小区及室内配水管网水力模型，构建小区及室内配水管网水质模型；根据所述小区及室内配水管网水质模型模拟小区及室内配水管网的水质变化。本发明能够预测小区级管网及室内配水管网的水质变化。够预测小区级管网及室内配水管网的水质变化。够预测小区级管网及室内配水管网的水质变化。


技术研发人员：强志民 林晓丹 徐强 张佳欣 李玉仙 王敏 赵蓓
受保护的技术使用者：北京市自来水集团有限责任公司技术研究院
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/10/26