基于EPANET的城市供水管网水质模拟研究

       目前我国水厂常用的消毒剂为氯，为尽可能维持管网水质，出厂水中需要保持一定的余氯浓度，一方面是为了抑制水中细菌的繁殖，另一方面是为了防止水在输送过程中受到二次污染，所以，我国生活饮用水卫生标准规定管网末梢水中余氯浓度不得低于0.05mg/L。鉴于供水管网如同一个大型的“反应器”，水在其中进行各种物理、化学及生物反应，这些反应一方面会造成管网管道的腐蚀，导致管网中水质产生变化，势必会造成一系列的供水安全问题。

       理论上来说余氯在供水管网中的消耗分为两个过程，即主体水中余氯的衰减和在管壁生长环的消耗，两种反应受水温、管径、管材、管内生物膜及出厂水质等影响较明显。本文介绍了供水管网余氯衰减动力学模型的建立原理，应用EPANET建立了真实供水管网余氯的衰减模型，并对该水质模型进行验证，得到整个供水管网各个节点余氯浓度的水质模型。

1 水质模型原理

1.1 主流区反应

       在EPANET中水质求解器的控制方程组是基于质量守恒原理和反应动力学，模拟具有n级反应动力学的主流区水体反应，其中反应的瞬时速率(R以质量/容积/时间计)假设依赖于浓度，即

R = KbCn            

       式中 R—浓度反应的瞬时速率；

       Kb—主流区反应速率系数；

       C—反应剂浓度(质量/容积)；

       n—反应级数，对于生成反应该值为正，衰减反应该值为负。

1.2 管壁处反应

       靠近管壁处的水质反应速率，可认为取决于主流区的浓度，采用以下公式

R = (A /V) Kw Cn      

       式中Kw—管壁反应速率系数；

       (A/V)—管道内单位容积的表面积。

       在EPANET中将供水管道中余氯模型处理为一级衰减反应，即n=1，Kb<0，Kw <0。节点水龄变化当作随时间增长的反应物质来计算，遵循零阶反应动力学方程，反应速度常数为1，等价于线性增长，即n=0，Kb­=1，Kw =0。

2南方某城市实际供水管网水质分析

       EPANET为美国环保署发布的用于水力水质模拟计算的模块，该软件除了可真实模拟水在管网中的压力，流量等水力参数，还可以提供水质模拟的功能。通常在进行水质模拟的同时需要先建立可靠度和稳定度较高的水力模型。

       图1为某一时刻管网中的余氯浓度的分布情况。

3 结论

       （1）利用EPANET建立了南方某城市供水管网动态余氯衰减模型，精度满足要求，得到较好的模拟结果，可以了解整个供水管网的节点余氯浓度。

       （2）应用EPANET水力模型 ，可将模拟水质和实测水质进行比较，判断管网出现问题 的原因，进行修改 、优化管网，及时了解水质的变化清况，提高供水安全性。