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農(nóng)村飲水安全監(jiān)控系統(tǒng)
地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)是水資源保護(hù)工作的重點(diǎn)任務(wù)，是預(yù)防污染，水質(zhì)預(yù)警重要的手段之一。通過自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行無人值守實(shí)時(shí)監(jiān)控，并利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握水質(zhì)狀況和動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。該項(xiàng)目體現(xiàn)了水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段的科學(xué)化和現(xiàn)代化，對(duì)環(huán)境保護(hù)決策部門及時(shí)做出有效的水污染防治和管理等方面均具有重要的意義。
1、排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的目的
對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的主要包括兩大類，一類是及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，輔助城市內(nèi)澇或排水管網(wǎng)溢流時(shí)間的預(yù)警預(yù)報(bào)，第二類是積累排水管網(wǎng)的長期動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，用于城市排水管網(wǎng)運(yùn)行情況的評(píng)估與診斷。針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)目的，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置時(shí)會(huì)有不同的側(cè)重。
1.1以城市內(nèi)澇預(yù)警為目的
受近年來氣候變化的影響，暴雨的頻率及強(qiáng)度呈顯著增加的趨勢(shì)，城市化背景下，硬質(zhì)化地面的比例不斷提升，使得“逢雨必澇”“逢暴雨必癱”“城市看海”成為常態(tài)，對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則可以隨時(shí)了解城市各區(qū)域的積水情況，從而能進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，確保城市居民的生命及財(cái)產(chǎn)安全。但監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如果布設(shè)不夠合理，不僅會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作前功盡棄、浪費(fèi)人力物力，還會(huì)對(duì)城市內(nèi)澇管理及決策起到錯(cuò)誤導(dǎo)向。
以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為目的對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，主要關(guān)注水量方面的信息，以監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)液位和流量為主。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置時(shí)主要考慮的原則包括：根據(jù)歷史暴雨中實(shí)際內(nèi)澇情況對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置進(jìn)行整體統(tǒng)一規(guī)劃，保障代表性和均勻性;以現(xiàn)有排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，在相對(duì)標(biāo)高較高且確定不發(fā)生內(nèi)澇的地段可適當(dāng)減少布點(diǎn)，而在重點(diǎn)路段和內(nèi)澇嚴(yán)重區(qū)域加強(qiáng)監(jiān)測(cè);監(jiān)測(cè)設(shè)備可安裝在內(nèi)澇點(diǎn)路邊和附近檢查井內(nèi)。
1.2以了解排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)為目的
在城市“智慧排水”概念提出后，對(duì)排水管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)已不僅局限于暴雨時(shí)期對(duì)城市內(nèi)澇的預(yù)警，而是將排水管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)常態(tài)化，在管網(wǎng)中選擇代表性的節(jié)點(diǎn)，通過監(jiān)測(cè)這些節(jié)點(diǎn)的情況，盡可能全面掌握整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。為全面了解管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，不僅需要關(guān)注水量方面的信息，還需要綜合考慮水質(zhì)情況。
目前我國大部分城市缺少長時(shí)間的排水管網(wǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不能客觀分析排水管網(wǎng)的入流入滲情況，不能定量化分析雨污混流比例，不能客觀分析污水廠進(jìn)水濃度低的癥結(jié)所在。對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，可為排水管網(wǎng)評(píng)估診斷及污水廠運(yùn)行能力提升提供有力的支撐數(shù)據(jù)，是保障排水管網(wǎng)及污水處理廠正常運(yùn)行的有效手段。在降雨情況下，需要對(duì)不同降雨強(qiáng)度下，排水管網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，了解管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷變化，定量化分析由于降雨導(dǎo)致的外來水增加比例，對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)則可更加全面掌握城市非點(diǎn)源污染情況。
2、排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置的方法
針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)目的，所采用的方法與最終的點(diǎn)位選址會(huì)有一定差異，目前國內(nèi)外專門針對(duì)排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置的研究相對(duì)有限，根據(jù)理論依據(jù)的不同，現(xiàn)有優(yōu)化方法可大致分為兩類：一類是以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ);另一類是以運(yùn)籌學(xué)理論為基礎(chǔ)。?
2.1以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化
國內(nèi)對(duì)排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置的研究，大多以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，核心是通過識(shí)別節(jié)點(diǎn)間相關(guān)性進(jìn)行聚類，從而優(yōu)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)。袁景冬利用模糊聚類和動(dòng)態(tài)貼近度兩種方法對(duì)排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化布置，并對(duì)兩種方法所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。秦禮琦利用模糊聚類分析法優(yōu)化了GZ市某排水區(qū)域的排水干管上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)[1]。敖培同樣基于聚類的思想，在模糊C均值(FCM)聚類算法中引入細(xì)菌覓食算法(BFO)，通過BFO求得解作為FCM算法的初始聚類中心，然后利用FCM算法優(yōu)化初始聚類中心
利用聚類分析的思想對(duì)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化布置的過程主要是確定衡量節(jié)點(diǎn)相關(guān)性的指標(biāo)，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)間該指標(biāo)的相近程度進(jìn)行衡量并根據(jù)相關(guān)性的大小進(jìn)行聚類，最后是根據(jù)聚類結(jié)果選擇每一類中的代表性節(jié)點(diǎn)
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