Оценка качества воды в распределительной сети на основе гидравлических условий

Томпери Дж. ^a

^a Университет Оулу, Пентти Кайтеран кату 1, Оулу, 90570, Финляндия

https://doi.org/10.29258/CAJWR/2024-R1.v10-1/40-67.eng

*E-mail: jani.tomperi@oulu.fi

6 февраля, 2024

Аннотация

Нарушение гидравлического режима внутри водопроводной сети тесно связано с ухудшением качества питьевой воды.  Протекание трубопроводов и клапанов приводит к изменению гидравлических условий и проникновению посторонних примесей в водораспределительную систему.  Внезапные скачки расхода и давления могут приводить к отделению мягких отложений и биопленки от внутренней поверхности труб и, таким образом, ухудшению качества воды.  Измерительных данных по качеству воды в водораспределительных сетях, доступных онлайн, недостаточно, но более распространенные онлайн-измерения расхода и давления указывают на изменения гидравлических условий в сетях водоснабжения и могут использоваться для оценки качества воды в постоянном режиме или режиме, приближенном к реальному времени, с применением моделирования.  В статье представлена управляемая данными модель, основанная исключительно на онлайн-измерениях расхода и давления в водораспределительной сети, которую можно использовать для оценки качества воды в концевой части системы питьевого водоснабжения, оборудованной счетчиками, городских районов.  Точность разработанной модели составляет R² =0,77, что указывает на то, что модель позволяет достоверно оценивать степень и изменения качества питьевой воды нетрудоемким и экономически эффективным способом, а также осуществлять соответствующие профилактические меры для обеспечения потребителей высококачественной питьевой водой.

Доступно на английском

Скачать статью (анг)

Для цитирования:

Tomperi, J. (2024). Assessing water quality in a distribution network based on hydraulic conditions. Central Asian Journal of Water Research,  10(1), 40-67. https://doi.org/10.29258/CAJWR/2024-R1.v10-1/40-67.eng

Список литературы

Aisopou, A., Stoianov, I. & Graham, N.J.D. 2012 In-pipe water quality monitoring in water supply systems under steady and unsteady state flow conditions: A quantitative assessment. Water Research, 46, 235-246. doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.10.058

Anderson, C. W. 2005 Chapter A6.7 Turbidity. in Wilde, F.D. (ed.) U.S. Geological Survey, National field manual for the collection of water-quality data: U.S. Geological Survey Techniques of Water- Resources Investigations, book 9, chaps. A1-A10, available online at http://pubs.water.usgs.gov/ twri9A

Arlot S., Celisse A. 2010 A survey of cross-validation procedures for model selection. Statistics Surveys, 4, 40–79.

Chapman, D. 1996 Water Quality Assessments – A Guide to Use of Biota, Sediments and Water in Environmental Monitoring. Chapman D. (ed.) – 2nd edn, E&FN Spon, an imprint of Chapman & Hall. Cambridge, Great Britain.

Clark, R.M. & Haught, R.C. 2005 Characterizing pipe wall demand: implications for water quality modelling. Journal of Water Resources Planning and Management, 131(3), 208–217.

Ghebremichael, K., Gebremeskel, A. & Trifunovic, N. 2008 Modelling disinfection by-products: coupling hydraulic and chemical models. Water Science and Technology: Water Supply, 8(3), 289–295.

Hastie, T., Tibshirani, R. & Friedman, J. 2009 The elements of statistical learning: Data mining, inference and prediction. Springer Series in Statistics. Springer-Verlag, New York. 2nd ed.

Lehtola, M.J., Laxander, M., Miettinen, I.T., Hirvonen, A., Vartiainen, T., Martikainen, P.J. 2006a. The effects of changing water flow velocity on the formation of biofilms and water quality in pilot distribution system consisting of copper or polyethylene pipes. Water Research, 40 (11), 2151–2160.

Lehtola, M.J., Miettinen, I.T., Hirvonen, A., Vartiainen, T., Martikainen, P.J. 2006b. Resuspension of biofilms and sediments to water from pipelines as a result of pressure shocks in drinking water distribution system. In: International Conference (IWA) Biofilm Systems VI, Amsterdam, September 24–27, 2006, CD-Rom.

Li, C., Wang, D., Xu, X., Xu, M. & Wang, Z. 2017 Spatial variations in the occurrence of potentially genotoxic disinfection by-products in drinking water distribution systems in China. Environmental Pollution, 231(2), 1463-1468. doi: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.09.008

Mains, C. 2008 Biofilm control in distribution systems. The national environmental services center at west Virginia university, 8(2).

Manasfi, T., De Méo, M., Di Giorgio, C., Coulomb, B. & Boudenne, J-L. 2017 Assessing the genotoxicity of two commonly occurring byproducts of water disinfection: Chloral hydrate and bromal hydrate. Mutation Research, 813, 37–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2016.11.009

Meyers, G., Kapelan, Z., Keedwell, E. 2017 Short-term forecasting of turbidity in trunk main networks. Water Research, 124, 67-76. doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.07.035

Montgomery, D.C., Peck, E.A. & Vining, G.G. 2012 Introduction to linear regression analysis. 5th edition. A JohnWiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey.

Mukundan, R., Pierson, D. C., Schneiderman, E. M., O’Donnell, D. M., Pradhanang, S. M., Zion, M. S., et al. 2013 Factors affecting storm event turbidity in a New York City water supply stream. Catena, 107, 80–88.

Mustonen, S.M., Tissari, S., Huikko, L., Kolehmainen, M., Lehtola, M.J. & Hirvonen, A. 2008 Evaluating online data of water quality changes in a pilot drinking water distribution system with multivariate data exploration methods. Water Research, 42, 2421-2430. doi: https://doi.org/10.1016/j. watres.2008.01.015

Seyoum, A.G., Tanyimboh, T.T. 2013 Pressure-dependent network water quality modelling. Water Management. Proceedings of the Institution of Civil Engineers. doi: https://doi.org/10.1680/ wama.12.00118

Sunela, M.I., Puust, R. 2015 Real Time Water Supply System Hydraulic and Quality Modeling – A Case Study. Procedia Engineering, 119, 744-752. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.928

Tomperi, J. 2020 Modelling the potable water quality in a distribution network based on the hydraulic conditions, Drink. Water Eng. Sci. Discuss. [preprint]. https://doi.org/10.5194/dwes-2020-20

Tomperi, J., Isokangas, A., Tuuttila, T., Paavola, M. 2022 Functionality of turbidity measurement under changing water quality and environmental conditions. Environmental Technology, 43:7, 1093-1101. doi: https://doi.org/10.1080/09593330.2020.1815860

Weston, S.L., Collins, R.P., Boxall, J.B. (2021) An experimental study of how hydraulic transients cause mobilisation of material within drinking water distribution systems. Water Research, 194. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116890

Vreeburg, I.J.H.G., Boxall, D.J.B. 2007 Discolouration in potable water distribution systems: a review. Water Research, 41, 519-529. doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.09.028

World Health Organization, 2008. Guidelines for drinking-water quality: incorporating 1st and 2nd addenda, Vol. 1, Recommendations, 3rd Edn, World Health Organization, Geneva.