浅析城市供水水质异常分析及其检测方法

能源环保与安全

一、城市供水水质异常分析

水质异常主要是水质参数偏离正常标准，根据联合国对水质状态的正常和异常的描述，正常是指符合某种典型或者常规模型，以常规的数量、程度、状态、形式或者方式发生，其强调符合某种标准模式或者达到某种水准，基于某种趋势保持良好状态，而异常是指偏离了这种标准模式，和期望模型产生偏差，在水质监测系统，水质参数会受到噪音、外界环境等因素的影响，随着水质环境的变化，水质正常标准也发生变化。结合城市供水供水异常的原因，水质异常主要分为以下三种情况：

１．异常事件。在最小时间段中，水质期望值和实测参数值存在较大差异，而偏差阈值和时间段长短对于水质异常情况的判定有着重要影响，通常情况下，异常事件主要是由于城市供水水质受到污染物影响，因此快速、准确地检测城市供水异常事件是水质检测的核心内容。

２．离群点。在某个时间点水质参数明显和其它数据不同，在标准时间序列中，以前一个时间点的水质测量值作为城市供水水质监测的估计值，若实际测量值和估计值存在明显差异，以当前测量值作为城市供水水质监测的离群点，在水质时间序列中离群点非常常见，其在某个时间点突然减小或者增大，一段时间后又恢复到期望值。通常情况下，水质参数离群点的出现主要是因为外界噪声变化，因此离群点不应该作为水质异常预警的原因。

３．基线变化。在几小时或者更长时间段内水质参数平均值发生永久性或者突然变化，一般情况下，基线变化主要是由于工艺操作，如关闭或者打开泵或者阀门等都可能造成基线变化，使得水流通过监控站表现为不同特性。

二、城市供水水质异常检测方法

１．在线水质参数法。主要包括以下三种基本的计算方法：第一种，统计理论算法。基于统计理论的水质参数异常检测首先要建立城市居民饮用水水质统计模型，以此来作为表示正常行为特征，然后，把实际检测数据与模型中

的数据进行比较来确定水质参数是否异

常。具体的计算方法为，计算接近１６０００

个测试样本数据的平均值和方差，再与

预先确定的均值参数进行比较，如果大

于３倍方差，则认为饮用水存在水质异

常。第二种，基于机器学习的算法。根

据已知的数据求出有效鉴别正常数据对

象和异常数据对象的分类器，然后通过

分类器将未知的数据进行分类，可分为

多类别异常检测和单类别异常检测。在

城市居民饮用水水质检测中，许多分类

算法，比如神经网络、贝叶斯网络、相

关向量机等也被应用到水质检测中；第三

种，基于聚类的算法。指将相似的数据

对象归为一个类别，并根据数据对象所

属的类别来衡量城市居民生活饮用水异

常度，比如：Ｋ－ｍｅａｎｓ聚类的水异常检

测，具体的计算方法为，根据当前时刻

数据与四个聚类中心的最大欧氏距离判

断城市居民生活饮用水水质异常情况。

２．滴定法。通过滴定法对水质检验

的方法应用非常广发，主要是利用化学

反应生成沉淀、有颜色的新物质或是生

成的新物质可以与另一种指示性物质发

生化学反应呈现出颜色变化的原理，而

在样品中滴入某种特定物质，直到样品

产生沉淀或颜色变化才停止滴入，最后

通过目测滴入物质的量的变化而计算出

样品中某种或某些特定物质的含量的一

种水质监测的方法。目前，实验室常常

采用的滴定方法是人工滴定法，这种方

法因操作简单、实用性强、检测代价小

而被广泛应用。应用滴定法可主要检测

出水中的Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋等离子

物质和其它一些胶体物质。

３．原子光谱法。原子光谱法是目前

衡量元素分析的重要方法，它包括原子

吸收光谱法、原子发射光谱法和原子荧

光光谱法。它的优点是检出限低，灵敏

度高。原子吸收光谱法的特点是检测灵

敏度高、分析速度快、测定高浓度元素

时干扰小、信号稳定等。原子吸收光谱

法的不足之处是测定某元素需用该元素

的光源，多元素同时测定尚有困难，对

于复杂试样的测定干扰比较严重，有一

些元素的测定灵敏度还不足。火焰原子

吸收光谱法测定铅的灵敏度较低，直接

用于测定试样中微量铅，提高灵敏度是

关键。为了提高火焰原子吸收光谱法的

灵敏度，常采用分离富集技术对样品进

行预处理。有研究者通过加入增敏剂吐

温－８０来简化前处理，消除Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ

等元素的干扰，降低检出限。通过微波

消解，可以简化前处理工作，降低检出

限。火焰原子吸收分光光度法操作较简

单，测试速度快，但检出限较高，只能

适用于铅含量较高的样品的分析。

４．离子选择电极法。氟是一种极其

活跃的非金属元素，在自然界的分布非

常广泛，且多以氟化物（包括金属氟化

物和氟化氢等）形式存在。氟化物是一

种对动植物和人类健康有着严重危害的

物质，广泛地存在于钢铁厂、磷肥厂、

电解铝厂、玻璃陶瓷厂及氟塑料生产厂

附近的水和空气中，对环境和水源造成

严重的污染。

目前在水质连续自动监测和现场

分析中，对于饮用水中氟化物含量检测

最有效和最常用的方法是离子选择电极

法。其原理是：将氟化镧单晶封在塑

料管的一端，管内装特定浓度的ＮａＦ和

ＮａＣｌ溶液，并以Ａｇ－ＡｇＣｌ电极为参比电

极，构成氟离子选择电极。

三、结语

近年来，我国现代化城市快速发

展，很多城市的水资源污染日益严重，

城市供水水质异常是一个非常严峻的问

题，应积极采取科学合理的检测方法，

及时、准确地检测供水水质情况，采取

合适的规避措施，保障城市用水安全。

同时，在未来发展过程中，应加大对城

市供水水质异常检测方法的研究和完

善，积极运用最新的理论成果，不断提

高城市供水水质异常检测准确性。

参考文献:

[1]李顺泉.城市供水水质异常检测方法探讨[J].环

境与发展,2019,31(3).

浅析城市供水水质异常分析及其检测方法　

董　陈 响水县自来水公司

【摘　要】近年来,我国城市化发展的速度十分迅速,同时也面临着诸多的发展困境,其中城市供水水质异常就是城市化发展中需要重点关注的内容。为了保证城市供水水质满足人们需求品质的要求,就需要重视城市供水水质异常问题处理,并采取科学检测方法进行异常水质的控制。本文就针对城市供水水质异常进行分析并对检测方法进行探讨。

【关键词】城市供水；水质；检测方法；探讨

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