4D和Q检验模型在供水管网水质检验中的应用

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第31卷第2期2 0 1 
3年2月水 电 能 源 科 学
Water Resources and PowerVol.31No.2
Feb.2 0 1 
3文章编号:1000-7709(2013)02-0050-
044D和Q检验模型在供水管网水质检验中的应用
张 燕1,
姜进峰1,李翠梅1,刘成刚1,蒋光洁2(1.苏州科技学院市政工程系,江苏苏州215011;2.苏州科技学院数学系,江苏苏州215011)摘要:鉴于城市供水管网末梢水质检验一直是供水水质监测的难点,以苏州市五个偏远小区供水管网末梢的水质指标数据为样本,应用数学统计模型中的4D检验模型和Q检验模型对所监测的水质数据进行了检验。

结果表明,4D检验模型和Q检验模型均能快速、灵敏地检测出离群数据,其中4D检验模型对水中氯气及游离氯制剂、溶解性总固体、浑浊度等水质指标较为敏感;Q检验模型在不同的显著性水平下均能检测出水中溶解性总固体、总β放射性等水质指标的异常。

可见应用数学统计模型可对供水管网水质进行检验与分析,从而可提高水质检测的科学性和合理性,亦可为供水管网建立水质模型与进行水质调度奠定良好的理论基础。

关键词:供水管网末梢;水质;检验;4D检验模型;Q检验模型中图分类号:TU991.21
文献标志码:A
收稿日期:2012-06-08,修回日期:2012-08-
07基金项目:苏州科技学院研究生科研创新计划基金资助项目(SKCX11S_025
)作者简介:张燕(1986-),女,硕士研究生,研究方向为城市水资源与给水排水工程设计运行的最优化,E-mail:jj
f0665108@sina.com 当前,
我国各大供水管网均在进行信息化、数字化建设,在线水质、水量、水压检测设备与系统正逐步完善与形成。

但随着大量在线数据的生成,数据检验检测工作急需科学的方法来指导,以便及时、快速地发现异常数据、离群数据,从而为科学调度水质、水量、水压奠定良好的基础。

其中,水质数据检验检测直接关系到供水的安全性,因此对水质数据的检验显得尤为重要。

在外界条件相同的情况下,多次重复分析监测可得出一组平行数据,在这组数据中有时会发现个别数据明显偏离其他大多数数据,显现出异常的特征,但又找不到产生偏差的确切原因,这类个别数据就称为可疑数据。

对这类可疑数据的取舍一定要经过科学慎重的检验,因为若该可疑数据不属于异常值,将它舍去后,尽管表面上提高了精密度,但实质上降低了平均值的准确度;若该可疑数据是异常值,却未将它舍去,这不仅降低了监测数据的精密度,且会使所求结果不科学不可靠。

研究表明,通过数理统计方法,可将确实可疑离群的非正常
值舍弃,从而确保检测结果的准确度[
1,2]。

鉴此,本文以苏州市某五个小区管网末梢的水质监测数据为样本,采用统计学模型中的4D检验模型和Q检验模型对监测点的水质数据进行了检验,
并对检验结果进行了相应的分析与总结,以期为供
水管网末稍水质检验提供参考。

! %:检验模型统计计算法
4D检验模型的检验方法为在同一组实测水
质指标数据中,运用统计学数学方法对该组数据
逐一进行计算。

计算公式为[
3]
:D=(XK-珡Xn-1)/珚d
(1
)式中,D为一组数据的公式计算统计量;XK为一组数据中的可疑数(需将该组数据中的所有数据
均作为可疑值逐一进行检验);珡Xn-1、珚d分别为一组数据中除去可疑值后其余数据的平均值、平均偏差;K为假定的可疑值在这组数据中的排列位置;n-1为去除假定可疑值后的剩余数据的个数。

当D>4时,即可将被检验数据列为离群数据,标记为F;
当D<4时即可将被检验数据保留,标记为T。

按上述方法对苏州某水务公司的监测点水质指标的实测数据(表1)进行第一次检验,结果见表2。

根据离群值检验法则,
应对数据逐一检验,直至满足要求为止。

因此需对监测点水质指标的实测数据在剔除第一次检验离群值的基础上再次进行检验。

结果表明,第三次检验后,检验结果不再发生变化,
检验中止。

第二、三次检验结果见表2。

第31卷第2期张 燕等:4D和Q检验模型在供水管网水质检验中的应用
表1 监测点水质指标实测数据
Tab.1 Water quality data of monitoring points
监测点氟化物硝酸盐浑浊度pH值铝氯化物硫酸盐溶解性
总固体
总硬度耗氧量
总β
放射性
氯气及游
离氯制剂
1 0.50 0.44 0.176 7.71 0.062 65 83 267 123 1.62 0.14 0.262 0.49 0.43 0.209 7.63 0.067 65 83 267 125 1.72 0.14 0.443 0.49 0.44 0.189 7.67 0.064 65 83 262 127 1.73 0.14 0.174 0.49 0.45 0.181 7.68 0.058 66 84 268 122 1.66 0.13 0.225 0.48 0.46 0.245 7.67 0.050 66 84 267 120 1.74 0.14 0.15注:除浑浊度的单位为NTU、总β放射性的单位为Bq/L、pH无单位外,其余所有指标单位均为mg/L;总硬度以CaCO3计,根据高锰酸钾消耗量表示耗氧量(以O2计)。

表2 4D检验模型第一、二、三次检验结果
Tab.2 The first,second and third inspection results of 4Dinspection model
检验顺序监测点氟化物硝酸盐浑浊度pH值铝氯化物硫酸盐溶解性
总固体
总硬度耗氧量
总β
放射性
氯气及游
离氯制剂
第一次检验1TT T T T T T T T T T T2TT T T T T T T T T T F
3TT T T T T T F T T T T
4TT T T T T T T T T T T
5TT F T T T T T T T T T第二次检验1TT T T T T T T T T T T2TT F T T T T T T T T F
3TT T T T T T F T T T T
4TT T T T T T T T T T T
5TT F T T T T T T T T T第三次检验1TT T T T T T T T T T T2TT F T T T T T T T T F
3TT T T T T T F T T T T
4TT T T T T T T T T T T
5TT F T T T T T T T T T由表可看出,实测数据中的离群数据分别为监测
点2的氯气及游离氯制剂、监测点3的溶解性总
固体、监测点2和监测点5的浑浊度。

4D检验模型的检验方法的优点是简单易记、
无需计算标准偏差,但该方法只适用于测量次数
较少的情况,当样本较小时误差易被忽略而不能
检验出来。

另外,作为一种数学统计方法,4D检
验模型只是对数据进行了数学检验,并未考虑数
据自身代表的含义就去作取舍。

如从第二、三次
检验舍弃的监测点2的浑浊度分析可知,这两次
舍弃的离群数据并不是实测数据离群,而是因为
其与第一次检验除去可疑数据后剩余所有数据的
平均值之间存在一定偏差。

" ;检验模型统计计算法
Q检验模型的检验方法为将测得的数据从小
到大排列,即x1、x2、…、xn
-1、x

,若最小值x


最大值xn为可疑值,则按检验x1、xn的公式分别计算统计量[4]为:
r1=(x2-x1)/(xn-x1)(2)
rn=(xn-xn-1)/(xn-x1)(3)由于样本容量为5,因此n=5时,在显著水平α=0.10时查表[1]得r临界=0.64;在显著水平α=0.04时查表得r临界=0.73;在显著水平α=0.01时查表得r临界=0.82。

当计算值大于临界值时表明该检验数据为离群数据,标记为F,分析离群原因后根据情况决定是否舍弃;反之,则标记为T,并将该检验数据予以保留。

因Q检验模型第二次检验与第一次检验结果并无不同,故第一次检验数据即为最终结果。

Q检验模型的检验结果见表3。

由表可看出,离群数据分别为在显著水平0.10、0.04、0.01时监测点3的溶解性总固体和在显著水平0.10、0.04、0.01时监测点4的总β放射性。

# 两种模型检验结果对比分析
4D模型与Q模型检验的公共离群数据为监测点3的溶解性总固体,非公共离群数据为4D模型检验出了监测点2的氯气及游离氯制剂指标和监测点2、5的浑浊度;Q模型检验出了在不同显著水平下监测点4的总β放射性指标。

同时,4D模型检验出的离群数据较Q模型检验出的多,因此其敏感性更强[5]。

浊度和余氯为两个重要的监控指标,检验监测这两个水质指标对保证用水安全具有重要作用。

浊度和溶解性总固体为一类水质项目,均属于感官性状方面的要求,它们虽不属于危害人体健康的直接指标,但它们的存在会引起使用者的厌恶感,严重时表示水中很可能含有有毒物质[6]。

因此对检验出的离群数据进行了详细分析。

·


·
表3 Q检验模型检验结果
Tab.3 Inspection results of Q inspection model
监测点α氟化物硝酸盐浑浊度pH值铝氯化物硫酸盐溶解性
总固体
总硬度耗氧量
总β
放射性
氯气及游
离氯制剂
1 0.10TT T T T T T T T T T T0.04TT T T T T T T T T T T0.01TT T T T T T T T T T T2 0.10TT T T T T T T T T T T0.04TT T T T T T T T T T T0.01TT T T T T T T T T T T3 0.10TT T T T T T F T T T T0.04TT T T T T T F T T T T0.01TT T T T T T F T T T T4 0.10TT T T T T T T T T F T0.04TT T T T T T T T T F T0.01TT T T T T T T T T F T5 0.10TT T T T T T T T T T T0.04TT T T T T T T T T T T0.01TT T T T T T T T T T T
#$! 公共离群数据分析
溶解性总固体是指单位体积水样中溶解无机矿物成分的总质量,其成分包括K+、Na+、Ca+、Mg2+、HCO-3、CO2-3、Cl-、SO2-4、H2SiO3、NO-3、F-等,其含量主要取决于Ca+和Mg2+的含量。

《生活饮用水卫生标准》[7]中规定,溶解性总固体含量的标准为1 000mg/L。

一般来说,溶解性总固体值越大,说明水中的杂质含量越大,反之,杂质含量越小。

对公共离群数据应做进一步的系统分析,确定出该监测指标是操作误差还是管网水力瞬变引起离群,然后再做出取舍。

#$" 非公共离群数据分析
(1)氯气及游离氯制剂。

《生活饮用水卫生标准》[7]规定,管网末梢水中氯气及游离氯制剂的含量应大于等于0.05mg/L。

本文检验的水质指标均满足规定要求,但管网末梢中的游离余氯有时会低于此规定值,其原因在于水温、pH值、出厂内可能投氯发生故障、余氯在腐蚀的管壁中输送时的消耗、余氯与管道水中有机物和无机物等物质的反应及水在管网中的停留时间过长等。

因此通过对管网末梢氯气及游离氯制剂指标的监测与检验,再结合离群数据的检验,分析确定引起余氯衰减的原因和影响因素,再对离群数据的取舍作出合理判断。

(2)浑浊度。

《生活饮用水卫生标准》[7]规定,浑浊度的含量不得超过1NTU(水源与净水技术条件限制时不得超过3NTU)。

本文检验的浑浊度均满足规定要求,但仍检验出了离群数据,这可能是因监测过程中操作方法不当引起的,也可能是因自来水生产过程中有些环节未处理好引起的,如原水浊度突变而生产中未及时处理;个别滤池渗漏;管网施工接驳工程竣工后阀门开启过快、过急;抢修后较粗的干管通水时管道内部杂物激起或开启阀门过急;用户违章用水的间接供水设施与市政管道连通,当市政管道压降时二次水倒灌入管网造成污染等。

因此应对该离群数据所在监测点的浑浊度指标重新进行检验,根据检验结果再做取舍。

(3)总β放射性指标。

《生活饮用水卫生标准》[7]规定,总β放射性含量不得超过1Bq/L。

由Q模型检验结果可知,监测点4的总β放射性指标离群,而溶解性总固体却正常,从而排除了溶解性总固体对总β放射性指标的影响,表明真正影响总β放射性活度的为水体中的放射性金属核素离子。

因此,该监测点4的总β放射性指标数据不应轻易舍弃,而应继续监测,应判断出是因为水体中核素的影响还是监测过程中人为操作引起的离群,再做取舍。

% 结语
a.以苏州市五个小区供水管网末梢的水质监测数据为样本,运用数学统计模型中的4D检验模型和Q检验模型对水质指标的实测数据进行了检验分析。

结果表明,4D检验模型和Q检验模型均可检测出离群数据,但4D检验模型的检验结果较Q检验模型更严格,敏感性更高。

结果可为供水管网水质的科学调度和管理提供有效手段,尤其能为水质预警提供科学支撑。

b.对两种检验模型均检验出的公共离群数据应进行进一步分析,确定出公共离群数据产生的原因,进而确定离群数据应舍弃或在稳定的条件下重新做试验来获取正确的水质数据;对两种检验模型分别检验出的非公共离群数据,也应予以重视,分析引起数据离群的原因,结合统计检验模型再次进行检验并判断取舍。

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·水 电 能 源 科 学 2013年
2013年 水 电 能 源 科 学
(上接第4页)
Study 
of Relation between Drought/Flood and Sunspotin Huaihe Basin During 
50YearsZHENG Xiaodong1,
2,
LU Fan2,MA Jing3
(1.Institute of Water Resources and Hydro-electric Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048,China;2.Water Resources Department,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 
100038,China;3.National Center for Science &Technology Evaluation,Beijing 
100081,China)Abstract:According to the monthly rainfall data in the Huaihe Basin from 1961to 2010,the Z index method is ap-plied to analyze the law of drought/flood disaster.And frequency analysis is adopted to analyze drought/flood characteris-tics near the sunspot extreme years.Then the Morlet wavelet is used to analyze the periodicity and the correlation betweenthe drought/flood index and sunspot number time series in the Huaihe Basin.The results show that the Z index can re-flect the actual situation of drought/flood disasters in Huaihe Basin;with increase of the frequency of drought/flood e-vents,the degree of flood increases in Huaihe Basin;the drought/flood disasters and solar activity have certain corre-sponding relationship;the Huaihe river system region occurs water logging and drought easily near the sunspot m and Myears,and the drought/flood index has the main cycle with 4-year,10-year and16-year;while the Yishusi river system re-gion occurs drought easily near the sunspot M years,and the index has the main cycle with 3-year,12-year and 30-year;but they 
have obvious correlation in local time interval;with different time interval,their correlation changes are different.Key 
words:Z-index;drought and flood disaster;sunspot;Morlet wavelet;櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀
Huaihe Basin(上接第52页)参考文献:
[1] 王丹宁,
赵明,赵洪宾.给水管网水质数据统计学检验模型的建立应用[J].哈尔滨工业大学学报,2007,39(12):1 
869-1 872.[2] 张展,
王利生,张培栋,等.地理信息系统在秸秆资源化利用中的应用[J].可再生资源,2008,26(6):85-
90.[3] 张绍周,
辛志军,倪竹君,等.水泥化学分析[M].北京:化学工业出版社,2007.
[4] 李家贵,戴健榕.关于可疑值取舍问题的看法[J].玉林师专学报(自然科学),1997,18(3):62-64.[5] 刘清青.
浅谈试验检测数据处理[J].黑龙江科技信息,2009(20):31-
31.[6] 王震宇,
雅雪蓉,李凌.水样不溶微小颗粒、溶解性总固体与总放射性水平之间的关系分析[J].中国卫生检验杂志,2010,20(5):1 182-1 183,1 211.[7] 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全
所,广东省卫生监督所,浙江省卫生监督所,等.生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)[S].北京:中国标准出版社,2007.
Application of 4Dand Q 
Inspection Models to Water QualityInspection of Water Supply 
Pipe NetworkZHANG Yan1,JIANG Jinfeng1,LI Cuimei 1,LIU Chenggang1,JIANG Guangj
ie2
(1.Department of Environmental Science and Engineering,Suzhou University 
of Science and Technology,Suzhou 215011,China;2.Department of Mathematics,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215011,China)Abstract:It is always a question to inspect water quality of the urban water supply pipe network end in monitoringwater quality.Taking water quality indexes of pipe network end in five remote communities of Suzhou City as sample,4Dand Q inspection models in mathematical statistics are applied to examine water quality monitoring data.The results showthat both of inspection models can quickly detect abnormal data;4Dinspection model is more sensitive to water quality in-dexes,such as free Chlorine and Chlorine preparation,total dissolved solid and turbidity;in different significant levels,Qinspection can verify abnormal water quality indexes including total dissolved solid,totalβradioactivity.Therefore,sta-tistics mathematical models can be applied to inspect and analyze water quality.It also raises scientificity and rationality ofwater quality inspection,which lays good theoretical foundations for establishing water quality model and dispatching wa-ter quality
.Key words:the end of water supply pipe network;water quality;inspection;4Dinspection model;Q inspectionmodel
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